陳 偉郭邵金

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近年來(lái)，隨著采深的增加和回采工作面機(jī)械化程度的提高，瓦斯涌出量不斷增加，不僅制約了生產(chǎn)能力，而且增大了瓦斯爆炸事故發(fā)生的可能性。這就需要用定量化的方法較為準(zhǔn)確地對(duì)礦井瓦斯的涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并采取治理措施，預(yù)防瓦斯災(zāi)害事故的發(fā)生。

1 羊場(chǎng)坡煤礦基本情況概述

盤(pán)縣火鋪鎮(zhèn)羊場(chǎng)坡煤礦位于貴州省盤(pán)縣火鋪鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力30萬(wàn)噸，該礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。礦井共劃分為兩個(gè)水平兩個(gè)采區(qū)。煤層開(kāi)采順序按照自上而下的原則。設(shè)計(jì)將該礦的準(zhǔn)備巷道布置于巖層之中，礦井在開(kāi)采一采區(qū)時(shí)可利用主、副、回風(fēng)斜井作為一采區(qū)準(zhǔn)備巷道，通過(guò)石門(mén)與各煤層聯(lián)系。采煤方法采用走向長(zhǎng)壁后退式，以一個(gè)普采工作面達(dá)產(chǎn)，頂板管理方式為全部垮落法。礦井采用中央并列抽出式通風(fēng)方式。主、副井進(jìn)風(fēng)，風(fēng)井回風(fēng)，移交生產(chǎn)時(shí)，礦井通風(fēng)量為57m3/s，礦井等積孔為2.88m2。

2 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法的選擇

礦井瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)目前普遍采用的方法為礦山統(tǒng)計(jì)法、分源預(yù)測(cè)法、綜合法3類，由于礦山統(tǒng)計(jì)法和綜合法需要在礦井生產(chǎn)中獲得實(shí)測(cè)資料，因此，這兩種方法不適合羊場(chǎng)坡這樣的新建礦井，該礦只能采用分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量。

圖1 礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系

分源預(yù)測(cè)法亦稱為瓦斯含量預(yù)測(cè)法，它根據(jù)時(shí)間、地點(diǎn)的不同，分成數(shù)個(gè)向礦井巷道涌出的瓦斯源，在分別對(duì)這些瓦斯涌出源進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上得出礦井瓦斯涌出量的方法。礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系如圖1所示。

羊場(chǎng)坡煤礦達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量30萬(wàn)噸時(shí)，將在首采層1號(hào)煤層中布置1個(gè)回采工作面和2個(gè)煤巷掘進(jìn)工作面。

3 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

3.1 回采工作面瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)

根據(jù)圖1可知，回采工作面的瓦斯出量由2部分組成：開(kāi)采層（包括圍巖）瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出。

3.1.1 開(kāi)采層瓦斯涌出量

薄及中厚煤層不分層開(kāi)采時(shí)，開(kāi)采層瓦斯涌出量下式計(jì)算：

式中：q1——開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)；K1選取范圍為1.1～1.3；全部陷落法管理頂板，碳質(zhì)組分較多的圍巖，K1取1.3；局部充填法管理頂板K1取1.2；全部充填法管理頂板K1取1.1；砂質(zhì)泥巖等致密性圍巖K1取值可偏??；K1取1.3。

K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來(lái)計(jì)算；

K3——采區(qū)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)開(kāi)采層瓦斯涌出影響系數(shù)，K3=0.9

m——開(kāi)采層厚度，m；

M——工作面采高，m；

W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；

Wc——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3/t.r。

3.1.2 鄰近層瓦斯涌出量

式中：q2——鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量，m/t；

mi——第i個(gè)鄰近層煤層厚度，m；

M——工作面采高，m；

ηi——第i個(gè)鄰近層瓦斯排放率，%；

Woi——第i個(gè)鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t，無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)可參照開(kāi)采層選??；

Wci——第i個(gè)鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t，無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)可參照開(kāi)采層選??；

圖2 鄰近層鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線

Woi——第i個(gè)鄰近層煤層原始瓦斯含量，m3/t，無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)可參照開(kāi)采層選??；

Wci——第i個(gè)鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3/t，無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)可參照開(kāi)采層選取；

3.1.3 回采工作面瓦斯涌出量

式中：q采——回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

q1——開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

q2——臨近層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

代入相關(guān)參數(shù)計(jì)算得，q1= 9.1m3/t，q2=9.4m3/t，計(jì)算得回采工作面瓦斯涌出量為18.5m3/t。

3.2 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量

3.2.1 掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量

式中：q3——掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

D——巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長(zhǎng)度，m；對(duì)于薄及中厚煤層，D=2m0，m0為開(kāi)采層厚度；

對(duì)于厚煤層，D=2h+b，h及b分別為巷道的高度及寬度；

V——巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；

L——巷道長(zhǎng)度，m；

q0——煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/m2·min，

式中：q0——巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，m3/m2·min；

Vr——煤中揮發(fā)分含量，%；

W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；

3.2.2 掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量

式中：q4——掘進(jìn)巷道落煤的瓦斯涌出量，m3/min；

S——掘進(jìn)巷道斷面積，m2；

V——巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；

γ——煤的密度，t/m3；

W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；

Wc——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3/t。

3.2.3 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量

式中：q掘——掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；

q3——掘進(jìn)工作面巷道煤壁絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；q4——掘進(jìn)工作面落煤瓦斯涌出量，m3/min。

3.3 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量

式中：q掘——生產(chǎn)采區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

k′——生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)；

表1 未進(jìn)行預(yù)抽時(shí)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出計(jì)算表

q采i——第i采區(qū)工作面相對(duì)涌出量，m3/t；

表2 未進(jìn)行預(yù)抽時(shí)生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量計(jì)算表

表3 未進(jìn)行預(yù)抽時(shí)礦井瓦斯涌出量計(jì)算表

Ai——第i個(gè)回采工作面的日產(chǎn)量，取818t；

q掘i——第i個(gè)掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；

A0——生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，取909t。

3.4 礦井瓦斯涌出量

式中：q井——礦井相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

q區(qū)i——第i個(gè)生產(chǎn)區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

Aai——第i個(gè)生產(chǎn)區(qū)平均日產(chǎn)量，t；

k″——已采采空區(qū)瓦斯涌出量系數(shù)。

羊場(chǎng)坡煤礦開(kāi)采達(dá)到其設(shè)計(jì)產(chǎn)量30萬(wàn)噸時(shí)，礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)值為26.49m3/min，礦井瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)為實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)及瓦斯災(zāi)害防治提供了較為可靠的依據(jù)。

［1］俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.

［2］王英敏，主編.礦井通風(fēng)與安全[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1979.

［3］于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用首采[M].北京：煤炭工業(yè)出版社.