關于《礦井瓦斯涌出量預測方法》行業標準修訂建議

吳世躍 張菊亮 韓婷婷 朱 帥

（太原理工大學礦業工程學院，山西省太原市，030024）

關于《礦井瓦斯涌出量預測方法》行業標準修訂建議

吳世躍 張菊亮 韓婷婷 朱 帥

（太原理工大學礦業工程學院，山西省太原市，030024）

通過長期研究、實測、計算機模擬，針對2006年頒布實施的《礦井瓦斯涌出量預測方法》行業標準沒有對新回采工作面瓦斯涌出預測做出明確性的強制性的規定和要求，回采工作面瓦斯涌出預測方法沒有明確考慮通風方式和瓦斯抽采對瓦斯涌出量影響的問題提出了對現行標準的修訂建議和回采工作面瓦斯涌出預測新方法。

瓦斯涌出 標準修訂 通風方式 分期預測

2006年發布實施的《礦井瓦斯涌出量預測方法》行業標準（下文簡稱現行標準）是礦井瓦斯涌出總體評價和綜合治理的指導性文件之一。然而，現行標準對預測目的、分源預測方法中相關參數選取以及與《煤礦瓦斯抽采基本指標》和《防治煤與瓦斯突出規定》關系表述不完善。本文將結合回采工作面瓦斯涌出預測實例對現行標準存在的相關問題進行分析，并提出修訂建議，以便更好地指導回采工作面瓦斯治理和通風管理工作。

1 現行標準分源預測方法簡析

現行標準規定采用分源預測法與礦山統計法進行礦井瓦斯涌出量預測，設定的預測單元（區域）為新建礦井、生產礦井新水平延深、新采區以及采掘工作面。分源預測方法的基本原理和過程：根據煤層瓦斯含量、回采工作面瓦斯涌出來源、回采工作面煤層的賦存條件和開采技術條件，首先預測采掘工作面瓦斯涌出量，然后工作面相加計算采區瓦斯涌出量，最后采區相加計算全礦井瓦斯涌出量。由于采掘工作面是最基本預測單元，所以采掘工作面瓦斯涌出量預測不僅是整個預測工作的關鍵一環，而且預測結果也是采掘工作面配風設計和瓦斯抽采效果考察的重要依據。但現行標準并沒有這方面強制性規定，且回采工作面瓦斯涌出沒有考慮工作面通風方式對瓦斯涌出的影響，具體原因分析及修訂建議如下。

（1）采掘工作面在采掘前的瓦斯涌出預測對編制采掘作業規程過程中工作面通風配風設計、瓦斯抽采設計及其效果考察都具有非常重要的意義，所以本文建議將現行標準4.1條款修改為“新建礦井、生產礦井新水平、新采區、新采掘工作面都必須進行瓦斯涌出量預測，以確定相應區域投產后瓦斯涌出量大小，作為礦井、采區、采掘工作面通風設計、瓦斯抽采及管理的依據”。以回采工作面為基本預測單元的完整預測公式修訂建議及表述見下文。在此基礎上，再根據簡單加法原則，依次計算采區、礦井瓦斯涌出量，以滿足不同預測單元瓦斯綜合治理和管理要求。

（2）回采工作面瓦斯涌出與回采工作面巷道布置及通風方式有關。因此，建議現行標準修訂時，在附錄D中，增加回采工作面通風方式影響系數條款D.5，其修訂原因及表述見下文分析。

（3）煤層瓦斯含量是預測回采工作面瓦斯涌出量的最重要基礎參數，其取值對預測結果及其應用有重要影響。但現行標準該參數僅取原始瓦斯含量進行預測，沒有考慮煤層瓦斯抽采量與風排瓦斯量之間的關系、瓦斯抽采前預測和預抽后預測之間的關系。《煤礦瓦斯抽采基本指標》和《防治煤與瓦斯突出規定》兩個行業標準又分別對不同產能回采工作面本煤層和突出煤層預抽后采煤前煤層瓦斯剩余含量有強制性規定和要求。因為采用不同時段煤層瓦斯含量預測的瓦斯涌出量有不同應用目的，所以本文建議現行標準修訂時應增加分期預測條款4.5：“回采工作面瓦斯涌出預測應分為三個階段進行，采用煤層原始瓦斯含量的采前預測；采用達到區域預抽標準后剩余煤層瓦斯含量的預測，簡稱預抽后預測；采用達到區域防突標準后剩余煤層瓦斯含量的預測，簡稱區域防突后預測”。采前預測包含了在掘進過程中側幫本煤層鉆孔預抽量、回采過程的邊采邊抽量、采掘過程風排瓦斯量等；預抽后預測和區域防突后預測包含邊采邊抽量和風排瓦斯量。分期預測可對通風能力、抽采效果做出合理評價，便于指導生產實踐。

回采工作面瓦斯涌出來源包含本煤層瓦斯涌出、鄰近層瓦斯涌出，根據現行標準分源預測方法、條款4.1修訂建議、新增條款4.5，回采工作面瓦斯涌出量預測公式完整表述見下文。

2 回采工作面開采層瓦斯涌出量預測

現行標準附錄A關于本煤層瓦斯涌出量公式形式為：

式中：q1——開采煤層相對瓦斯涌出量，m3／t；

K1——圍巖瓦斯涌出系數；

K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數；

K3——采區內準備巷道預排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數；

m——開采層厚度，m；

M——工作面采高，m；

Wc——運出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3／t；

Wo——煤層瓦斯含量，m3／t。

采前預測瓦斯含量取原始含量實測最大值；預抽后預測瓦斯含量取《煤礦瓦斯抽采指標》標準4.2條款按工作面產能規定的采前剩余的可解吸瓦斯量，并加上1個標準大氣壓下煤層瓦斯含量；區域防突后預測瓦斯含量根據《防治煤與瓦斯突出規定》第53條規定的剩余瓦斯含量取值。其它參數無特殊說明都按現行標準規定取值。

