程莊煤礦瓦斯涌出量預測分析

張亮亮

（山西蘭花科技創業股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

0 引 言

礦井瓦斯涌出量可以為礦井通風設計和瓦斯抽采設計提供重要的依據。通常情況情況下，瓦斯用量預測主要分為工作面瓦斯涌出量、采空區瓦斯涌出量、掘進頭瓦斯涌出量以及鄰近層涌出量。目前，多采用分源預測方法來預測瓦斯涌出量，其需要結合煤礦的一些瓦斯參數進行計算[1-2]。本文介紹了程莊煤礦的瓦斯情況，并探討了礦井瓦斯防治的措施。

1 瓦斯涌出量預測條件

1.1 煤層瓦斯含量分布規律

在埋深368 m 處實際測定的9 號煤層瓦斯含量為8.97 m3/t，而本次實測值在同埋深下測值較高，分析原因為程莊礦的地質賦存存在整體符合瓦斯含量隨埋深延伸而升高，局部瓦斯同時升高的現象[3]。根據實測9 號煤層和15 號煤層瓦斯含量以及埋深的關系圖，如圖1 所示。

圖1 9 號和15 號煤層埋深與瓦斯含量關系圖

結合程莊煤礦井上下對照圖，可以得到9 號煤層和15 號煤層埋深等值線圖。通過瓦斯含量等值線圖，可以看出15 號煤層埋深最大為517.8 m，瓦斯含量最大為10.35 m3/t；9 號煤層最大瓦斯含量為12.63 m3/t。

1.2 煤礦開采條件

程莊煤礦礦井達產時產能為2.4 Mt/a，達產時礦井布置2 個工作面同時回采，15 號煤層生產能力為1.95 Mt/a，回采工作面設計日生產能力為5 614 t，掘進工作面設計日生產能力為295 t；9 號煤層生產能力為0.45 Mt/a，回采工作面設計日生產能力為1 296 t，掘進工作面設計日生產能力為68 t。

15 號煤層綜放工作面，煤層平均厚度6.8 m，機采高度2.8 m，放頂煤高度4 m，采放比為2.8/4 =1/1.42；工作面長度210 m，放頂長度210 m，煤層容重1.4 t/m3，機采回采率為95 %，放頂回采率為80 %，工作面設計日生產能力5 888 t。15 號煤層巷道掘進進尺為240 m，9 號煤層掘進進尺為140 m。

9 號煤層綜采工作面，煤層平均厚度2.72 m，工作面長度217 m，煤層容重1.37 t/m3，工作面回采率95%，工作面日生產能力1 355.64 t。

2 回采工作面瓦斯涌出量預測結果

根據2020 年8 月中國礦業大學編制的《陽泉市燕龕煤炭有限責任公司程莊煤礦9、15 號煤層配采時期瓦斯涌出量預測報告》中的相關內容可知，9、15 號煤層殘存瓦斯含量分別為1.3 m3/t、2.36 m3/t。

2.1 9 號煤層開采瓦斯涌出預測

在9 號2 區本煤層工作面開采時，相對瓦斯涌出量[4]可以達到10.17 m3/t，鄰近層相對瓦斯涌出量12.65 m3/t，回采工作面相對瓦斯涌出量22.82 m3/t，工作面絕對瓦斯涌出量21.48 m3/min。由此可見，在開采時本煤層瓦斯涌出量占44.56%，鄰近層瓦斯涌出量占55.44%。其中，表1 給出了臨近層瓦斯涌出量的計算值。

表1 9 號2 區工作面鄰近層瓦斯涌出量計算表

2.2 15 號煤層開采瓦斯涌出預測

煤層開采時，相對瓦斯涌出量具體如下：工作面煤壁 3.75 m3/t，鄰近層 2.10 m3/t，采空區 1.24 m3/t，回采工作面 12.81 m3/t，放煤 5.09 m3/t，割煤 3.75 m3/t。工作面的絕對瓦斯涌出量52.38 m3/min。由此可見，本煤層瓦斯涌出量占39.70%，鄰近層瓦斯涌出量占21.37 %，工作面采空區絕對瓦斯涌出量占9.67 % 。其中，表2 給出了臨近層瓦斯涌出量的計算值。

由于9 號煤層開采之后，原來老空區存在大量裂隙瓦斯，15 號煤層開采之后，會影響到采空區瓦斯涌出，直接通過鄰近層進入工作面，為此鄰近層的瓦斯涌出應該考慮9 號煤層開采產生卸壓瓦斯涌向，整個鄰近層瓦斯涌出量應為上述表2 瓦斯涌出量預測結果，再考慮采空區卸壓瓦斯涌出影響系數，此系數取1.3，鄰近層瓦斯涌出量為2.73 m3/t。

