4305工作面采前瓦斯預(yù)測與回采涌出瓦斯的對比分析

王俊紅

（晉煤集團(tuán) 成莊礦，山西 晉城 048000）

成莊的井田面積63.66 km2，現(xiàn)采3號煤層，煤層平均厚度6.63 m。2005年礦井通過升級改造，生產(chǎn)能力達(dá)到800萬t/a。原設(shè)計(jì)為低瓦斯礦井，隨著向西延深和產(chǎn)量的大增，瓦斯涌出量由1997年的10.1 m3/min增至2011年的378.02 m3/min（風(fēng)排瓦斯量122.84 m3/min，抽放瓦斯量255.18 m3/min），相對瓦斯涌出量由 9.02 m3/t升至23.47 m3/t。

根據(jù)晉煤集團(tuán)《高瓦斯礦井采煤工作面采前煤體瓦斯評價(jià)辦法》，高瓦斯礦井采煤工作面回采前必須進(jìn)行抽放效果評價(jià)，滿足條件后方可回采。本文將對4305工作面的采前瓦斯預(yù)測和實(shí)際回采時(shí)瓦斯涌出量進(jìn)行分析，以此找出抽放系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，提升抽采系統(tǒng)能力。

1 工作面的概況

4305綜采放頂煤工作面處于四盤區(qū)南翼側(cè)（見圖1）、4304綜放工作面以西（已采完）、4306綜放工作面以東（未采）。工作面走向長度：一號切眼→停采線：1 005.87 m（切眼煤壁至停采線）；二號切眼→停采線：815.865 m（切眼煤壁至停采線）。工作面傾向長度：一號切眼：116 m（煤壁長度）；二號切眼：195 m（煤壁長度）。工作面煤層為黑色優(yōu)質(zhì)無煙煤，煤層節(jié)理、裂隙發(fā)育，硬度f=2～4，煤層平均厚度6.5 m，煤體容重1.45 t/m3，煤炭工業(yè)儲量170.719萬t。4305工作面采用一進(jìn)兩回的“U＋L”型通風(fēng)方式，工作面進(jìn)、回風(fēng)巷等巷道特征，如表1所示。

圖1 工作面布置示意圖

表1 4305工作面巷道特征表

2 工作面的瓦斯涌出量預(yù)測

1）工作面煤體的瓦斯含量：根據(jù)《4305綜放工作面回采地質(zhì)說明書》，工作面煤體原始瓦斯含量分為三段。其中，回采進(jìn)度0～104 m內(nèi)，煤層原始瓦斯含量10～12 m3/t；回采進(jìn)度104～665 m 內(nèi)，煤層原始瓦斯含量8～10 m3/t；回采進(jìn)度665 m至停產(chǎn)線內(nèi)，煤層原始瓦斯含量7～8 m3/t。參考《中國煤炭科學(xué)研究院重慶分院測定》的四盤區(qū)煤體殘存瓦斯含量4 m3/t；工作面范圍內(nèi)煤體不同區(qū)域的煤體瓦斯含量并不同。工作面回采初期的104 m范圍內(nèi)瓦斯含量較大，剩余區(qū)域瓦斯含量較低。

2）工作面瓦斯的抽采情況：在4209巷、4210巷施工順層鉆孔對工作面本煤層瓦斯進(jìn)行抽放，在4210副巷鋪設(shè)采空區(qū)抽放管路，為治理4305工作面回采期間采空區(qū)瓦斯。

①4209巷抽采情況：4209巷共施工順層孔403個(gè)，總進(jìn)尺37 777 m，平均長度93.74 m。80 m以上鉆孔341個(gè)，占總孔數(shù)的84.6%。4209巷平均百米鉆孔混合流量0.0 33 89 m3/min，平均濃度45%。平均抽采純量根據(jù)公式：

式中：Qpj為平均抽采純量，m3/min；qbm為百米鉆孔流量，m3/min；L為總進(jìn)尺，m；C為濃度%。通過流量統(tǒng)計(jì)，結(jié)合抽采計(jì)算，截至2009年3月底，累計(jì)抽放純量 64.24 萬 m3。

②4210巷抽采情況：4210巷共施工順層孔513個(gè)，總進(jìn)尺63 039 m，其中停采線至二切眼共施工鉆孔382個(gè)，進(jìn)尺48 904 m；160 m以上鉆孔168個(gè)，鉆孔成孔率44%。二切眼至一切眼共施工鉆孔87個(gè)，進(jìn)尺8 407 m；100 m以上鉆孔79個(gè)，鉆孔成孔率90.8%。二切眼內(nèi)共施工鉆孔44個(gè)，進(jìn)尺5 728 m；200 m以上鉆孔12個(gè)，鉆孔成孔率27.3%。4210巷平均百米鉆孔混合流量0.010 6 m3/min，平均濃度45%。則平均抽采純量根據(jù)公式：

通過流量統(tǒng)計(jì)，結(jié)合抽采計(jì)算，截至2009年3月底，累計(jì)抽放純量171.57萬m3。

3）工作面抽放后瓦斯含量預(yù)算：4305面原始瓦斯儲量1195.033～2048.628萬m3，鉆孔密度按照工業(yè)儲量170.719萬t計(jì)算為0.059 m/t。截至2009年3月底，4209巷和4210巷累計(jì)抽放瓦斯量分別為64.24萬 m3和 171.57萬 m3，共計(jì) 235.81萬 m3。