華晉焦煤有限責任公司沙曲煤礦24207回采工作面3＃＋4＃合并煤層預測基礎參數和預測結果見表1。

表1 24207工作面開采層瓦斯涌出量預測結果

3 回采工作面鄰近層瓦斯涌出量預測

考慮鄰近層有無預抽，現行標準附錄A鄰近層的瓦斯涌出量公式建議修訂為：

式中：q2——鄰近層瓦斯涌出量，m3／t；

ξi——第i個鄰近層受采動影響瓦斯排放率，%；

Woi——第i個鄰近煤層瓦斯原始含量，m3／t；

Wci——第i鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3／t；

mi——第i個鄰近層煤層厚度，m；

M——工作面采高，m；

K4i——第i個鄰近煤層的瓦斯實際預抽率，工作面鄰近層無預抽，K4i＝0。

各參數按現行標準、修訂建議取值。

沙曲礦24207回采工作面各鄰近層瓦斯涌出量計算詳見表2。

表2 24207回采工作面各鄰近層瓦斯涌出量計算表

4 回采工作面瓦斯涌出量總量計算

根據本煤層和鄰近層瓦斯涌出量，考慮回采工作面通風方式和瓦斯涌出不均衡的影響，現行標準中回采工作面涌出量計算公式建議修訂為：

式中：q——回采工作面相對瓦斯涌出量，m3／t；

K5——工作面通風方式影響瓦斯涌出系數，簡稱通風方式影響系數；

K6——回采工作面瓦斯涌出不均衡系數。根據沙曲礦Y型通風方式以及其它礦井不同通風方式現場測定，不同通風方式采場瓦斯涌出計算機模擬，當其地質回采條件相同時，不同通風方式工作面后部采空區瓦斯涌出量從大到小依次為沿空留巷Y型通風、雙U型通風、U＋L型通風、U型通風，前三者基本相同，U型明顯較小。因此，根據研究，建議在現行標準中增加工作面通風方式影響系數條款D.6：“回采工作面通風方式影響系數按經驗取值時K5＝1～1.4，U型通風方式取1，其它通風方式取較大值，或根據實測確定”。限于篇幅，本文不對該參數取值范文做詳細分析論證。

根據對沙曲礦24207工作面Y型通風系統回采工作面半年多觀測統計分析，回采工作面通風方式影響系數K5為1.4左右。

K6回采工作面瓦斯涌出不均衡系數，現行標準建議取值范圍1.2～1.5。根據現場觀測和計算機模擬，非U型通風方式由于采空區后部有均勻連續漏風和均勻連續瓦斯涌出，采空區瓦斯涌出不均勻性減小，因此本文建議將附錄D.5條款中關于采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數內容修訂為：“回采工作面或掘進工作面瓦斯涌出不均衡系數按經驗取值時K5＝1.2～1.5，U型通風方式取大值，非U型通風取較小值，或按實測值計算”，該條款其它內容不變。沙曲礦瓦斯涌出不均衡系數實測值K6＝1.21～1.31。

根據表1、表2和公式（3），沙曲礦24207回采工作面瓦斯涌出量預測結果見表3。各階段預測結果與實測結果基本一致。24207工作面回采期間絕對瓦斯涌出量平均值為32.11m3／min。

表3 24207回采工作面瓦斯涌出量預測結果

5 結論

為了使現行的《礦井瓦斯涌出量預測方法》行業標準更符合生產實際需求，滿足新回采工作面配風、瓦斯抽采設計和效果評價要求，并能準確反映回采工作面通風方式對瓦斯涌出的影響，本文根據長期的理論研究、煤礦瓦斯涌出實際觀測數據分析、計算機模擬研究等，建議修訂現行標準中的條款4.1和條款D.5，增加分期預測條款4.5和工作面通風方式影響系數條款D.6，同時修訂回采工作面瓦斯涌出預測計算方法。

現行《礦井瓦斯涌出量預測方法》行業標準關于回采工作面瓦斯涌出量預測相關條款修訂后，現行標準中關于掘進工作面、采區、礦井瓦斯涌出量預測方法不變。

［1］ AQ1018－2006.礦井瓦斯涌出量預測方法［S］.2006

［2］ AQ1026－2006.煤礦瓦斯抽采基本指標［S］.2006

［3］ 俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州：中國礦業大學出版社.1992

［4］ 吳世躍，郭勇義.“Y”型通風方式治理高產綜采面瓦斯的研究［J］.西安科技學院學報，2001（9）

［5］ 李慶源，劉洋.“U＋L”型和“Y”型通風方式治理瓦斯效果對比分析研究［J］.中國煤炭，2002（3）

Revision suggestions on"Prediction Methods of Mine Gas Emission Rate"industry standard

Wu Shiyue，Zhang Juliang，Han Tingting，Zhu Shuai
（College of Mining Technology of Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Aiming at the"Prediction Method of Mine Gas Emission Rate"industry standard issued and implemented in 2006which has not made clear the mandatory provisions and requirements for gas emission prediction in new mining face，and not considered clearly the ventilating mode and the impact of gas extraction on gas emission rate in prediction methods of mining face gas emission，through long－term research，measurement and computer simulation，the paper has proposed some revision suggestions on existing standard and new prediction method of gas emission rate in mining face.

gas emission，standard revision，ventilation mode，predicting by stages

TD712.3

A

吳世躍（1959－），教授，博士，博士生導師，主要從事煤層氣開采與煤礦瓦斯防治教學科研工作。

（責任編輯 張艷華）