煤矿矿井瓦斯涌出量预测计算方法

煤矿矿井瓦斯涌出量预测计算方法

齐文越

中国煤炭地质总局第一勘探局地质勘查院 河北邯郸 056000

摘 要：煤层瓦斯（gas of coalseam）、煤层气。从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体。瓦斯是煤矿生产中的有害因素，它不仅污染空气，而且当空气中瓦斯含量为5%～16%时，遇火会引起爆炸，造成事故。现运用分源预测法、瓦斯地质图法预测瓦斯涌出量供参考。

关键词:瓦斯涌出量 涌出量预测方法

1. 分源预测法预测瓦斯涌出量

（一）分源预测法预测瓦斯涌出量方法

一个矿井的瓦斯涌出量的大小既取决于瓦斯源的多少，又取决于瓦斯源涌出瓦斯量的多少。含瓦斯煤层被开采时，受采掘影响的煤层及围岩中的瓦斯赋存平衡条件被破坏，其中的瓦斯将涌入采掘工作面及采空区。按照瓦斯涌出地点分，井下瓦斯源有4个，即开采层（包括围岩）、邻近层、掘进巷道、生产采空区和已采区采空区。前4项瓦斯源涌出的瓦斯汇集，构成采区瓦斯涌出。各采区瓦斯涌出与已采区采空区涌出的瓦斯汇集构成全矿井瓦斯涌出。

其计算步骤是：分别计算开采层、邻近层、掘进工作面煤壁与落煤的瓦斯涌出量，然后按相关顺序计算出采煤工作面和掘进工作面瓦斯涌出量，再加上生产采区采空区瓦斯涌出量。生产采区瓦斯涌出量与已采采区采空区瓦斯涌出量相加，即可最终得出预计的矿井瓦斯涌出量。以下为回采工作面瓦斯涌出量计算方法：

1、开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量

式中q1－开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m³/t；

k₁－围岩瓦斯涌出系数，对于全部垮落法顶板管理的工作面，取k₁=1.3；

k₂－工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数；

k₃－顺槽掘进预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，采用长壁后退式回采时，系数k₃按下式确定：

式中L－回采工作面长度，m；

h－巷道瓦斯预排等值宽度，m；

m₀－煤层厚度，m；

m₁－煤层采高，m；

X₀－煤层原始瓦斯含量，m³/t；

X₁－煤层残存瓦斯含量，m³/t，与煤质和原始瓦斯含量有关，需实测；如无实测数据可查取，由于所查取的瓦斯含量值是以m³/t,daf(表示可燃值基瓦斯量)为计量单位，因此需要按下式换算成以m³/t(表示原煤瓦斯含量)为计量单位的瓦斯含量：

X₁＝X₁′（100－M_ad－A_d）/100

式中X1′－可燃值基瓦斯含量，m³/t,daf；

Mad－原煤水分含量，%；

Ad－原煤灰分含量，%.

2、邻近层瓦斯涌出量

式中q₂－邻近层瓦斯涌出量，m3/t；

m_i－第i个邻近层厚度，m；

m₁－开采层的开采厚度，m；

X_0i－第i邻近层原始瓦斯含量，m³/t；

X_1i－第i邻近层残存瓦斯含量，m³/t；

k_i－取决于层间距离的第i邻近层瓦斯排放率。

3、回采工作面瓦斯涌出量

回采工作面瓦斯涌出量由开采层（包括围岩）、邻近层瓦斯涌出量两部分组成，其计算公式为：

q₃=q₁+q₂

式中q₃－回采工作面相对瓦斯涌出量，m³/t。

分源计算法预测矿井瓦斯涌出量经过近10年的研究、完善与提高，在淮南、焦作、阳泉等几十个矿区与矿井应用均取得了满意的效果，预测准确率达到了85%以上，并已制定出矿井瓦斯涌出量预测规范，在全国推广应用。

二、瓦斯地质图法预测瓦斯涌出量

采用瓦斯地质图法对矿井2号煤层进行瓦斯涌出量预测。此方法是在系统收集、整理建矿以来地质资料和瓦斯资料，尤其是回采工作面每日的瓦斯浓度、风量和抽放量的基础上，研究矿井瓦斯地质规律，进行瓦斯涌出量预测。

影响矿井瓦斯涌出量的主要因素有瓦斯含量、开采强度、开采顺序、采煤方法、顶板管理、生产工序、通风压力、大气压力变化、采空区管理方式等，但在相同的开采条件下，瓦斯含量是决定因素。分析结果表明，影响矿井2号煤层瓦斯含量的主要因素是煤层埋藏深度，因此，埋藏深度也是影响 矿井煤层瓦斯涌出量的主要因素。

矿井开采区域具有大量的实际瓦斯涌出资料，在甲烷带内，瓦斯实际涌出量与煤层埋藏深度之间线性关系较好。通过大量计算、汇总，然后进行分析、比较，选出一些具有代表性的实际绝对瓦斯涌出量（y）与统计对应的煤层底板标高（x）进行线性回归。

绝对瓦斯涌出量与煤层底板标高绝对值回归趋势线

回归方程：y=0.048x-3.39

相关系数：R=0.7513

矿瓦斯涌出量梯度为4.8m³/min·100m.由绝对瓦斯涌出量与煤层底板标高回归方程（4－6），可以得到矿井一定标高下对应的绝对瓦斯涌出量，经过计算求出不同煤层底板标高条件下对应的绝对瓦斯涌出量如下：

煤层底板标高-296m处的绝对瓦斯涌出量趋势值是10m³/min；

煤层底板标高-383m处的绝对瓦斯涌出量趋势值是15m³/min；

煤层底板标高-487m处的绝对瓦斯涌出量趋势值是20m³/min；

煤层底板标高-591m处的绝对瓦斯涌出量趋势值是25m³/min；

煤层底板标高-695m处的绝对瓦斯涌出量趋势值是30m³/min；

矿井绝对瓦斯涌出量预测结果比较表

采用瓦斯地质图法和分源预测法对矿井瓦斯涌出量进行预测，通过对预测结果比较，可知两种方法预测结果相差不大。

两种计算方法可供参考。

结束语：

以上两种方法可作为对煤矿瓦斯涌出量计算的方法，相对来说可靠，加上对比历年的瓦斯测试量进行对比，对未来矿井开采安全提供更有力的数据支持，是保证煤矿安全生产的重要依据。