基于瓦斯含量的云岡礦“三量”可采期計算研究

任智敏

（晉能控股煤業集團 云崗礦，山西 大同 037000）

1 地質概況

云岡礦井中含有高瓦斯氣體，在掘進過程中，瓦斯涌出量在不斷增加，且礦井南部的涌出量明顯高于北部的涌出量，工作面上最大瓦斯涌出量可達1.5 m3/min，絕對瓦斯涌出量為28.93 m3/min，相對瓦斯涌出量為3.23 m3/min，瓦斯壓力為0.275 MPa，鉆孔自然瓦斯流量衰減系數為0.043 4d-1，煤層透氣性系數為0.175λm2/(MPa2·d)，屬于可抽放煤層。

2 瓦斯抽采可采期

2.1 回采煤量合理可采期的計算

要及時準確的反應工作面的采掘接替關系，就需要對回采煤量的合理可采期進行確定，采用掘進速度統計參數法進行計算[1]，為了讓采掘處于恒定狀態，回采期所消耗的巷道要等于去除接替準備時間所掘進的巷道，得到回采煤量合理可采期為：

式中：Th為開采范圍內回采煤量合理可采期；η為回采煤量的有效系數；Vi為回采工作面每月平均速度；V0為采煤工作面每月平均速度；L0為回采工作面的總長度。

在計算回采煤量有效系數時，要對礦井的多個工作面進行統計，得到一個平均值。

2.2 準備煤量合理可采期計算

考慮瓦斯抽采的影響，得到準備煤量合理可采期為：

式中：Tzmin為開采范圍內準備煤量合理可采期的下限；Kp為準備煤量的備用系數；AZ為每開采1 萬t準備煤量，巷道需要掘進長度；VZ為每月準備巷道的掘進速度；Qzi為第i 個計劃接替工作面的準備煤量；Tz0為形成準備煤量后到形成回采煤量前接替準備時間；Tzl為準備巷道揭露煤層前的預抽時間，主要針對高瓦斯和突出礦井，普通礦井中可忽略該參數。

2.3 開拓煤量合理可采期計算

考慮瓦斯抽采的影響，得到準備煤量合理可采期為：

式中：Tkmin為開采范圍內開拓煤量合理可采期的下限；Kp為開拓煤量的備用系數；Ak為每開采1 萬t開拓煤量，巷道需要掘進長度；Vk為每月開拓巷道的掘進速度；Qki為第i 個計劃接替工作面的開拓煤量；Tk0為形成開拓煤量后到形成回采煤量前的接替準備時間；TZ2為開拓巷道進入煤層前的預抽時間，主要針對高瓦斯和突出礦井，普通礦井中可忽略該參數；TZ3為井筒延伸進入煤層前的預抽時間，主要針對高瓦斯和突出礦井，普通礦井中可忽略該參數[2]。

3 瓦斯抽放的分析研究

評價鉆孔預抽瓦斯效果的重要指標是抽放率[3]，在恒定的抽放時間內，預抽工作面內瓦斯抽出量與抽放工作面的瓦斯總儲量的比就是抽放率抽放率，計算公式為：

式中：Qg為恒定時間內預抽工作面瓦斯抽出量；Wg為抽放工作面的瓦斯總儲量。

3.1 礦井瓦斯抽放情況

對云岡礦幾個預抽工作面的瓦斯進行抽放，繪制瓦斯抽放率曲線如圖1 所示。隨著時間的增加，瓦斯抽放率曲線趨于一條直線，瓦斯抽放率最高為0.46%，在外部采礦條件不變時，瓦斯抽放到一定值后，時間對抽放率幾乎沒有影響。

圖1 云岡礦瓦斯抽放率對比Fig.1 Comparison of gas drainage rate in Yungang Mine

目前，云岡礦工作面瓦斯預抽抽放率較低，如果預抽作業只是在工作面的順層、穿層以及回采順槽上，瓦斯抽放效果不好，工作面上瓦斯超限仍然難以解決，難以達到預抽的要求，為了解決工作面在回采過程中出現的瓦斯超限，根據相關抽放經驗，采用順層長鉆孔抽放技術，合理布置鉆孔，鉆孔間距為4.0 m，長度為60.70 m，抽放負壓在15~26 kPa；對高位頂板裂隙進行鉆孔抽放，在裂隙帶中開掘出一條巷道，連接瓦斯抽放管道，在負壓的作用下，工作面上的瓦斯沿管道進入抽放巷，將瓦斯氣體抽出地面；對采空區內的瓦斯，采用埋管和卸壓方式進行抽放，將回采過程中工作面的瓦斯涌出量降到最低。

3.2 礦井瓦斯預抽時間分析

進行瓦斯抽放時，鉆孔抽放瓦斯的總量與時間成正比例關系，抽放鉆孔瓦斯涌出量與時間成反比例關系，在瓦斯抽放到一定程度后，隨著時間的增加，瓦斯抽放量會達到極限值[4]，不會一直增加，根據礦井實際開采以及工作面的接替關系，確定預抽時間，預抽時間不宜太長，最終確定云岡礦工作面瓦斯預抽時間為8 個月。

4 “三量”關系確定

綜合云岡礦的地質情況，根據對瓦斯抽采達標煤量、瓦斯抽放量以及瓦斯抽放時間的分析，得到云岡礦“三量”之間的關系見表1。

表1 云岡礦“三量”之間的關系Table 1 Relationship between"three quantities"in Yungang Mine

在不進行瓦斯預抽的情況下，要確保工作面正常接替，回采煤量合理可采期為5 個月、準備煤量合理可采期為12 個月、開拓煤量合理可采期為3~5 a；而在進行瓦斯預抽的情況下，工作面上回采煤量合理可采期在8 個月以上，且回采煤量波動小，幾乎不受外界條件的影響，能消除工作面采掘接替緊張問題，保證礦井的正常生產，因此，確定最優的“三量”關系為：工作面上回采煤量合理可采期為8 個月、準備煤量合理可采期為12 個月、開拓煤量合理可采期為3~5 a。

5 結 論

（1） 針對云岡礦采掘期間瓦斯涌出量增加的問題，為滿足礦井開采接續需求，給出瓦斯抽采“三量”可采期的計算方法。

（2） 分析礦井瓦斯抽放情況以及礦井瓦斯預抽時間，確定最優的“三量”關系，即工作面上回采煤量合理可采期為8 個月、準備煤量合理可采期為12 個月、開拓煤量合理可采期為3~5 a 時“三量”關系最優，較好地解決工作面采掘接續緊張的問題。