關(guān)于《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

吳世躍 張菊亮 韓婷婷 朱 帥

（太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

關(guān)于《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)修訂建議

吳世躍 張菊亮 韓婷婷 朱 帥

（太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

通過(guò)長(zhǎng)期研究、實(shí)測(cè)、計(jì)算機(jī)模擬，針對(duì)2006年頒布實(shí)施的《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)新回采工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)做出明確性的強(qiáng)制性的規(guī)定和要求，回采工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)方法沒(méi)有明確考慮通風(fēng)方式和瓦斯抽采對(duì)瓦斯涌出量影響的問(wèn)題提出了對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的修訂建議和回采工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)新方法。

瓦斯涌出 標(biāo)準(zhǔn)修訂 通風(fēng)方式 分期預(yù)測(cè)

2006年發(fā)布實(shí)施的《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（下文簡(jiǎn)稱現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)）是礦井瓦斯涌出總體評(píng)價(jià)和綜合治理的指導(dǎo)性文件之一。然而，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)預(yù)測(cè)目的、分源預(yù)測(cè)方法中相關(guān)參數(shù)選取以及與《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》關(guān)系表述不完善。本文將結(jié)合回采工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)實(shí)例對(duì)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)存在的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出修訂建議，以便更好地指導(dǎo)回采工作面瓦斯治理和通風(fēng)管理工作。

1 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)分源預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)析

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用分源預(yù)測(cè)法與礦山統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)，設(shè)定的預(yù)測(cè)單元（區(qū)域）為新建礦井、生產(chǎn)礦井新水平延深、新采區(qū)以及采掘工作面。分源預(yù)測(cè)方法的基本原理和過(guò)程：根據(jù)煤層瓦斯含量、回采工作面瓦斯涌出來(lái)源、回采工作面煤層的賦存條件和開(kāi)采技術(shù)條件，首先預(yù)測(cè)采掘工作面瓦斯涌出量，然后工作面相加計(jì)算采區(qū)瓦斯涌出量，最后采區(qū)相加計(jì)算全礦井瓦斯涌出量。由于采掘工作面是最基本預(yù)測(cè)單元，所以采掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)不僅是整個(gè)預(yù)測(cè)工作的關(guān)鍵一環(huán)，而且預(yù)測(cè)結(jié)果也是采掘工作面配風(fēng)設(shè)計(jì)和瓦斯抽采效果考察的重要依據(jù)。但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有這方面強(qiáng)制性規(guī)定，且回采工作面瓦斯涌出沒(méi)有考慮工作面通風(fēng)方式對(duì)瓦斯涌出的影響，具體原因分析及修訂建議如下。

（1）采掘工作面在采掘前的瓦斯涌出預(yù)測(cè)對(duì)編制采掘作業(yè)規(guī)程過(guò)程中工作面通風(fēng)配風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽采設(shè)計(jì)及其效果考察都具有非常重要的意義，所以本文建議將現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)4.1條款修改為“新建礦井、生產(chǎn)礦井新水平、新采區(qū)、新采掘工作面都必須進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)，以確定相應(yīng)區(qū)域投產(chǎn)后瓦斯涌出量大小，作為礦井、采區(qū)、采掘工作面通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽采及管理的依據(jù)”。以回采工作面為基本預(yù)測(cè)單元的完整預(yù)測(cè)公式修訂建議及表述見(jiàn)下文。在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)簡(jiǎn)單加法原則，依次計(jì)算采區(qū)、礦井瓦斯涌出量，以滿足不同預(yù)測(cè)單元瓦斯綜合治理和管理要求。

（2）回采工作面瓦斯涌出與回采工作面巷道布置及通風(fēng)方式有關(guān)。因此，建議現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)，在附錄D中，增加回采工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)條款D.5，其修訂原因及表述見(jiàn)下文分析。

（3）煤層瓦斯含量是預(yù)測(cè)回采工作面瓦斯涌出量的最重要基礎(chǔ)參數(shù)，其取值對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果及其應(yīng)用有重要影響。但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)該參數(shù)僅取原始瓦斯含量進(jìn)行預(yù)測(cè)，沒(méi)有考慮煤層瓦斯抽采量與風(fēng)排瓦斯量之間的關(guān)系、瓦斯抽采前預(yù)測(cè)和預(yù)抽后預(yù)測(cè)之間的關(guān)系?！睹旱V瓦斯抽采基本指標(biāo)》和《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》兩個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)又分別對(duì)不同產(chǎn)能回采工作面本煤層和突出煤層預(yù)抽后采煤前煤層瓦斯剩余含量有強(qiáng)制性規(guī)定和要求。因?yàn)椴捎貌煌瑫r(shí)段煤層瓦斯含量預(yù)測(cè)的瓦斯涌出量有不同應(yīng)用目的，所以本文建議現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)應(yīng)增加分期預(yù)測(cè)條款4.5：“回采工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)應(yīng)分為三個(gè)階段進(jìn)行，采用煤層原始瓦斯含量的采前預(yù)測(cè)；采用達(dá)到區(qū)域預(yù)抽標(biāo)準(zhǔn)后剩余煤層瓦斯含量的預(yù)測(cè)，簡(jiǎn)稱預(yù)抽后預(yù)測(cè)；采用達(dá)到區(qū)域防突標(biāo)準(zhǔn)后剩余煤層瓦斯含量的預(yù)測(cè)，簡(jiǎn)稱區(qū)域防突后預(yù)測(cè)”。采前預(yù)測(cè)包含了在掘進(jìn)過(guò)程中側(cè)幫本煤層鉆孔預(yù)抽量、回采過(guò)程的邊采邊抽量、采掘過(guò)程風(fēng)排瓦斯量等；預(yù)抽后預(yù)測(cè)和區(qū)域防突后預(yù)測(cè)包含邊采邊抽量和風(fēng)排瓦斯量。分期預(yù)測(cè)可對(duì)通風(fēng)能力、抽采效果做出合理評(píng)價(jià)，便于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