則抽采率約為：

式中：η為抽采率%；Q為抽采總量，m3；W為原始瓦斯儲量，m3。

因抽采量測定的是工作面所有鉆孔的總抽采量，考慮鉆孔施工有時(shí)間差異，對應(yīng)抽采量也有差異，要選適當(dāng)?shù)牟町愊禂?shù)計(jì)算。截至2009年3月底，經(jīng)過抽采和巷道釋放瓦斯后，該工作面煤體的平均瓦斯含量約為1 688.028萬m3。經(jīng)抽放和巷道釋放瓦斯后，工作面煤體可解吸瓦斯量為：

1 688.028/170.719-4≈5.89 m3/t。又因鉆孔施工開始到結(jié)束歷時(shí)3個(gè)月，選取時(shí)間差異系數(shù)1.2，則工作面煤體可解吸瓦斯含量5.89×1.2=7.06 m3/t。

3 工作面實(shí)測的煤體瓦斯含量

1）煤體瓦斯含量的測定：對4305工作面煤體瓦斯含量較大區(qū)域（回采進(jìn)度0～104 m內(nèi)，煤層原始瓦斯含量10～12 m3/t）進(jìn)行煤體可解吸瓦斯量井下現(xiàn)場實(shí)測和井上實(shí)驗(yàn)室分析；所測煤體可解吸瓦斯含量，如表2所示與回采地質(zhì)說明預(yù)測原始瓦斯含量抽放后的煤體瓦斯含量有一定差異。考慮預(yù)測的不準(zhǔn)確性，實(shí)測可解析瓦斯量更符合實(shí)際情況，應(yīng)以所測最大的煤體可解析瓦斯量進(jìn)行預(yù)測，才對工作面能否滿足安全生產(chǎn)更有保障性。

表2 工作面煤體可解吸瓦斯量實(shí)測數(shù)據(jù)表

綜上所述，4305工作面區(qū)域內(nèi)煤炭工業(yè)儲量約170.719萬t，所測煤體最大瓦斯含量7.088 2 m3/t。截至2009年3月底，經(jīng)抽放后工作面煤體最大可解吸瓦斯量為3.088 2 m3/t。

2）預(yù)測工作面回采期間的瓦斯涌出量：按照4305工作面回采時(shí)所測定的最大可解吸瓦斯量（3.09 m3/t）及工作面計(jì)劃最大日產(chǎn)量（11217.8 t/d），考慮煤體內(nèi)可解吸瓦斯量在回采過程中全部釋放，以此來反算綜放工作面絕對瓦斯涌出量qCH4，則得：以上計(jì)算均選取的最大值，所以對綜采工作面回采瓦斯涌出量預(yù)算具有一定的指導(dǎo)意義。

3）工作面回采期間的瓦斯涌出量：2009年4月18日-6月20日，工作面回采累計(jì)推進(jìn)300 m，其中，4、5月份工作面進(jìn)行兩次初采放頂工作，工作面實(shí)際正常生產(chǎn)僅有兩個(gè)月，表3為工作面正產(chǎn)生產(chǎn)時(shí)，每月產(chǎn)量和瓦斯數(shù)據(jù)的平均值及最大值。

表3 4305工作面月通風(fēng)瓦斯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4 工作面的采前瓦斯預(yù)測和實(shí)際回采時(shí)瓦斯涌出量的對比分析

1）據(jù)工作面回采前的預(yù)測瓦斯數(shù)據(jù)和實(shí)際回采時(shí)的瓦斯涌出量。正常回采時(shí)，平均瓦斯涌出量隨著產(chǎn)量的增加逐漸增加，最大平均值16.37 m3/min。其中，工作面最大瓦斯涌出量22.9 m3/min，與工作面產(chǎn)量的關(guān)系，最大涌出量較預(yù)測的最大瓦斯涌出量約小24.07 m3/min。2）據(jù)工作面回采前預(yù)測的煤體瓦斯解吸量和實(shí)際回采時(shí)的噸煤瓦斯涌出量。回采前煤體可解吸瓦斯量按地質(zhì)說明書提供的瓦斯含量計(jì)算，工作面煤體最大可解吸量5.89 m3/t，而通井下現(xiàn)場實(shí)測和井上實(shí)驗(yàn)室實(shí)測3.09 m3/t，正常回采時(shí)，噸煤瓦斯平均涌出量3.12 m3/t，可見，進(jìn)行實(shí)測數(shù)據(jù)幾乎接近實(shí)際瓦斯涌出情況，而根據(jù)瓦斯地質(zhì)圖進(jìn)行預(yù)測與實(shí)際瓦斯涌出相差甚遠(yuǎn)。3）綜上所述，采煤工作面在回采前，通過實(shí)際測量的煤體可解吸瓦斯量數(shù)據(jù)，對工作面的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測更科學(xué)、更準(zhǔn)確、更能安全指導(dǎo)工作面的瓦斯和生產(chǎn)情況。