吳世躍 張菊亮 韓婷婷 朱 帥

（太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

關(guān)于《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

吳世躍 張菊亮 韓婷婷 朱 帥

（太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

通過長期研究、實測、計算機(jī)模擬，針對2006年頒布實施的《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有對新回采工作面瓦斯涌出預(yù)測做出明確性的強(qiáng)制性的規(guī)定和要求，回采工作面瓦斯涌出預(yù)測方法沒有明確考慮通風(fēng)方式和瓦斯抽采對瓦斯涌出量影響的問題提出了對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議和回采工作面瓦斯涌出預(yù)測新方法。

瓦斯涌出 標(biāo)準(zhǔn)修訂 通風(fēng)方式 分期預(yù)測

2006年發(fā)布實施的《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（下文簡稱現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)）是礦井瓦斯涌出總體評價和綜合治理的指導(dǎo)性文件之一。然而，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對預(yù)測目的、分源預(yù)測方法中相關(guān)參數(shù)選取以及與《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》關(guān)系表述不完善。本文將結(jié)合回采工作面瓦斯涌出預(yù)測實例對現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在的相關(guān)問題進(jìn)行分析，并提出修訂建議，以便更好地指導(dǎo)回采工作面瓦斯治理和通風(fēng)管理工作。

1 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)分源預(yù)測方法簡析

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用分源預(yù)測法與礦山統(tǒng)計法進(jìn)行礦井瓦斯涌出量預(yù)測，設(shè)定的預(yù)測單元（區(qū)域）為新建礦井、生產(chǎn)礦井新水平延深、新采區(qū)以及采掘工作面。分源預(yù)測方法的基本原理和過程：根據(jù)煤層瓦斯含量、回采工作面瓦斯涌出來源、回采工作面煤層的賦存條件和開采技術(shù)條件，首先預(yù)測采掘工作面瓦斯涌出量，然后工作面相加計算采區(qū)瓦斯涌出量，最后采區(qū)相加計算全礦井瓦斯涌出量。由于采掘工作面是最基本預(yù)測單元，所以采掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測不僅是整個預(yù)測工作的關(guān)鍵一環(huán)，而且預(yù)測結(jié)果也是采掘工作面配風(fēng)設(shè)計和瓦斯抽采效果考察的重要依據(jù)。但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)并沒有這方面強(qiáng)制性規(guī)定，且回采工作面瓦斯涌出沒有考慮工作面通風(fēng)方式對瓦斯涌出的影響，具體原因分析及修訂建議如下。

（1）采掘工作面在采掘前的瓦斯涌出預(yù)測對編制采掘作業(yè)規(guī)程過程中工作面通風(fēng)配風(fēng)設(shè)計、瓦斯抽采設(shè)計及其效果考察都具有非常重要的意義，所以本文建議將現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)4.1條款修改為“新建礦井、生產(chǎn)礦井新水平、新采區(qū)、新采掘工作面都必須進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測，以確定相應(yīng)區(qū)域投產(chǎn)后瓦斯涌出量大小，作為礦井、采區(qū)、采掘工作面通風(fēng)設(shè)計、瓦斯抽采及管理的依據(jù)”。以回采工作面為基本預(yù)測單元的完整預(yù)測公式修訂建議及表述見下文。在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)簡單加法原則，依次計算采區(qū)、礦井瓦斯涌出量，以滿足不同預(yù)測單元瓦斯綜合治理和管理要求。

（2）回采工作面瓦斯涌出與回采工作面巷道布置及通風(fēng)方式有關(guān)。因此，建議現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂時，在附錄D中，增加回采工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)條款D.5，其修訂原因及表述見下文分析。

