程莊煤礦瓦斯涌出量預(yù)測分析

張亮亮

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司望云煤礦分公司，山西 晉城 048400）

0 引 言

礦井瓦斯涌出量可以為礦井通風(fēng)設(shè)計和瓦斯抽采設(shè)計提供重要的依據(jù)。通常情況情況下，瓦斯用量預(yù)測主要分為工作面瓦斯涌出量、采空區(qū)瓦斯涌出量、掘進(jìn)頭瓦斯涌出量以及鄰近層涌出量。目前，多采用分源預(yù)測方法來預(yù)測瓦斯涌出量，其需要結(jié)合煤礦的一些瓦斯參數(shù)進(jìn)行計算[1-2]。本文介紹了程莊煤礦的瓦斯情況，并探討了礦井瓦斯防治的措施。

1 瓦斯涌出量預(yù)測條件

1.1 煤層瓦斯含量分布規(guī)律

在埋深368 m 處實(shí)際測定的9 號煤層瓦斯含量為8.97 m3/t，而本次實(shí)測值在同埋深下測值較高，分析原因?yàn)槌糖f礦的地質(zhì)賦存存在整體符合瓦斯含量隨埋深延伸而升高，局部瓦斯同時升高的現(xiàn)象[3]。根據(jù)實(shí)測9 號煤層和15 號煤層瓦斯含量以及埋深的關(guān)系圖，如圖1 所示。

圖1 9 號和15 號煤層埋深與瓦斯含量關(guān)系圖

結(jié)合程莊煤礦井上下對照圖，可以得到9 號煤層和15 號煤層埋深等值線圖。通過瓦斯含量等值線圖，可以看出15 號煤層埋深最大為517.8 m，瓦斯含量最大為10.35 m3/t；9 號煤層最大瓦斯含量為12.63 m3/t。

1.2 煤礦開采條件

程莊煤礦礦井達(dá)產(chǎn)時產(chǎn)能為2.4 Mt/a，達(dá)產(chǎn)時礦井布置2 個工作面同時回采，15 號煤層生產(chǎn)能力為1.95 Mt/a，回采工作面設(shè)計日生產(chǎn)能力為5 614 t，掘進(jìn)工作面設(shè)計日生產(chǎn)能力為295 t；9 號煤層生產(chǎn)能力為0.45 Mt/a，回采工作面設(shè)計日生產(chǎn)能力為1 296 t，掘進(jìn)工作面設(shè)計日生產(chǎn)能力為68 t。

15 號煤層綜放工作面，煤層平均厚度6.8 m，機(jī)采高度2.8 m，放頂煤高度4 m，采放比為2.8/4 =1/1.42；工作面長度210 m，放頂長度210 m，煤層容重1.4 t/m3，機(jī)采回采率為95 %，放頂回采率為80 %，工作面設(shè)計日生產(chǎn)能力5 888 t。15 號煤層巷道掘進(jìn)進(jìn)尺為240 m，9 號煤層掘進(jìn)進(jìn)尺為140 m。

9 號煤層綜采工作面，煤層平均厚度2.72 m，工作面長度217 m，煤層容重1.37 t/m3，工作面回采率95%，工作面日生產(chǎn)能力1 355.64 t。

2 回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果

根據(jù)2020 年8 月中國礦業(yè)大學(xué)編制的《陽泉市燕龕煤炭有限責(zé)任公司程莊煤礦9、15 號煤層配采時期瓦斯涌出量預(yù)測報告》中的相關(guān)內(nèi)容可知，9、15 號煤層殘存瓦斯含量分別為1.3 m3/t、2.36 m3/t。

2.1 9 號煤層開采瓦斯涌出預(yù)測

在9 號2 區(qū)本煤層工作面開采時，相對瓦斯涌出量[4]可以達(dá)到10.17 m3/t，鄰近層相對瓦斯涌出量12.65 m3/t，回采工作面相對瓦斯涌出量22.82 m3/t，工作面絕對瓦斯涌出量21.48 m3/min。由此可見，在開采時本煤層瓦斯涌出量占44.56%，鄰近層瓦斯涌出量占55.44%。其中，表1 給出了臨近層瓦斯涌出量的計算值。

表1 9 號2 區(qū)工作面鄰近層瓦斯涌出量計算表

2.2 15 號煤層開采瓦斯涌出預(yù)測

煤層開采時，相對瓦斯涌出量具體如下：工作面煤壁 3.75 m3/t，鄰近層 2.10 m3/t，采空區(qū) 1.24 m3/t，回采工作面 12.81 m3/t，放煤 5.09 m3/t，割煤 3.75 m3/t。工作面的絕對瓦斯涌出量52.38 m3/min。由此可見，本煤層瓦斯涌出量占39.70%，鄰近層瓦斯涌出量占21.37 %，工作面采空區(qū)絕對瓦斯涌出量占9.67 % 。其中，表2 給出了臨近層瓦斯涌出量的計算值。

由于9 號煤層開采之后，原來老空區(qū)存在大量裂隙瓦斯，15 號煤層開采之后，會影響到采空區(qū)瓦斯涌出，直接通過鄰近層進(jìn)入工作面，為此鄰近層的瓦斯涌出應(yīng)該考慮9 號煤層開采產(chǎn)生卸壓瓦斯涌向，整個鄰近層瓦斯涌出量應(yīng)為上述表2 瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果，再考慮采空區(qū)卸壓瓦斯涌出影響系數(shù)，此系數(shù)取1.3，鄰近層瓦斯涌出量為2.73 m3/t。

