瓦斯抽放技術(shù)參數(shù)研究

崔義

中國華能集團公司煤炭事業(yè)部

瓦斯抽放技術(shù)參數(shù)研究

崔義

中國華能集團公司煤炭事業(yè)部

如何提高低透氣性煤層的預抽瓦斯效果，除了在工程上增加鉆孔密度、延長抽放時間外，在技術(shù)上是一直難以得到解決的問題。瓦斯抽放技術(shù)參數(shù)的確定，將是瓦斯抽放技術(shù)方法選擇的基礎。本研究測定了瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)，通過計算獲得了可采煤層、不可采煤層以及圍巖中所賦存的瓦斯儲量、可抽量，選擇了合適的抽放方法，最終確定了抽放率、抽放負壓、抽放時間等抽放參數(shù)，從而為瓦斯抽放技術(shù)方法的應用提供技術(shù)保障。

煤與瓦斯突出；瓦斯；抽放；可抽量；參數(shù)

我國有大量的煤與瓦斯突出礦井，抽放技術(shù)參數(shù)研究，能使更多的低透氣性煤層礦井開展瓦斯抽放。白龍山煤礦位于云南省富源縣東南部，為煤與瓦斯突出礦井。井田走向長約10km，傾斜寬7.0～9.3km，面積84.4km2。本井田內(nèi)有可采煤層8層，自上而下編號為C2、C3、C7+8、C9、C13、C14、C15、C16層，可采煤層總厚14.05m，可采含煤系數(shù)10.20%。礦井采用斜井和立井開拓方式[1][2]。主采煤層C7+8的底板等高線圖見圖1。

1 地質(zhì)構(gòu)造

本煤礦區(qū)構(gòu)造總貌為一傾向北東南西向的單斜，內(nèi)部有次一級的寬緩褶曲及稀少的走向、斜交斷層，地層傾角6°～15°，斷層局部可達30°-43°。

煤礦區(qū)內(nèi)出露斷層共10條，F(xiàn)9、F408斷層由煤礦區(qū)南部向東北呈弧形伸展，構(gòu)成了煤礦區(qū)的東部邊界斷層，兩條斷層隨斷層延伸方向，斷距變小。內(nèi)部斷層稀少，多分布在褶曲附近。煤層賦存為一緩傾斜（6°～15°）近距離煤層群，頂?shù)装鍖俜€(wěn)固～較穩(wěn)固。

2 煤層瓦斯基本參數(shù)

2.1 煤層瓦斯壓力

此次在井下巷道中共施工11個鉆孔，測定了C2、C3、C7+8煤層的瓦斯壓力。測定結(jié)果為：C2煤層為1.02～1.12MPa，C3煤層為1.24MPa，C7+8煤層為1.57MPa。

2.2 煤層瓦斯含量

采用直接測定法在煤礦井下對C2、C7+8、C9煤層的瓦斯含量進行了測定。見表2。

表2 瓦斯含量測定結(jié)果表

采用K1值法測定的瓦斯含量均比電容柵法測定高，應以實測最高作為依據(jù)。間接法測定結(jié)果：C2煤層為13.63～14.17m3/t；C7+8煤層的瓦斯含量為16.42m3/t[3][4]。

通過兩次結(jié)果分析，間接法測定的瓦斯含量要大。為了數(shù)據(jù)可靠，應以間接法測定的瓦斯含量為依據(jù)。綜合分析，瓦斯含量修正系數(shù)取1.0～3.0，瓦斯含量較低者取大值，較大者取小值。對瓦斯含量小于3m3/t的修正系數(shù)均取3.0，對瓦斯含量大于20m3/t的修正系數(shù)均取1.0。

2.3 煤層透氣性系數(shù)

在井下采用中國礦院法對C2、C3、C7+8煤層透氣性系數(shù)進行了測定，測定結(jié)果為：C2煤層的透氣性系數(shù)為0.020972～0.267915m2/ MPa2·d；C3煤層的透氣性系數(shù)為0.000086m2/MPa2·d；C7+8煤層的透氣性系數(shù)為0.007111m2/MPa2·d。

3 礦井瓦斯儲量

圖1 C7+8煤層底板等高線

礦井瓦斯儲量包括可采煤層、不可采煤層以及圍巖中所賦存的瓦斯，其計算公式如下：

Wc＝(K1·K2)?Ai·Xi

式中Wc——礦井瓦斯儲量，Mm3；K1——不可采鄰近層瓦斯儲量系數(shù)；

K2——圍巖瓦斯儲量系數(shù)；Ai——第i個可采煤層地質(zhì)儲量，Mt；

Xi——第i個可采煤層平均瓦斯含量，m3/t；

根據(jù)煤層賦存情況及頂?shù)装鍘r性分析，不可采鄰近煤層總厚度占可采煤層總厚度的30%左右，因賦存不穩(wěn)定，按二分之一計算，取K1=1.15。又因煤系地層中含較多石灰?guī)r，可能存在著較多裂隙和溶洞，賦存有大量瓦斯,K2=1.1[5][6]。可以看出瓦斯儲量為41327.15Mm3，說明白龍山煤礦的瓦斯資源豐富。

