某礦西部采區(qū)瓦斯涌出預(yù)測及分析

馬龍躍　和毅　喬善成

摘要：文章結(jié)合西部三個采區(qū)已采工作面掘進(jìn)、回采期間瓦斯?jié)舛取L(fēng)量等參數(shù)實測數(shù)據(jù)，利用礦山統(tǒng)計法對其深部（二水平）瓦斯涌出量進(jìn)行分析預(yù)測；采集西部采區(qū)實測瓦斯含量數(shù)據(jù)及掘進(jìn)、回采計劃、煤層賦存條件等參數(shù)，利用分源法對該區(qū)域采區(qū)深部瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測計算，確定了西部采區(qū)瓦斯涌出特征及規(guī)律，以指導(dǎo)該礦瓦斯治理工作。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；已采工作面；瓦斯涌出量；礦山統(tǒng)計法；分源法 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2015）15-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.085

1 概述

瓦斯預(yù)測技術(shù)是使用煤礦地質(zhì)學(xué)、煤礦開采學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計等學(xué)科的主要原理，預(yù)測礦井瓦斯涌出量和瓦斯突出的一門綜合性技術(shù)科學(xué)。合理的瓦斯涌出量預(yù)測可以正確預(yù)判危險源，出現(xiàn)險情后及時做出反應(yīng)，最大限度地減少生命、財產(chǎn)損失。通過瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果指導(dǎo)采區(qū)布置、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計、安全救援應(yīng)急方案的制定，礦井瓦斯預(yù)測對于整個礦井安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益有著重要影響。

2 礦井概況

該煤礦受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，全層構(gòu)造軟煤發(fā)育、煤體結(jié)構(gòu)為Ⅲ～Ⅴ類，煤層厚度變化大、透氣性差，礦井中瓦斯富集區(qū)和突出區(qū)區(qū)域特性明顯。目前，該礦已經(jīng)逐漸從開采淺部高瓦斯礦井向深部煤與瓦斯突出礦井轉(zhuǎn)化，該礦11采區(qū)、14采區(qū)深部不斷出現(xiàn)以壓出為主要特征的煤與瓦斯突出動力現(xiàn)象；生產(chǎn)中響煤炮、頂鉆、夾鉆、噴孔等瓦斯突出征兆頻繁發(fā)生，已對礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成了巨大隱患，對西部區(qū)域瓦斯準(zhǔn)確預(yù)測有利于指導(dǎo)和保障礦井的安全生產(chǎn)。該礦井田含煤地層中含有太原組、山西組、下石盒子組及上石盒子組，屬于多煤組多煤層地區(qū)。含煤地層總厚約為576m，共含煤六組，包括28層煤。煤層總厚度為7.30m，含煤系數(shù)是1.27%。二1煤層厚0～18.88m，平均厚4.22m。本次研究主要對象確定為山西組的二1煤層，山西組為某煤礦井田中的主要含煤建造，下部以二1煤層底板砂質(zhì)泥巖底界同太原組分界，上部主以大紫泥巖之底為頂界。

根據(jù)勘探和礦井生產(chǎn)揭露的具體情況，礦井瓦斯主要表現(xiàn)出了以下三個特點：（1）礦井的歷年絕對瓦斯涌出量呈現(xiàn)出逐年遞增的態(tài)勢，在2000年以前，絕對瓦斯涌出量還在10m3/min水平，而從2000年以后，絕對瓦斯涌出量增加到30m3/min左右。礦井的相對瓦斯涌出量則較為穩(wěn)定，一般處在10m3/t，瓦斯涌出量的不均一性表現(xiàn)也較為明顯；（2）埋深沿煤層走向自西向東煤層埋藏深度減小，其高值區(qū)主要分布在已采區(qū)西南處，在東部瓦斯含量低，而埋深由北向南遞增，在東部較淺，瓦斯含量等值線的分布與埋深等值線分布趨勢一致，說明瓦斯含量與埋深成正相關(guān)；（3）煤層瓦斯含量隨著煤厚的增大而增大，煤層瓦斯含量增加的梯度減小：煤厚變化復(fù)雜，礦區(qū)大部分區(qū)域瓦斯含量與煤厚呈正相關(guān)趨勢該礦大占砂巖是煤層頂板最重要的一個透氣性的巖層，透氣性較差的泥巖類巖層。煤層瓦斯含量隨著鏡質(zhì)組含量的增大而增大。

3 礦山統(tǒng)計法預(yù)測瓦斯涌出量

礦井瓦斯涌出量不是一個固定值，它隨著礦山開采深度的變化而變化，礦山統(tǒng)計法僅僅適用瓦斯帶以下已回采的1～2個水平的礦井，目前進(jìn)行預(yù)測的直接外推范圍，大致處在垂直深度200m或傾斜長度600m的范圍內(nèi)。為了保證誤差率在可接受范圍，外推深度應(yīng)該隨著煤層傾角和瓦斯涌出量梯度值而減小。

