礦井瓦斯涌出量計算及應(yīng)用

徐光亮

(晉城藍焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦)

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礦井瓦斯涌出量計算及應(yīng)用

徐光亮

(晉城藍焰煤業(yè)股份有限公司成莊礦)

摘要介紹了國內(nèi)外礦井瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)及運用較廣泛的涌出量計算方法，結(jié)合成莊礦實際條件，選取分源預(yù)測法為該礦涌出量預(yù)測方法，取得了較好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞瓦斯涌出量分源預(yù)測法預(yù)測技術(shù)

成莊礦是晉煤集團主力礦井之一，井田隸屬于沁水煤田南翼，地處晉城市西北20 km處，跨澤州和沁水兩縣，目前主采3#煤層。為實現(xiàn)成莊礦可持續(xù)發(fā)展，需盡早對下組煤開拓延深，實現(xiàn)3#煤與下組煤之間的配采。而要安全開采下組煤,需掌握其瓦斯涌出量，以指導(dǎo)礦井的初步設(shè)計及瓦斯綜合治理。

1礦井瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)及適應(yīng)性

目前國內(nèi)礦井瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)豐富，各方法都有利有弊，想要準(zhǔn)確地預(yù)測礦井瓦斯涌出量，還需根據(jù)礦山具體條件進行優(yōu)選。瓦斯預(yù)測技術(shù)見圖1。

瓦斯預(yù)測技術(shù)的選擇：①分源預(yù)測法和礦山統(tǒng)計法是目前使用最多也最實用的兩種方法，煤礦安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》(AQ 1018—2006)已于2006年收錄了此兩種方法[1]；②含量法是從國外引進并使用的方法，沒建立分源預(yù)測法之前在我國應(yīng)用較多，目前在煤礦上運用較少；③類比法主要是在鄰近礦井已有瓦斯規(guī)律計算，該方法簡單，可行性較高，在煤礦現(xiàn)場使用較多；④神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰色系統(tǒng)預(yù)測法，必須通過編程進行數(shù)據(jù)整合分析，過程繁瑣，操作難度高，目前該技術(shù)還不成熟，現(xiàn)場很少采用；⑤瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法通過統(tǒng)計單個或多個變量關(guān)系，推算數(shù)學(xué)公式并結(jié)合礦實際條件進行預(yù)測，現(xiàn)場應(yīng)用較少；⑥速度預(yù)測法通過實測瓦斯涌出初速度與衰減系數(shù)進行計算，現(xiàn)場極少使用，僅在文獻上見過[2]。

圖1　瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)

通過上述分析，礦山統(tǒng)計法、分源預(yù)測法、類比法及瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法目前使用較多、適用性較強。

1.1礦山統(tǒng)計法

通過統(tǒng)計分析礦井實測瓦斯地質(zhì)資料，得出礦井瓦斯涌出量與埋深的關(guān)系，并由此對新水平、新盤區(qū)或鄰近礦井的瓦斯涌出量進行計算[3]。該方法使用條件為：①預(yù)測礦井生產(chǎn)技術(shù)條件和煤層地質(zhì)條件與統(tǒng)計資料中相似；②深度為100～200 m，沿煤層傾斜長度不大于600 m，煤層走向向上無大的地質(zhì)構(gòu)造[4]；③需要兩個以上水平的瓦斯資料，且處于瓦斯帶內(nèi)，或只有一水平在瓦斯帶內(nèi)，但已知其瓦斯風(fēng)化帶深度[4]；④以瓦斯相對涌出量為基礎(chǔ)進行計算，只適用于產(chǎn)量較為穩(wěn)定的礦井。

該預(yù)測法運用比較早，局限性較大，預(yù)測結(jié)果難以保證。

1.2分源預(yù)測法

根據(jù)瓦斯涌出源關(guān)系(如圖2所示)和礦井實測瓦斯含量，利用瓦斯涌出規(guī)律，結(jié)合預(yù)測煤層賦存條件和開采條件，預(yù)測各預(yù)測源涌出量，匯總計算出采掘面的瓦斯涌出量，最終計算出采區(qū)(盤區(qū))以及礦井瓦斯涌出量[5],目前該方法運用最普遍且較為準(zhǔn)確，并納入安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

