某礦西部采區(qū)瓦斯涌出預測及分析

馬龍躍　和毅　喬善成

摘要：文章結(jié)合西部三個采區(qū)已采工作面掘進、回采期間瓦斯?jié)舛取L量等參數(shù)實測數(shù)據(jù)，利用礦山統(tǒng)計法對其深部（二水平）瓦斯涌出量進行分析預測；采集西部采區(qū)實測瓦斯含量數(shù)據(jù)及掘進、回采計劃、煤層賦存條件等參數(shù)，利用分源法對該區(qū)域采區(qū)深部瓦斯涌出量進行預測計算，確定了西部采區(qū)瓦斯涌出特征及規(guī)律，以指導該礦瓦斯治理工作。

關(guān)鍵詞：煤礦開采；已采工作面；瓦斯涌出量；礦山統(tǒng)計法；分源法 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2015）15-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.085

1 概述

瓦斯預測技術(shù)是使用煤礦地質(zhì)學、煤礦開采學、數(shù)理統(tǒng)計等學科的主要原理，預測礦井瓦斯涌出量和瓦斯突出的一門綜合性技術(shù)科學。合理的瓦斯涌出量預測可以正確預判危險源，出現(xiàn)險情后及時做出反應，最大限度地減少生命、財產(chǎn)損失。通過瓦斯涌出量預測結(jié)果指導采區(qū)布置、通風系統(tǒng)設計、安全救援應急方案的制定，礦井瓦斯預測對于整個礦井安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益有著重要影響。

2 礦井概況

該煤礦受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，全層構(gòu)造軟煤發(fā)育、煤體結(jié)構(gòu)為Ⅲ～Ⅴ類，煤層厚度變化大、透氣性差，礦井中瓦斯富集區(qū)和突出區(qū)區(qū)域特性明顯。目前，該礦已經(jīng)逐漸從開采淺部高瓦斯礦井向深部煤與瓦斯突出礦井轉(zhuǎn)化，該礦11采區(qū)、14采區(qū)深部不斷出現(xiàn)以壓出為主要特征的煤與瓦斯突出動力現(xiàn)象；生產(chǎn)中響煤炮、頂鉆、夾鉆、噴孔等瓦斯突出征兆頻繁發(fā)生，已對礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成了巨大隱患，對西部區(qū)域瓦斯準確預測有利于指導和保障礦井的安全生產(chǎn)。該礦井田含煤地層中含有太原組、山西組、下石盒子組及上石盒子組，屬于多煤組多煤層地區(qū)。含煤地層總厚約為576m，共含煤六組，包括28層煤。煤層總厚度為7.30m，含煤系數(shù)是1.27%。二1煤層厚0～18.88m，平均厚4.22m。本次研究主要對象確定為山西組的二1煤層，山西組為某煤礦井田中的主要含煤建造，下部以二1煤層底板砂質(zhì)泥巖底界同太原組分界，上部主以大紫泥巖之底為頂界。

根據(jù)勘探和礦井生產(chǎn)揭露的具體情況，礦井瓦斯主要表現(xiàn)出了以下三個特點：（1）礦井的歷年絕對瓦斯涌出量呈現(xiàn)出逐年遞增的態(tài)勢，在2000年以前，絕對瓦斯涌出量還在10m3/min水平，而從2000年以后，絕對瓦斯涌出量增加到30m3/min左右。礦井的相對瓦斯涌出量則較為穩(wěn)定，一般處在10m3/t，瓦斯涌出量的不均一性表現(xiàn)也較為明顯；（2）埋深沿煤層走向自西向東煤層埋藏深度減小，其高值區(qū)主要分布在已采區(qū)西南處，在東部瓦斯含量低，而埋深由北向南遞增，在東部較淺，瓦斯含量等值線的分布與埋深等值線分布趨勢一致，說明瓦斯含量與埋深成正相關(guān)；（3）煤層瓦斯含量隨著煤厚的增大而增大，煤層瓦斯含量增加的梯度減小：煤厚變化復雜，礦區(qū)大部分區(qū)域瓦斯含量與煤厚呈正相關(guān)趨勢該礦大占砂巖是煤層頂板最重要的一個透氣性的巖層，透氣性較差的泥巖類巖層。煤層瓦斯含量隨著鏡質(zhì)組含量的增大而增大。

3 礦山統(tǒng)計法預測瓦斯涌出量

礦井瓦斯涌出量不是一個固定值，它隨著礦山開采深度的變化而變化，礦山統(tǒng)計法僅僅適用瓦斯帶以下已回采的1～2個水平的礦井，目前進行預測的直接外推范圍，大致處在垂直深度200m或傾斜長度600m的范圍內(nèi)。為了保證誤差率在可接受范圍，外推深度應該隨著煤層傾角和瓦斯涌出量梯度值而減小。