4 瓦斯可抽量計算

瓦斯可抽量是指在瓦斯儲量中能被抽出的最大瓦斯量，其計算公式如下：

W抽＝Wc·K

可式中W抽——可抽瓦斯量，Mm3；K可——可抽系數(shù)；K可＝K1·K2·Kg'

K1——煤層瓦斯排放系數(shù)；K1＝K3(X-Xk)÷X

K3——瓦斯涌出程度系數(shù)；X——煤層原始瓦斯含量，m3/t；

Xk——運到地面煤的殘余瓦斯含量，m3/t；K2——負壓抽放時抽放作用系數(shù)，K2＝1.2；

Kg'——礦井瓦斯抽放率，%。

白龍山煤礦的瓦斯涌出除主要來自于開采層外，還來自于鄰近層。所以還包括鄰近層瓦斯抽放，取K3＝0.8。各煤層的殘余瓦斯含量根據(jù)實驗室測定的參數(shù)按絕對瓦斯壓力為0.1MPa計算。煤層取礦井瓦斯抽放率Kg'=0.5[7]。計算結(jié)果礦井瓦斯可抽量為16258.33Mm3,為瓦斯抽放提供了充足的資源條件。

5 瓦斯抽放方法選擇

首先開采C2煤層，然后開采C3、C7+8煤層，C2煤層開采時的大量瓦斯來自除來自本層外，還來自于下鄰近層（C3、C4煤層）；C3煤層開采時的瓦斯除來自于本層外，還有部分瓦斯來自C4、C7+8煤層；C7+8煤層開采時的瓦斯除來自于本層外，還來自上鄰近層C4煤層、C9煤層。此外，C2、C7+8煤層又是突出煤層，瓦斯抽放還必須考慮防突的需要。因此，根據(jù)煤層賦存條件、瓦斯涌出構(gòu)成和巷道布置形式，建議采用本煤層預抽瓦斯為主，鄰近層卸壓瓦斯抽放為輔，邊采邊抽、邊掘邊抽和采空區(qū)抽放相結(jié)合的綜合抽放方法。即在C2煤層開采之前進行本層預抽，在開采時抽放下鄰近層瓦斯和采空區(qū)瓦斯，同時抽放被保護層（C7+8）的瓦斯；在C7+8煤層開采時進行邊采邊抽、下鄰近層抽放和采空區(qū)抽放。

6 抽放參數(shù)的確定

6.1 抽放率的確定

開采層瓦斯抽放取決于煤層的自然透氣性，其評價指標有兩個：煤層的透氣性系數(shù)(l)和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)(a)[8]。預抽瓦斯可行性評價標準見表3。

表3 開采層預抽瓦斯難易程度分類表

本研究測定了鉆孔流量衰減系數(shù)，結(jié)果為：C2煤層的鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.1053～0.7135d-1；C3煤層的鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為2.4787d-1；C7+8煤層的鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.1232d-1。

根據(jù)我國其他礦井預抽瓦斯的實際抽放情況統(tǒng)計分析，并結(jié)合該礦的煤層透氣性系數(shù)測定情況，預計不同抽放時間的瓦斯預抽率見表4。

表4 不同抽放時間的預抽率表

6.2 抽放負壓

根據(jù)鄰近礦井及其它礦井的瓦斯抽放經(jīng)驗，預抽鉆孔的孔口負壓大于13kPa，卸壓抽放的孔口負壓為7～10kPa。采空區(qū)瓦斯抽放的孔口負壓為5kPa。

6.3 抽放時間

從保證回采工作面的安全需要，結(jié)合礦井采掘計劃安排，確定C2煤層鉆孔預抽時間為2年，預抽率可達45%。掘進面預抽時間1個月，預抽率預計可達30%。

7 結(jié)語

通過煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、透氣性系數(shù)基本參數(shù)的測定和抽采方法的選擇，分析認為，白龍山煤礦的煤層應劃為較難抽放類型。因此，白龍山煤礦的瓦斯抽放是基本可行的。通過研究，獲得了不同抽放時間的預抽率、抽放負壓、抽放時間等抽放技術(shù)參數(shù)。并對各煤層及礦井瓦斯儲量、可抽量進行了計算。

本礦井瓦斯抽放技術(shù)參數(shù)的確定，為采取有效抽放措施提供了技術(shù)保障。瓦斯抽放量的加大，礦井及工作面風流的瓦斯量則相應降低，煤礦的煤炭產(chǎn)量得以提高，一般每個工作面的瓦斯抽放量每提高1m3/min，可增加日產(chǎn)100t以上。而且抽放瓦斯的發(fā)電或民用也將帶來每立方米超過1元的直接經(jīng)濟效益。因此，本研究的經(jīng)濟效益是非常直接和顯著的。通過抽放技術(shù)參數(shù)的確定，有針對性的采取瓦斯抽放的技術(shù)措施，將會顯著減少突出事故的發(fā)生，減少瓦斯超限，總體上降低瓦斯災害對煤礦生產(chǎn)的嚴重威脅。

[1]姜海鵬等.淺析煤與瓦斯共采技術(shù)[J].山西焦煤科技，2010（7）：47-50

[2]張子戊、張子敏等，瓦斯地質(zhì)與瓦斯防治進展[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2007.7

[3]張法英等.我國煤礦瓦斯事故的防治[J].科技資訊,2009(3)

崔義（1982-），男，河北衡水人，碩士學位，工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)管理工作。