（3）煤層瓦斯含量是預(yù)測回采工作面瓦斯涌出量的最重要基礎(chǔ)參數(shù)，其取值對預(yù)測結(jié)果及其應(yīng)用有重要影響。但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)該參數(shù)僅取原始瓦斯含量進(jìn)行預(yù)測，沒有考慮煤層瓦斯抽采量與風(fēng)排瓦斯量之間的關(guān)系、瓦斯抽采前預(yù)測和預(yù)抽后預(yù)測之間的關(guān)系?！睹旱V瓦斯抽采基本指標(biāo)》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》兩個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)又分別對不同產(chǎn)能回采工作面本煤層和突出煤層預(yù)抽后采煤前煤層瓦斯剩余含量有強(qiáng)制性規(guī)定和要求。因為采用不同時段煤層瓦斯含量預(yù)測的瓦斯涌出量有不同應(yīng)用目的，所以本文建議現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂時應(yīng)增加分期預(yù)測條款4.5：“回采工作面瓦斯涌出預(yù)測應(yīng)分為三個階段進(jìn)行，采用煤層原始瓦斯含量的采前預(yù)測；采用達(dá)到區(qū)域預(yù)抽標(biāo)準(zhǔn)后剩余煤層瓦斯含量的預(yù)測，簡稱預(yù)抽后預(yù)測；采用達(dá)到區(qū)域防突標(biāo)準(zhǔn)后剩余煤層瓦斯含量的預(yù)測，簡稱區(qū)域防突后預(yù)測”。采前預(yù)測包含了在掘進(jìn)過程中側(cè)幫本煤層鉆孔預(yù)抽量、回采過程的邊采邊抽量、采掘過程風(fēng)排瓦斯量等；預(yù)抽后預(yù)測和區(qū)域防突后預(yù)測包含邊采邊抽量和風(fēng)排瓦斯量。分期預(yù)測可對通風(fēng)能力、抽采效果做出合理評價，便于指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。

回采工作面瓦斯涌出來源包含本煤層瓦斯涌出、鄰近層瓦斯涌出，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)分源預(yù)測方法、條款4.1修訂建議、新增條款4.5，回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測公式完整表述見下文。

2 回采工作面開采層瓦斯涌出量預(yù)測

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)附錄A關(guān)于本煤層瓦斯涌出量公式形式為：

式中：q1——開采煤層相對瓦斯涌出量，m3／t；

K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)；

K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)；

K3——采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)；

m——開采層厚度，m；

M——工作面采高，m；

Wc——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3／t；

Wo——煤層瓦斯含量，m3／t。

采前預(yù)測瓦斯含量取原始含量實測最大值；預(yù)抽后預(yù)測瓦斯含量取《煤礦瓦斯抽采指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)4.2條款按工作面產(chǎn)能規(guī)定的采前剩余的可解吸瓦斯量，并加上1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下煤層瓦斯含量；區(qū)域防突后預(yù)測瓦斯含量根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第53條規(guī)定的剩余瓦斯含量取值。其它參數(shù)無特殊說明都按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取值。

華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲煤礦24207回采工作面3＃＋4＃合并煤層預(yù)測基礎(chǔ)參數(shù)和預(yù)測結(jié)果見表1。

表1 24207工作面開采層瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果

3 回采工作面鄰近層瓦斯涌出量預(yù)測

考慮鄰近層有無預(yù)抽，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)附錄A鄰近層的瓦斯涌出量公式建議修訂為：

式中：q2——鄰近層瓦斯涌出量，m3／t；

ξi——第i個鄰近層受采動影響瓦斯排放率，%；

Woi——第i個鄰近煤層瓦斯原始含量，m3／t；

Wci——第i鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3／t；

mi——第i個鄰近層煤層厚度，m；

M——工作面采高，m；

K4i——第i個鄰近煤層的瓦斯實際預(yù)抽率，工作面鄰近層無預(yù)抽，K4i＝0。

各參數(shù)按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、修訂建議取值。

沙曲礦24207回采工作面各鄰近層瓦斯涌出量計算詳見表2。

表2 24207回采工作面各鄰近層瓦斯涌出量計算表

4 回采工作面瓦斯涌出量總量計算

根據(jù)本煤層和鄰近層瓦斯涌出量，考慮回采工作面通風(fēng)方式和瓦斯涌出不均衡的影響，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中回采工作面涌出量計算公式建議修訂為：