現(xiàn)已知12采區(qū)相對瓦斯涌出量大小為5.808m3/t。由礦井瓦斯地質(zhì)圖可知，高差約為172.875m，所以可得16采區(qū)深區(qū)（二水平）相對瓦斯涌出量為9.093m3/t。12221、12261工作面相對瓦斯涌出量隨回采時間變化特點如圖1和圖2所示。

圖1 12221工作面相對瓦斯涌出量隨回采時間變化特點

圖2 12261工作面相對瓦斯涌出量隨回采時間變化特點

14采區(qū)14200工作面絕對瓦斯涌出量為4.779m3/min，轉(zhuǎn)換成相對瓦斯涌出量7.645m3/t，即取q0為7.645m3/t。由礦井瓦斯地質(zhì)圖可知，高差約為98.976m，所以可得16采區(qū)深區(qū)（二水平）相對瓦斯涌出量為9.526m3/t。

4 分源法預測瓦斯涌出量

4.1 瓦斯涌出量計算

4.1.1 開采層（包括圍巖）瓦斯涌出量。根據(jù)礦井采區(qū)資料分析可知某煤礦二1煤屬于中厚煤層瓦斯預測時應選取薄及中厚煤層不分層開采時計算公式：

（1）

式中：為開采層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，單位；為本礦區(qū)圍巖瓦斯涌出計算系數(shù)，取值1.2；為丟煤瓦斯涌出計算系數(shù)，取值1.33；為預排瓦斯影響系數(shù)，取值0.75；開采煤層總厚度，取值5.49；可供開采的煤層厚度，取值3.7；原始含瓦斯量，取值7.36；殘余含瓦斯量，取值3.872。

計算可得=6.195。

4.1.2 鄰近煤層瓦斯涌出量：

（2）

式中：為鄰近煤層瓦斯涌出量，單位；為第煤層厚度；m1為可開采煤層厚度；為層原始含瓦斯量；為層殘存含瓦斯量；瓦斯排放率。

該礦僅有二1煤層可開采，所以=0。

4.1.3 掘進巷道煤壁瓦斯涌出量：

（3）

式中：為煤壁瓦斯涌出量，單位；為煤壁個數(shù)，取值2；為煤層厚度，取值1.95；為掘進速度，取值0.003；為巷道長度，取值72；涌出速度，取值0.031。

計算可得=1.12。

4.1.4 掘進落煤的瓦斯涌出量：

（4）

式中：為瓦斯涌出量，單位；為巷道斷面積，取值16.2；為巷道掘進速度，取值0.003；為煤的密度，取值1.46；為原始含瓦斯量，取值7.36；為殘存含瓦斯量，取值3.872。endprint

計算可得=0.248。

4.1.5 采煤工作面瓦斯涌出量。采煤工作面瓦斯涌出量由開采層（包括圍巖）、臨近層瓦斯涌出量兩部分組成，其計算公式為：

（5）

式中：為采煤工作面相對瓦斯涌出量，單位。

計算可得=6.195。

4.1.6 掘進工作面瓦斯涌出量。掘進工作面瓦斯涌出量包括掘進巷道煤壁和掘進落煤瓦斯涌出量兩部分，用下式計算：

（6）

式中：為掘進工作面瓦斯涌出量，單位。

計算可得=1.368。

4.1.7 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量。生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量系采區(qū)內(nèi)所有采煤工作面、掘進工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量之和，其計算公式為：

（7）

式中：為總瓦斯涌出量，單位；為采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取值0.25；為采煤工作面瓦斯涌出量；為采煤工作面煤炭日產(chǎn)量；為掘進工作面瓦斯涌出量；為平均煤炭日產(chǎn)量，取值900。

計算可得=9.454。

4.2 結(jié)果分析

利用分源法，計算出16采區(qū)深部瓦斯涌出量為9.454。與西部采區(qū)中鄰近12、14采區(qū)相對比來看，16采區(qū)瓦斯涌出量隨著開采深度的增加而逐漸變大，且區(qū)域內(nèi)瓦斯涌出量較12、14采區(qū)更高，瓦斯治理難度更大。

5 結(jié)語

本文在對某煤礦瓦斯地質(zhì)資料整理的基礎上，對礦井西部采區(qū)深部分別運用礦山統(tǒng)計法和分源預測法進行瓦斯涌出量預測。最終得到16采區(qū)深區(qū)瓦斯涌出量9.5～10m3/t，該礦都屬于高瓦斯礦井，預測結(jié)果符合某煤礦實際情況。該研究對于指導該礦瓦斯防控工作具有一定的現(xiàn)實和指導意義。

參考文獻

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（責任編輯：王 波）endprint