圖2　礦井瓦斯涌出源匯關(guān)系示意

1.3類比法預(yù)測

通過統(tǒng)計分析鄰近礦井瓦斯地質(zhì)資料,結(jié)合瓦斯地質(zhì)理論,分析相似條件礦井的瓦斯涌出量[7]。

該方法較為簡單，但由于周邊礦井生產(chǎn)方式及其受地質(zhì)構(gòu)造的影響，計算值不太準(zhǔn)確。

1.4瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法

通過研究瓦斯、地質(zhì)以及涌出量的變化規(guī)律，選出影響涌出量變化的主變因素，結(jié)合礦井測試資料和地質(zhì)資料，運用數(shù)學(xué)方法建立瓦斯涌出量預(yù)測模型，推算出模型的相關(guān)關(guān)系式(包括多變量)，計算礦井瓦斯涌出量[8]。

通過分析，結(jié)合成莊礦實際條件，確定采用分源預(yù)測法進行礦井瓦斯涌出量預(yù)測。

2現(xiàn)場測試

(1)四盤區(qū)、五盤區(qū)內(nèi)，各布置一個綜采大采高工作面，工作面采用“三進兩回”五巷布置方式，工作面走向長1 800～3 000 m，工作面長 250 m。

工作面各進、回風(fēng)順槽、切眼均采用錨桿、錨索、網(wǎng)聯(lián)合支護，掘進工作面均采用綜掘工藝。

(2)下組9#、15#煤層采用“分層、分區(qū)、聯(lián)合布置”的方式開采，9#煤層采用薄煤層走向長壁綜采采煤法，工作面順槽巷道采用2進2回“大U套小U”型布置，長度200 m，平均煤厚1.05 m。工作面回采率為97%，順槽斷面積均為9.66 m2。

15#煤層采用一次采全高、走向長壁綜采采煤法,垮落式管理頂板。工作面布置采用2進2回“大U套小U”型布置，工作面長度200 m，平均煤厚3.72 m。工作面回采率為94%，順槽斷面積最大為2.23 m2。

(3)煤巷掘進速度為300 m/月，半煤巖巷掘進速度200 m/月，巖巷掘進速度120 m/月。

(4)采用單一走向長壁綜合采煤法，頂板管理方式為全部垮落法。

(5)設(shè)計年工作日330 d。

根據(jù)上述條件，采用分源預(yù)測法計算，2014年度，當(dāng)?shù)V井達產(chǎn)時，礦井最大絕對瓦斯涌出量為384.59 m3/min。

3結(jié)語

(1)通過總結(jié)分析國內(nèi)外涌出量預(yù)測方法，篩選出適合國內(nèi)礦山瓦斯涌出計算的方法主要有礦山統(tǒng)計法、分源預(yù)測法、類比法及瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法。

(2)結(jié)合成莊礦實際生產(chǎn)條件，分析了各預(yù)測方法的優(yōu)劣，并確定適合該礦采用分源預(yù)測法。

(3)通過分源預(yù)測法，計算出礦井最大絕對瓦斯涌出量為384.59 m3/min。

參考文獻

[1]姜文忠,霍中剛,秦玉金.礦井瓦斯涌出量預(yù)測技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008(6):1-4.

[2]章立清,秦玉金,姜文忠,等.我國礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法研究現(xiàn)狀及展望[J].煤礦安全,2007(8):58-60.

[3]鄭同社,張瑞林,余本勝,等.新登煤礦三水平綜放工作面瓦斯涌出量預(yù)測[J].河南理工大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2005(2):100-102.

[4]張宏偉.大窯溝礦瓦斯地質(zhì)特征研究[D].阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué),2011.

[5]劉慧志.某煤層瓦斯抽放方法與實踐研究[D].太原：中北大學(xué),2013.

[6]國家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局.AQ 1018—2006礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

[7]李艷霞.煤礦瓦斯涌出量灰色—分源預(yù)測方法的研究[D].哈爾濱：黑龍江科技大學(xué),2013.

[8]景興鵬,李彬剛,鄭登鋒.瓦斯涌出量預(yù)測方法及問題[J].勞動保護,2007(11):100-101.

(收稿日期2015-10-19)

徐光亮(1967—)，男，總工程師，048000 山西省晉城市。