東曲礦工作面瓦斯涌出量預測及瓦斯來源分析

宋建偉

關鍵詞：瓦斯;涌出量;透氣指數;預防措施

礦井瓦斯異常涌出是影響礦井安全生產的重要因素。由于瓦斯涌出具有不確定性，在一定程度上決定礦井采取何種通風方式、瓦斯抽采技術。現階段主要采用分源預測法和礦山統計法對礦井的涌出進行觀測。分源預測法為理論計算方法，對瓦斯含量、煤層賦存、采掘速度等相關參數的準確性要求較高，當參數選取不合適時，會有較大誤差。礦山統計法是結合礦井實際生產情況，根據長期積累的工作面瓦斯實測數據，采取統計分析，得出采掘工作面瓦斯涌出規律。東曲礦針對28802工作面采掘期間瓦斯涌量及來源無法準確預測的難題，結合采掘期現在實測的瓦斯涌出量數據，分析了影響該工作面瓦斯涌出量及來源的主要因素，提出瓦斯涌出量預測方法和防治措施。

1 礦井概況

東曲礦位于西山煤田的北中部，設計生產能力400萬t/a，井田面積59km2，現主要開采8#、9#煤層。28802綜采工作面主要開采8#，煤層結構簡單，8#煤層厚度3.52m～5.86m之間，平均厚度4.59m，8#煤上方約5m賦存厚度約0.67m左右的8上煤，試驗工作面為28802回風順槽，巷道長度1043m，巷高2.45m，巷寬3.9m，月進尺200m。8#煤視密度為1.29 t/m3，揮發分為23.9%，煤層絕對瓦斯涌出量38m3/min，原始瓦斯含量為10.66 t/m3，殘存瓦斯含量為1.98 m3/t。巷道掘進前已通過相鄰巷道向待掘區域遞進式施工順層預抽鉆孔。根據抽采達標評價期間實測，掘進前8#煤層殘余瓦斯含量為6.1～7.7 m3/t，平均為7 m3/t。28802工作面采用“U”型通風系統，軌道順槽進風，皮帶順槽回風。

2 28802工作面瓦斯涌出量預測分析

28802工作面主要開采8#煤層，由于對相鄰工作面的采動擾動小，相鄰工作面的瓦斯涌出量較小，主要來源是所開采的8#煤層的落煤和煤壁。落煤所引起的瓦斯涌出主要采掘工藝、礦井地質條件、通風方式與掘進直接關系，而煤壁瓦斯的涌出則和開采煤壁暴露面積、時間等有直接關系。正常，工作面連續采掘條件下，更有利于瓦斯相對穩定涌出，呈波紋形態，破煤期間瓦斯涌出與非破煤期間瓦斯涌出比值基本恒定。瓦斯涌出量預測公式為：

分源預測法得到的28802回風順槽掘進工作面瓦斯涌出量從0.2m3/min逐漸增加到0.88m3/min，隨后瓦斯涌出量基本保持穩定，落煤瓦斯涌出量所占比例為23.28%，煤壁瓦斯涌出占比76.72%。

3 掘進工作面瓦斯涌出來源分析

為了定量確定影響煤壁和落煤瓦斯涌出占比的因素，由式2、式3建立式6，其中煤的揮發份Vr和煤的密度γ為常數，可以簡化q1/q2簡化為：

式中：k=0.026[0.0004（Vr）2+0.16]/γ;-煤層的瓦斯可抽率，即煤層內瓦斯可解吸瓦斯含量占總瓦斯含量的比例。針對東曲礦開采的8#煤層，瓦斯涌出比例僅與巷道寬度有關，寬度越大，落煤涌出比例越高;針對薄及中厚煤層，瓦斯涌出比例還與巷道高度有關，巷道寬度和高度越大，落煤所占涌出比例越高。

4 現場考察

28802回風順槽后期掘進速度穩定，且區域地質構造簡單，擬采用該掘進工作面作為研究對象，通過搜集28802回風順槽掘進期間的通風旬報表與瓦斯日報表進行統計分析，以確定工作面掘進期間落煤及煤壁瓦斯涌出量及各自占比。結合監測28802回風順槽生產班和檢修班回風流瓦斯濃度，采用加權計算分別得出生產班和檢修班瓦斯涌出量，檢修班瓦斯涌出量即為煤壁瓦斯涌出量，生產班瓦斯涌出量與檢修班瓦斯涌出量之差值即為落煤瓦斯涌出量。28802回風順槽前期掘進速度不穩定，導致瓦斯涌出量變化較大，無法有效觀測前期隨掘進距離的增加瓦斯涌出變化情況。本次僅對工作面后期正常掘進期間的瓦斯涌出量進行分析，統計了近兩個月的生產數據。28802回風順槽掘進期間瓦斯涌出曲線如圖1所示。

由圖可見，8月5日至8月9日區間和8月15日至8月26日區間，掘進工作面瓦斯涌出量顯著增加，經核實，8月5日至8月9日28802回風順槽掘進期間揭露兩條斷層，受斷層影響瓦斯涌出量由1m3/min增大到1.74m3/min;8月15日28802回風順槽向8上煤層放炮施工高位鉆場，8上煤層受擾動影響，煤層瓦斯涌入28802回風順槽，造成掘進面瓦斯涌出量由1.05m3/min增大到1.50m3/min;其余時間段28802回風順槽瓦斯涌出量偶有波動，但基本維持穩定。

正常區域掘進期間不考慮受斷層和掘進高位鉆場揭露8#上煤層影響，28802回風順槽絕對瓦斯涌出量0.69～

1.12m3/min，平均0.91m3/min;其中落煤絕對瓦斯量0.11～

0.33m3/min，平均0.18m3/min，占比19.8%;煤壁絕對瓦斯涌出量0.47～0.94m3/min，平均0.73m3/min，占比80.2%。預測瓦斯涌出量、來源與實際瓦斯涌出情況相近，通過對比兩者，得到掘進工作面的瓦斯涌出量修正系數為1.03，正常狀態下瓦斯涌出不均衡系數為1.23。28802回風順槽掘進工作面瓦斯涌出整體較小，配風量300～500 m3/min，能夠通過通風方式解決掘進期間的瓦斯涌出問題。

5 防治措施

針對28802工作面開采8#煤層瓦斯涌出異常，東曲礦對掘進工作面、回采工作面及采空區的瓦斯治理采取：提前預抽瓦斯、邊掘邊抽瓦斯、井巷周壁隔絕封堵引排瓦斯、雙巷掘進、縮短獨頭掘進巷道長度、優化通風系統加大通風量等防治措施。

6 結論

①本文以東曲礦28802工作面為研究背景，采用分源預測法和礦山統計法，預測出工作面瓦斯涌出穩定后的平均值，得到掘進工作面瓦斯涌出量修正系數為1.03，瓦斯涌出不均衡系數為1.23，工作面瓦斯涌出主要來自于煤壁，占比80.2%，落煤瓦斯涌出占比19.8%;②開采煤層瓦斯含量等技術參數為定值時，采掘的落煤和煤壁瓦斯涌出所占比例和開采煤層瓦斯可抽采率巷道斷面等有直接關系，與工作面的掘進速度無直接關系;③在進行通風和抽采設計時，應在分源預測法的結果上考慮掘進工作面瓦斯涌出不均衡系數，同時，采取有效的防治措施，保證工作面瓦斯不超限。