表2 15313 工作面鄰近層相對瓦斯涌出量

2.3 掘進工作面瓦斯涌出量預測

在15 號煤層運輸順槽掘進時煤壁絕對瓦斯涌出量3.29 m3/min，落煤的絕對瓦斯涌出量1.20 m3/min；回風順槽掘進時煤壁絕對瓦斯涌出量3.21 m3/min，落煤的絕對瓦斯涌出量1.12 m3/min。其中，15 號煤層掘進速度為每月240 m。

在9 號煤層2 區運輸順槽掘進時煤壁絕對瓦斯涌出量1.35 m3/min，落煤的絕對瓦斯涌出量0.85 m3/min；回風順槽掘進時煤壁絕對瓦斯涌出量1.35 m3/min，落煤的絕對瓦斯涌出量0.72 m3/min。其中，9 號煤層掘進速度為每月150 m。

綜上所述，在開采后期，9 號煤層采區回風巷道相對瓦斯涌出量為22.81 m3/t，工作面相對瓦斯涌出量為35.37 m3/t，采區絕對瓦斯涌出量33.49 m3/min；15 號煤層采區回風巷道相對瓦斯涌出量為12.81 m3/t，工作面相對瓦斯涌出量為19.39 m3/t，采區絕對瓦斯涌出量79.56 m3/min。在回采 9 號 2 采區和15313 工作面時，礦井的相對瓦斯量29.10 m3/t，絕對瓦斯涌出量146.87 m3/min。

3 礦井瓦斯防治措施分析

程莊煤礦現階段9、15 號煤層聯合開采，井田內9 號煤層除西部未采外，其他大部分已采空，15 號煤層已部分采空，井田內未發生過瓦斯突出現象，根據井田內現有的9、15 號煤層原始瓦斯壓力最大值分別為 0.61 、0.34 MPa，均小于臨界值 0.74 MPa，故井田范圍內目前不存在瓦斯突出危險性。

3.1 加強瓦斯管理

加強預測預報工作，搞好瓦斯地質預測預報，對煤層瓦斯壓力、瓦斯含量等基礎參數進行測定，科學指導生產。完善通風瓦斯管理機構，確保瓦斯檢測員的配備滿足礦井生產要求，嚴格執行各項通風管理制度，不得出現空班漏檢，虛報假報，做到井下牌板、檢查記錄手冊、瓦斯臺帳三對口；無瓦斯超限作業，杜絕瓦斯積聚；瓦斯排放要嚴格按照排放措施執行，嚴禁“一風吹”不得高濃度排放瓦斯。加強通風管理，根據局部通風設計選用通風機型號，保證局部通風機安裝合理，風量滿足吸風量要求，不發生循環風。

要做好局部通風管理工作，具體措施如下：

1）落實“三專兩閉鎖”、雙風機雙電源自動切換，從本質上保證局部通風機的安全運行。

2）實施通風掛牌管理，嚴格杜絕無計劃的停風。

3）實行掛牌管理，杜絕局部通風機無計劃停風。

4）對風筒實施嚴格的管理，要做到接口嚴密，無破損以及無較大幅度的拐彎，風筒末端到工作面距離不得大于5 m，異徑風筒接頭要用過渡節，先大后小，提高局部通風的可靠性。

3.2 瓦斯抽放

加強瓦斯抽放管理，建設專門的抽放隊伍，人員的配備要符合瓦斯抽放的要求；定期檢查抽放系統，做到抽放管路無破損、無泄漏、無積水，抽放管路吊掛離地高度不小于0.3 m。建立健全抽放檢查記錄，定期校驗，保證正常工作；干支管與抽放鉆場至少每周檢查一次；抽放鉆場（鉆孔）要有觀測記錄牌板、各種記錄、臺帳齊全；瓦斯抽放系統的瓦斯抽放量，以礦井正常生產過程中風排瓦斯不超限為原則；大力推進區域瓦斯治理工作，新布置的回采工作面本煤層瓦斯預抽時間不得小于3 個月。

4 結 語

結合程莊煤礦的瓦斯實際情況，對9、15 號煤層開采過程中的瓦斯涌出量進行了預測。首先介紹了煤礦瓦斯涌出量預測的基本條件，然后分別預測了9、15 號煤層掘進和生產過程中的相對瓦斯涌出量及絕對瓦斯涌出量。可以為礦井瓦斯防治提供一些必要的參考。