式中：q——回采工作面相對瓦斯涌出量，m3／t；

K5——工作面通風(fēng)方式影響瓦斯涌出系數(shù)，簡稱通風(fēng)方式影響系數(shù)；

K6——回采工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)。根據(jù)沙曲礦Y型通風(fēng)方式以及其它礦井不同通風(fēng)方式現(xiàn)場測定，不同通風(fēng)方式采場瓦斯涌出計算機(jī)模擬，當(dāng)其地質(zhì)回采條件相同時，不同通風(fēng)方式工作面后部采空區(qū)瓦斯涌出量從大到小依次為沿空留巷Y型通風(fēng)、雙U型通風(fēng)、U＋L型通風(fēng)、U型通風(fēng)，前三者基本相同，U型明顯較小。因此，根據(jù)研究，建議在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中增加工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)條款D.6：“回采工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)按經(jīng)驗取值時K5＝1～1.4，U型通風(fēng)方式取1，其它通風(fēng)方式取較大值，或根據(jù)實測確定”。限于篇幅，本文不對該參數(shù)取值范文做詳細(xì)分析論證。

根據(jù)對沙曲礦24207工作面Y型通風(fēng)系統(tǒng)回采工作面半年多觀測統(tǒng)計分析，回采工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)K5為1.4左右。

K6回采工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建議取值范圍1.2～1.5。根據(jù)現(xiàn)場觀測和計算機(jī)模擬，非U型通風(fēng)方式由于采空區(qū)后部有均勻連續(xù)漏風(fēng)和均勻連續(xù)瓦斯涌出，采空區(qū)瓦斯涌出不均勻性減小，因此本文建議將附錄D.5條款中關(guān)于采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)內(nèi)容修訂為：“回采工作面或掘進(jìn)工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)按經(jīng)驗取值時K5＝1.2～1.5，U型通風(fēng)方式取大值，非U型通風(fēng)取較小值，或按實測值計算”，該條款其它內(nèi)容不變。沙曲礦瓦斯涌出不均衡系數(shù)實測值K6＝1.21～1.31。

根據(jù)表1、表2和公式（3），沙曲礦24207回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果見表3。各階段預(yù)測結(jié)果與實測結(jié)果基本一致。24207工作面回采期間絕對瓦斯涌出量平均值為32.11m3／min。

表3 24207回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果

5 結(jié)論

為了使現(xiàn)行的《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更符合生產(chǎn)實際需求，滿足新回采工作面配風(fēng)、瓦斯抽采設(shè)計和效果評價要求，并能準(zhǔn)確反映回采工作面通風(fēng)方式對瓦斯涌出的影響，本文根據(jù)長期的理論研究、煤礦瓦斯涌出實際觀測數(shù)據(jù)分析、計算機(jī)模擬研究等，建議修訂現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的條款4.1和條款D.5，增加分期預(yù)測條款4.5和工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)條款D.6，同時修訂回采工作面瓦斯涌出預(yù)測計算方法。

現(xiàn)行《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測相關(guān)條款修訂后，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于掘進(jìn)工作面、采區(qū)、礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法不變。

［1］ AQ1018－2006.礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法［S］.2006

［2］ AQ1026－2006.煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)［S］.2006

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

［4］ 吳世躍，郭勇義.“Y”型通風(fēng)方式治理高產(chǎn)綜采面瓦斯的研究［J］.西安科技學(xué)院學(xué)報，2001（9）

［5］ 李慶源，劉洋.“U＋L”型和“Y”型通風(fēng)方式治理瓦斯效果對比分析研究［J］.中國煤炭，2002（3）

Revision suggestions on"Prediction Methods of Mine Gas Emission Rate"industry standard

Wu Shiyue，Zhang Juliang，Han Tingting，Zhu Shuai
（College of Mining Technology of Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Aiming at the"Prediction Method of Mine Gas Emission Rate"industry standard issued and implemented in 2006which has not made clear the mandatory provisions and requirements for gas emission prediction in new mining face，and not considered clearly the ventilating mode and the impact of gas extraction on gas emission rate in prediction methods of mining face gas emission，through long－term research，measurement and computer simulation，the paper has proposed some revision suggestions on existing standard and new prediction method of gas emission rate in mining face.

gas emission，standard revision，ventilation mode，predicting by stages

TD712.3

A

吳世躍（1959－），教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事煤層氣開采與煤礦瓦斯防治教學(xué)科研工作。

（責(zé)任編輯 張艷華）