掘進工作面瓦斯涌出綜合預測系統

羅永豪，邢玉忠

（太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

掘進工作面瓦斯涌出綜合預測系統

羅永豪，邢玉忠

（太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

針對掘進工作面瓦斯涌出問題，提出了一套綜合系統的預測方法，包括了瓦斯涌出的兩大類因素：一類是持續穩定地影響瓦斯涌出因素（包括開采深度、掘進速度、煤層厚度等），一類是可能引起瓦斯涌出突贈因素（包括大氣壓力、地質構造、瓦斯積聚煤層等）。綜合預測系統有助于較全面地排除危險源，可對規范化安全管理提供依據。

掘進工作面；瓦斯涌出；系統預測

1 掘進工作面瓦斯預測的研究現狀

礦井瓦斯涌出量預測工作是煤礦新井或生產礦井的通風設計、瓦斯抽放工程設計、瓦斯防治工作不可缺少的重要環節，它影響著煤礦生產過程中的安全可靠性。只有準確預測礦井或掘進工作面的瓦斯涌出量，提前采取必要防治措施，才能保證礦井安全生產[1]。國內外有關掘進工作面的瓦斯預測方法有許多種，較為典型的有：應用GIS（Geographic Information System）平臺和C++Builder軟件進行預測[2]，基于電磁輻射原理的煤與瓦斯突出危險性預測[3]，采用距離判別分析理論進行瓦斯預測[4]，應用模糊聚類分析進行煤與瓦斯突出預測[5]，采用突出預測指標（q，S，Δh2）進行瓦斯預測[6]等等。這些預測方法對煤礦安全高效生產起到了重要的作用，但是各種預測方法精度不一，適合范圍也有差別；有的預測方法在某個礦井的預測效果較好，但在其它礦區的效果不理想；有的在某一季節的預測結果符合實際，但在其他季節誤差較大；而且許多預測方法對地質構造帶缺乏考慮。總之，找到一種系統的、穩定的、廣泛適用的預測瓦斯涌出的方法已經迫在眉睫。

2 綜合預測系統考慮因素

掘進工作面預測瓦斯涌出包括兩方面：一方面是常規涌出預測，一方面是突然涌出預測。因此，系統預測所考慮的因素也可分為兩類：一類是持續穩定的影響瓦斯涌出的因素（如開采深度，掘進速度煤，煤層厚度等），一類是可能引起瓦斯涌出量突然增加（甚至瓦斯突出）的因素（如大氣壓力突然變化，遭遇斷層等可貫通其它含瓦斯地層的地質構造，遭遇瓦斯積聚區域等）。本文重點分析如下：

地質條件正常、采礦技術條件相似的條件下，在甲烷帶內相對瓦斯涌出量與開采深度呈近似線性關系[7]，該直線的斜率稱為瓦斯涌出量梯度a，表達式為：

式中：H1、H2為分別為甲烷帶內的兩個開采深度，m；q1、q2為對應于H1，H2深度的相對瓦斯涌出量，m3/t；n為指數，現代開采深度條件下，一般n=1。

巷道掘進速度越快、煤層越厚，瓦斯涌出量越大，其關系為：

當Lj/V≤巷道煤壁瓦斯極限排放期Tj時，Qjb用下式：

當Lj/V＞Tj時，在式（3）中以Tj代替Lj/V進行計算。

式中：Qj為掘進巷道瓦斯涌出量，m3/min；Qjb為巷道壁瓦斯涌出量，m3/min；Qjm為落煤瓦斯涌出量，m3/min；n為不移動暴露煤壁個數；m為煤層厚度，m；V為巷道平均掘進速度，m/min；Lj為掘進巷道長度，m；b為掘進巷道平均寬度，m；ρ為煤的密度，t/m3；x0為煤層原始瓦斯含量，m3/t；x1為運到地面煤的殘余瓦斯含量，m3/t；C為單位面積煤壁初始瓦斯涌出量（初始比流量），m3/(m2·min)，它可以利用經驗公式來確定。

對于瓦斯涌出量突然增加的因素，很難進行定量描述，只能進行定性判斷。但是這些因素如果不加重視，往往導致嚴重事故。理論分析和實測表明：氣壓的驟變會使采空區瓦斯大量涌出，其中自由態瓦斯對壓力變化的反應更為敏感；工作面的通風靜壓與采空區的壓力保持動態平衡，自由空間體積越大，影響越明顯；對于封閉采空區，瓦斯的濃度隨壓力變化較小[8]。

3 綜合預測系統步驟概況

綜合系統預測法旨在：將導致掘進巷道瓦斯涌出量變化的因素盡量地都考慮進去，然后有條理地借助計算機加以分析計算，其總體思路是先考慮可能引起瓦斯涌出量突然增加的因素，再考慮持續穩定的影響瓦斯涌出的因素，預測步驟，見圖1。

4 結束語

圖1 綜合預測系統步驟

由于煤礦井下環境的復雜多樣，單憑一種預測方法很難保證安全高效生產。綜合系統的預測方法可將危險源逐一排除，不僅能預測出掘進工作面的常規瓦斯涌出量，而且有助于預防因非常規因素導致的瓦斯突出事故。借助于計算機，可高效地進行預測，系統化的預測有利于規范化管理；但是煤礦井下生產因素特多，而且有些因素尚未認識清楚，所以綜合系統的預測方法還需不斷改進。

[1]張少帥，楊勝強.分源法瓦斯涌出量預測工作探討[J].煤炭技術，2011，30(9):266-268.

[2]李石林，馮濤，王鵬飛，朱卓慧.GIS在采掘工作面瓦斯涌出預測中的應用[J].西安科技大學學報，2011，31(6):711-714，723.

[3]魏剛.基于電磁輻射原理的煤與瓦斯突出危險性預測[J].黑龍江科技學院學報，2011，21(5):389-394.

[4]孫浩博，王恩元，董超，晉明月.距離判別分析理論在突出預測中的應用[J].煤礦安全，2012，43(2):88-91.

[5]徐洪濤.模糊聚類分析在煤與瓦斯突出預測中的應用[J].山西焦煤科技，2011(8):4-6.

[6]任培良，李國旗.義安礦突出預測指標統計及影響因素分析[J].礦業安全與環保，2011，38(5):80-82，86.

[7]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業大學出版社，1992.

[8]李學武，張廣文，劉偉清.大氣壓力對濟三煤礦綜采區瓦斯涌出的影響[J].煤炭科學技術，2008，36(12):52-55.

Integrated Forecasting System of Gas Emission in Driving Face

LUO Yong-hao,XING Yu-zhong
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024）

To solve gas emission in driving face,a set of integrated forecasting methods were proposed. The gas emission was caused by two groups of factors:one group influencing the gas emission consistently, including mining depth,driving speed,and strata thickness;the other group causing emission spurt,including air pressure,geological structure,and gas accumulating seam.The integrated forecasting system could eliminate hazards more comprehensively and provide reference for standardized safety management.

driving face;gas emission;forecasting

TD712+.5

A

1672-5050（2012）11-0043-02

2012-09-10

羅永豪（1987—），男，河北邢臺人，在讀碩士研究生，研究瓦斯檢測工作。

樊 敏