表2 15313 工作面鄰近層相對瓦斯涌出量

2.3 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測

在15 號煤層運(yùn)輸順槽掘進(jìn)時煤壁絕對瓦斯涌出量3.29 m3/min，落煤的絕對瓦斯涌出量1.20 m3/min；回風(fēng)順槽掘進(jìn)時煤壁絕對瓦斯涌出量3.21 m3/min，落煤的絕對瓦斯涌出量1.12 m3/min。其中，15 號煤層掘進(jìn)速度為每月240 m。

在9 號煤層2 區(qū)運(yùn)輸順槽掘進(jìn)時煤壁絕對瓦斯涌出量1.35 m3/min，落煤的絕對瓦斯涌出量0.85 m3/min；回風(fēng)順槽掘進(jìn)時煤壁絕對瓦斯涌出量1.35 m3/min，落煤的絕對瓦斯涌出量0.72 m3/min。其中，9 號煤層掘進(jìn)速度為每月150 m。

綜上所述，在開采后期，9 號煤層采區(qū)回風(fēng)巷道相對瓦斯涌出量為22.81 m3/t，工作面相對瓦斯涌出量為35.37 m3/t，采區(qū)絕對瓦斯涌出量33.49 m3/min；15 號煤層采區(qū)回風(fēng)巷道相對瓦斯涌出量為12.81 m3/t，工作面相對瓦斯涌出量為19.39 m3/t，采區(qū)絕對瓦斯涌出量79.56 m3/min。在回采 9 號 2 采區(qū)和15313 工作面時，礦井的相對瓦斯量29.10 m3/t，絕對瓦斯涌出量146.87 m3/min。

3 礦井瓦斯防治措施分析

程莊煤礦現(xiàn)階段9、15 號煤層聯(lián)合開采，井田內(nèi)9 號煤層除西部未采外，其他大部分已采空，15 號煤層已部分采空，井田內(nèi)未發(fā)生過瓦斯突出現(xiàn)象，根據(jù)井田內(nèi)現(xiàn)有的9、15 號煤層原始瓦斯壓力最大值分別為 0.61 、0.34 MPa，均小于臨界值 0.74 MPa，故井田范圍內(nèi)目前不存在瓦斯突出危險性。

3.1 加強(qiáng)瓦斯管理

加強(qiáng)預(yù)測預(yù)報工作，搞好瓦斯地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，對煤層瓦斯壓力、瓦斯含量等基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行測定，科學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)。完善通風(fēng)瓦斯管理機(jī)構(gòu)，確保瓦斯檢測員的配備滿足礦井生產(chǎn)要求，嚴(yán)格執(zhí)行各項通風(fēng)管理制度，不得出現(xiàn)空班漏檢，虛報假報，做到井下牌板、檢查記錄手冊、瓦斯臺帳三對口；無瓦斯超限作業(yè)，杜絕瓦斯積聚；瓦斯排放要嚴(yán)格按照排放措施執(zhí)行，嚴(yán)禁“一風(fēng)吹”不得高濃度排放瓦斯。加強(qiáng)通風(fēng)管理，根據(jù)局部通風(fēng)設(shè)計選用通風(fēng)機(jī)型號，保證局部通風(fēng)機(jī)安裝合理，風(fēng)量滿足吸風(fēng)量要求，不發(fā)生循環(huán)風(fēng)。

要做好局部通風(fēng)管理工作，具體措施如下：

1）落實(shí)“三專兩閉鎖”、雙風(fēng)機(jī)雙電源自動切換，從本質(zhì)上保證局部通風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。

2）實(shí)施通風(fēng)掛牌管理，嚴(yán)格杜絕無計劃的停風(fēng)。

3）實(shí)行掛牌管理，杜絕局部通風(fēng)機(jī)無計劃停風(fēng)。

4）對風(fēng)筒實(shí)施嚴(yán)格的管理，要做到接口嚴(yán)密，無破損以及無較大幅度的拐彎，風(fēng)筒末端到工作面距離不得大于5 m，異徑風(fēng)筒接頭要用過渡節(jié)，先大后小，提高局部通風(fēng)的可靠性。

3.2 瓦斯抽放

加強(qiáng)瓦斯抽放管理，建設(shè)專門的抽放隊伍，人員的配備要符合瓦斯抽放的要求；定期檢查抽放系統(tǒng)，做到抽放管路無破損、無泄漏、無積水，抽放管路吊掛離地高度不小于0.3 m。建立健全抽放檢查記錄，定期校驗(yàn)，保證正常工作；干支管與抽放鉆場至少每周檢查一次；抽放鉆場（鉆孔）要有觀測記錄牌板、各種記錄、臺帳齊全；瓦斯抽放系統(tǒng)的瓦斯抽放量，以礦井正常生產(chǎn)過程中風(fēng)排瓦斯不超限為原則；大力推進(jìn)區(qū)域瓦斯治理工作，新布置的回采工作面本煤層瓦斯預(yù)抽時間不得小于3 個月。

4 結(jié) 語

結(jié)合程莊煤礦的瓦斯實(shí)際情況，對9、15 號煤層開采過程中的瓦斯涌出量進(jìn)行了預(yù)測。首先介紹了煤礦瓦斯涌出量預(yù)測的基本條件，然后分別預(yù)測了9、15 號煤層掘進(jìn)和生產(chǎn)過程中的相對瓦斯涌出量及絕對瓦斯涌出量。可以為礦井瓦斯防治提供一些必要的參考。