礦井瓦斯涌出量計算及應用

徐光亮

(晉城藍焰煤業股份有限公司成莊礦)

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礦井瓦斯涌出量計算及應用

徐光亮

(晉城藍焰煤業股份有限公司成莊礦)

摘要介紹了國內外礦井瓦斯涌出量預測技術及運用較廣泛的涌出量計算方法，結合成莊礦實際條件，選取分源預測法為該礦涌出量預測方法，取得了較好的應用效果。

關鍵詞瓦斯涌出量分源預測法預測技術

成莊礦是晉煤集團主力礦井之一，井田隸屬于沁水煤田南翼，地處晉城市西北20 km處，跨澤州和沁水兩縣，目前主采3#煤層。為實現成莊礦可持續發展，需盡早對下組煤開拓延深，實現3#煤與下組煤之間的配采。而要安全開采下組煤,需掌握其瓦斯涌出量，以指導礦井的初步設計及瓦斯綜合治理。

1礦井瓦斯涌出量預測技術及適應性

目前國內礦井瓦斯涌出量預測技術豐富，各方法都有利有弊，想要準確地預測礦井瓦斯涌出量，還需根據礦山具體條件進行優選。瓦斯預測技術見圖1。

瓦斯預測技術的選擇：①分源預測法和礦山統計法是目前使用最多也最實用的兩種方法，煤礦安全生產行業標準《礦井瓦斯涌出量預測方法》(AQ 1018—2006)已于2006年收錄了此兩種方法[1]；②含量法是從國外引進并使用的方法，沒建立分源預測法之前在我國應用較多，目前在煤礦上運用較少；③類比法主要是在鄰近礦井已有瓦斯規律計算，該方法簡單，可行性較高，在煤礦現場使用較多；④神經網絡和灰色系統預測法，必須通過編程進行數據整合分析，過程繁瑣，操作難度高，目前該技術還不成熟，現場很少采用；⑤瓦斯地質數學模型法通過統計單個或多個變量關系，推算數學公式并結合礦實際條件進行預測，現場應用較少；⑥速度預測法通過實測瓦斯涌出初速度與衰減系數進行計算，現場極少使用，僅在文獻上見過[2]。

圖1　瓦斯涌出量預測技術

通過上述分析，礦山統計法、分源預測法、類比法及瓦斯地質數學模型法目前使用較多、適用性較強。

1.1礦山統計法

通過統計分析礦井實測瓦斯地質資料，得出礦井瓦斯涌出量與埋深的關系，并由此對新水平、新盤區或鄰近礦井的瓦斯涌出量進行計算[3]。該方法使用條件為：①預測礦井生產技術條件和煤層地質條件與統計資料中相似；②深度為100～200 m，沿煤層傾斜長度不大于600 m，煤層走向向上無大的地質構造[4]；③需要兩個以上水平的瓦斯資料，且處于瓦斯帶內，或只有一水平在瓦斯帶內，但已知其瓦斯風化帶深度[4]；④以瓦斯相對涌出量為基礎進行計算，只適用于產量較為穩定的礦井。

該預測法運用比較早，局限性較大，預測結果難以保證。

1.2分源預測法

根據瓦斯涌出源關系(如圖2所示)和礦井實測瓦斯含量，利用瓦斯涌出規律，結合預測煤層賦存條件和開采條件，預測各預測源涌出量，匯總計算出采掘面的瓦斯涌出量，最終計算出采區(盤區)以及礦井瓦斯涌出量[5],目前該方法運用最普遍且較為準確，并納入安全生產行業標準[6]。

圖2　礦井瓦斯涌出源匯關系示意

1.3類比法預測

通過統計分析鄰近礦井瓦斯地質資料,結合瓦斯地質理論,分析相似條件礦井的瓦斯涌出量[7]。

該方法較為簡單，但由于周邊礦井生產方式及其受地質構造的影響，計算值不太準確。

1.4瓦斯地質數學模型法

通過研究瓦斯、地質以及涌出量的變化規律，選出影響涌出量變化的主變因素，結合礦井測試資料和地質資料，運用數學方法建立瓦斯涌出量預測模型，推算出模型的相關關系式(包括多變量)，計算礦井瓦斯涌出量[8]。

通過分析，結合成莊礦實際條件，確定采用分源預測法進行礦井瓦斯涌出量預測。

2現場測試

(1)四盤區、五盤區內，各布置一個綜采大采高工作面，工作面采用“三進兩回”五巷布置方式，工作面走向長1 800～3 000 m，工作面長 250 m。

工作面各進、回風順槽、切眼均采用錨桿、錨索、網聯合支護，掘進工作面均采用綜掘工藝。

(2)下組9#、15#煤層采用“分層、分區、聯合布置”的方式開采，9#煤層采用薄煤層走向長壁綜采采煤法，工作面順槽巷道采用2進2回“大U套小U”型布置，長度200 m，平均煤厚1.05 m。工作面回采率為97%，順槽斷面積均為9.66 m2。

15#煤層采用一次采全高、走向長壁綜采采煤法,垮落式管理頂板。工作面布置采用2進2回“大U套小U”型布置，工作面長度200 m，平均煤厚3.72 m。工作面回采率為94%，順槽斷面積最大為2.23 m2。

(3)煤巷掘進速度為300 m/月，半煤巖巷掘進速度200 m/月，巖巷掘進速度120 m/月。

(4)采用單一走向長壁綜合采煤法，頂板管理方式為全部垮落法。

(5)設計年工作日330 d。

根據上述條件，采用分源預測法計算，2014年度，當礦井達產時，礦井最大絕對瓦斯涌出量為384.59 m3/min。

3結語

(1)通過總結分析國內外涌出量預測方法，篩選出適合國內礦山瓦斯涌出計算的方法主要有礦山統計法、分源預測法、類比法及瓦斯地質數學模型法。

(2)結合成莊礦實際生產條件，分析了各預測方法的優劣，并確定適合該礦采用分源預測法。

(3)通過分源預測法，計算出礦井最大絕對瓦斯涌出量為384.59 m3/min。

參考文獻

[1]姜文忠,霍中剛,秦玉金.礦井瓦斯涌出量預測技術[J].煤炭科學技術,2008(6):1-4.

[2]章立清,秦玉金,姜文忠,等.我國礦井瓦斯涌出量預測方法研究現狀及展望[J].煤礦安全,2007(8):58-60.

[3]鄭同社,張瑞林,余本勝,等.新登煤礦三水平綜放工作面瓦斯涌出量預測[J].河南理工大學學報：自然科學版,2005(2):100-102.

[4]張宏偉.大窯溝礦瓦斯地質特征研究[D].阜新：遼寧工程技術大學,2011.

[5]劉慧志.某煤層瓦斯抽放方法與實踐研究[D].太原：中北大學,2013.

[6]國家安全生產監督總局.AQ 1018—2006礦井瓦斯涌出量預測方法[S].北京：煤炭工業出版社，2006.

[7]李艷霞.煤礦瓦斯涌出量灰色—分源預測方法的研究[D].哈爾濱：黑龍江科技大學,2013.

[8]景興鵬,李彬剛,鄭登鋒.瓦斯涌出量預測方法及問題[J].勞動保護,2007(11):100-101.

(收稿日期2015-10-19)

徐光亮(1967—)，男，總工程師，048000 山西省晉城市。