現(xiàn)已知12采區(qū)相對瓦斯涌出量大小為5.808m3/t。由礦井瓦斯地質(zhì)圖可知，高差約為172.875m，所以可得16采區(qū)深區(qū)（二水平）相對瓦斯涌出量為9.093m3/t。12221、12261工作面相對瓦斯涌出量隨回采時間變化特點如圖1和圖2所示。

圖1 12221工作面相對瓦斯涌出量隨回采時間變化特點

圖2 12261工作面相對瓦斯涌出量隨回采時間變化特點

14采區(qū)14200工作面絕對瓦斯涌出量為4.779m3/min，轉(zhuǎn)換成相對瓦斯涌出量7.645m3/t，即取q0為7.645m3/t。由礦井瓦斯地質(zhì)圖可知，高差約為98.976m，所以可得16采區(qū)深區(qū)（二水平）相對瓦斯涌出量為9.526m3/t。

4 分源法預(yù)測瓦斯涌出量

4.1 瓦斯涌出量計算

4.1.1 開采層（包括圍巖）瓦斯涌出量。根據(jù)礦井采區(qū)資料分析可知某煤礦二1煤屬于中厚煤層瓦斯預(yù)測時應(yīng)選取薄及中厚煤層不分層開采時計算公式：

（1）

式中：為開采層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，單位；為本礦區(qū)圍巖瓦斯涌出計算系數(shù)，取值1.2；為丟煤瓦斯涌出計算系數(shù)，取值1.33；為預(yù)排瓦斯影響系數(shù)，取值0.75；開采煤層總厚度，取值5.49；可供開采的煤層厚度，取值3.7；原始含瓦斯量，取值7.36；殘余含瓦斯量，取值3.872。

計算可得=6.195。

4.1.2 鄰近煤層瓦斯涌出量：

（2）

式中：為鄰近煤層瓦斯涌出量，單位；為第煤層厚度；m1為可開采煤層厚度；為層原始含瓦斯量；為層殘存含瓦斯量；瓦斯排放率。

該礦僅有二1煤層可開采，所以=0。

4.1.3 掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量：

（3）

式中：為煤壁瓦斯涌出量，單位；為煤壁個數(shù)，取值2；為煤層厚度，取值1.95；為掘進(jìn)速度，取值0.003；為巷道長度，取值72；涌出速度，取值0.031。

計算可得=1.12。

4.1.4 掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量：

（4）

式中：為瓦斯涌出量，單位；為巷道斷面積，取值16.2；為巷道掘進(jìn)速度，取值0.003；為煤的密度，取值1.46；為原始含瓦斯量，取值7.36；為殘存含瓦斯量，取值3.872。endprint

計算可得=0.248。

4.1.5 采煤工作面瓦斯涌出量。采煤工作面瓦斯涌出量由開采層（包括圍巖）、臨近層瓦斯涌出量兩部分組成，其計算公式為：

（5）

式中：為采煤工作面相對瓦斯涌出量，單位。

計算可得=6.195。

4.1.6 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量。掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量包括掘進(jìn)巷道煤壁和掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量兩部分，用下式計算：

（6）

式中：為掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，單位。

計算可得=1.368。

4.1.7 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量。生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量系采區(qū)內(nèi)所有采煤工作面、掘進(jìn)工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量之和，其計算公式為：

（7）

式中：為總瓦斯涌出量，單位；為采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取值0.25；為采煤工作面瓦斯涌出量；為采煤工作面煤炭日產(chǎn)量；為掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量；為平均煤炭日產(chǎn)量，取值900。

計算可得=9.454。

4.2 結(jié)果分析

利用分源法，計算出16采區(qū)深部瓦斯涌出量為9.454。與西部采區(qū)中鄰近12、14采區(qū)相對比來看，16采區(qū)瓦斯涌出量隨著開采深度的增加而逐漸變大，且區(qū)域內(nèi)瓦斯涌出量較12、14采區(qū)更高，瓦斯治理難度更大。

5 結(jié)語

本文在對某煤礦瓦斯地質(zhì)資料整理的基礎(chǔ)上，對礦井西部采區(qū)深部分別運用礦山統(tǒng)計法和分源預(yù)測法進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測。最終得到16采區(qū)深區(qū)瓦斯涌出量9.5～10m3/t，該礦都屬于高瓦斯礦井，預(yù)測結(jié)果符合某煤礦實際情況。該研究對于指導(dǎo)該礦瓦斯防控工作具有一定的現(xiàn)實和指導(dǎo)意義。

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（責(zé)任編輯：王 波）endprint