分源預(yù)測(cè)法在掘進(jìn)面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

元永國(guó)

(遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

長(zhǎng)期以來,瓦斯一直是威脅礦井安全生產(chǎn)和影響經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。以高速高效為特征的綜掘工作面由于強(qiáng)度高,工作面絕對(duì)瓦斯涌出量比相同條件下其它類型工作面顯著增大。但往往在制定回采工作面瓦斯治理措施時(shí),由于對(duì)煤層瓦斯賦存規(guī)律不明確,尤其是對(duì)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量不能進(jìn)行正確的預(yù)測(cè),從而導(dǎo)致治理措施針對(duì)性不強(qiáng)。所以, 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量對(duì)于合理有效配風(fēng),制定并采取有效的瓦斯防治措施具有重要的意義。

1 概 況

開灤東歡坨礦位于河北省唐山市豐潤(rùn)區(qū)境內(nèi)，地處韓城鎮(zhèn)和新軍屯鎮(zhèn)之間。井田呈北向東狹長(zhǎng)區(qū)域，東南翼走向長(zhǎng)13.5 km；傾向?qū)? km；西北翼走向長(zhǎng)8 km,傾向?qū)?.5 km；井田面積約40 km2。地表為沖擊平原地形，地勢(shì)較平坦。

1) 相鄰采區(qū)采掘情況。該面為中央采區(qū)北翼煤12-1首采工作面。本煤層傾斜上下附近尚無采掘工程，相鄰煤層上方為2018工作面，現(xiàn)已回采完畢，傾斜上方為2016工作面，已回采完畢。風(fēng)道在2016采空區(qū)下方，運(yùn)道在2018采空區(qū)下方，切眼布置在以上兩采空區(qū)下方。

2) 工作面掘進(jìn)工程。依據(jù)設(shè)計(jì)，本工作面所涉及掘進(jìn)工程及工程量為：運(yùn)道826 m，風(fēng)道720 m，切眼107 m，運(yùn)煤石門39 m，運(yùn)料斜巷30 m，回風(fēng)石門11 m，回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷41 m，3個(gè)絞車窩，掘進(jìn)總工程量為1 786 m。工作面掘進(jìn)情況見表1。

表1 工作面掘進(jìn)情況表

2 分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量理論

分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量亦稱瓦斯含量法預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量。該預(yù)測(cè)法的實(shí)質(zhì)是按照礦井生產(chǎn)過程中瓦斯涌出源的多少、各個(gè)瓦斯源涌出瓦斯量的大小, 來預(yù)計(jì)該礦井各個(gè)時(shí)期(如投產(chǎn)期、達(dá)標(biāo)期、萎縮期等) 的瓦斯涌出量。各個(gè)瓦斯源涌出瓦斯量的大小是以煤層瓦斯含量、瓦斯涌出規(guī)律及煤層開采技術(shù)條件為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算確定的。 根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院沈陽分院的研究,掘進(jìn)工作面瓦斯涌出的源、匯關(guān)系見圖1。

圖1 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出源、匯關(guān)系示意圖

3 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

根據(jù)分源預(yù)測(cè)法，可以認(rèn)為掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量由兩部分組成，見表2。

表2 12#煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定匯總表

1) 掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量。

(1)

式中:

Q1—掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min;

D—巷道斷面內(nèi)暴露煤面的周邊長(zhǎng)度，m。對(duì)于薄及中厚煤層，D=2m0,m0為煤層厚度，對(duì)于厚煤層，D=2h+b,h及b分別為巷道的高度及寬度。D=2×3+3.5=9.5 m；

V—巷道平均掘進(jìn)速度，m/min,取0.003；

L—巷道長(zhǎng)度，m,取700；

q0—巷道煤壁初始瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/min·m2。

前蘇聯(lián)根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，提出的計(jì)算公式為：

q0=aX[0.000 4(Vdaf)2+0.16]

(2)

式中:

Vdaf—煤的揮發(fā)分，%。

X—煤的瓦斯含量，m3/t。

q0=0.026×5.331×[0.000 4(0.314)2+0.16]=0.022 2 m3/min·m2;

Q1=0.06 m3/min

2) 掘進(jìn)巷道落煤瓦斯涌出量。

Q2=S·Vρ(X-XC)

(3)

式中：

Q2—掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，取m3/min;

S—掘進(jìn)巷道斷面面積, m2,取10.4；

V—巷道平均掘進(jìn)速度，m/min,取0.003；

ρ—煤的密度，t/m3,取1.48 ；

X—煤的瓦斯含量，m3/t,取5.331；

Xc—煤的殘存瓦斯含量，m3/t。

Q2=0.2 m3/min；

綜上，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量為:0.26 m3/min。

4 結(jié) 論

1) 根據(jù)分源預(yù)測(cè)法，可以認(rèn)為掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量由兩部分組成，分別為掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量和掘進(jìn)巷道落煤瓦斯涌出量。

經(jīng)計(jì)算掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量為：0.26 m3/min。

2) 本文采用分源法預(yù)測(cè)瓦斯涌出量，預(yù)測(cè)結(jié)果能為掘進(jìn)工作面通風(fēng)設(shè)計(jì)提供更合理的礦井瓦斯涌出量基礎(chǔ)資料，并為掘進(jìn)工作面瓦斯治理提供了科學(xué)依據(jù)。

[1] 袁 亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2004：31-33.

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收稿日期 2010-06-28