回采工作面瓦斯涌出來(lái)源包含本煤層瓦斯涌出、鄰近層瓦斯涌出，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)分源預(yù)測(cè)方法、條款4.1修訂建議、新增條款4.5，回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)公式完整表述見(jiàn)下文。

2 回采工作面開(kāi)采層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)附錄A關(guān)于本煤層瓦斯涌出量公式形式為：

式中：q1——開(kāi)采煤層相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；

K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù)；

K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)；

K3——采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)；

m——開(kāi)采層厚度，m；

M——工作面采高，m；

Wc——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m3／t；

Wo——煤層瓦斯含量，m3／t。

采前預(yù)測(cè)瓦斯含量取原始含量實(shí)測(cè)最大值；預(yù)抽后預(yù)測(cè)瓦斯含量取《煤礦瓦斯抽采指標(biāo)》標(biāo)準(zhǔn)4.2條款按工作面產(chǎn)能規(guī)定的采前剩余的可解吸瓦斯量，并加上1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下煤層瓦斯含量；區(qū)域防突后預(yù)測(cè)瓦斯含量根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》第53條規(guī)定的剩余瓦斯含量取值。其它參數(shù)無(wú)特殊說(shuō)明都按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取值。

華晉焦煤有限責(zé)任公司沙曲煤礦24207回采工作面3＃＋4＃合并煤層預(yù)測(cè)基礎(chǔ)參數(shù)和預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 24207工作面開(kāi)采層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果

3 回采工作面鄰近層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

考慮鄰近層有無(wú)預(yù)抽，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)附錄A鄰近層的瓦斯涌出量公式建議修訂為：

式中：q2——鄰近層瓦斯涌出量，m3／t；

ξi——第i個(gè)鄰近層受采動(dòng)影響瓦斯排放率，%；

Woi——第i個(gè)鄰近煤層瓦斯原始含量，m3／t；

Wci——第i鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m3／t；

mi——第i個(gè)鄰近層煤層厚度，m；

M——工作面采高，m；

K4i——第i個(gè)鄰近煤層的瓦斯實(shí)際預(yù)抽率，工作面鄰近層無(wú)預(yù)抽，K4i＝0。

各參數(shù)按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、修訂建議取值。

沙曲礦24207回采工作面各鄰近層瓦斯涌出量計(jì)算詳見(jiàn)表2。

表2 24207回采工作面各鄰近層瓦斯涌出量計(jì)算表

4 回采工作面瓦斯涌出量總量計(jì)算

根據(jù)本煤層和鄰近層瓦斯涌出量，考慮回采工作面通風(fēng)方式和瓦斯涌出不均衡的影響，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中回采工作面涌出量計(jì)算公式建議修訂為：

式中：q——回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量，m3／t；

K5——工作面通風(fēng)方式影響瓦斯涌出系數(shù)，簡(jiǎn)稱通風(fēng)方式影響系數(shù)；

K6——回采工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)。根據(jù)沙曲礦Y型通風(fēng)方式以及其它礦井不同通風(fēng)方式現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，不同通風(fēng)方式采場(chǎng)瓦斯涌出計(jì)算機(jī)模擬，當(dāng)其地質(zhì)回采條件相同時(shí)，不同通風(fēng)方式工作面后部采空區(qū)瓦斯涌出量從大到小依次為沿空留巷Y型通風(fēng)、雙U型通風(fēng)、U＋L型通風(fēng)、U型通風(fēng)，前三者基本相同，U型明顯較小。因此，根據(jù)研究，建議在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中增加工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)條款D.6：“回采工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取值時(shí)K5＝1～1.4，U型通風(fēng)方式取1，其它通風(fēng)方式取較大值，或根據(jù)實(shí)測(cè)確定”。限于篇幅，本文不對(duì)該參數(shù)取值范文做詳細(xì)分析論證。

根據(jù)對(duì)沙曲礦24207工作面Y型通風(fēng)系統(tǒng)回采工作面半年多觀測(cè)統(tǒng)計(jì)分析，回采工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)K5為1.4左右。

K6回采工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)建議取值范圍1.2～1.5。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和計(jì)算機(jī)模擬，非U型通風(fēng)方式由于采空區(qū)后部有均勻連續(xù)漏風(fēng)和均勻連續(xù)瓦斯涌出，采空區(qū)瓦斯涌出不均勻性減小，因此本文建議將附錄D.5條款中關(guān)于采掘工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)內(nèi)容修訂為：“回采工作面或掘進(jìn)工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)按經(jīng)驗(yàn)取值時(shí)K5＝1.2～1.5，U型通風(fēng)方式取大值，非U型通風(fēng)取較小值，或按實(shí)測(cè)值計(jì)算”，該條款其它內(nèi)容不變。沙曲礦瓦斯涌出不均衡系數(shù)實(shí)測(cè)值K6＝1.21～1.31。

根據(jù)表1、表2和公式（3），沙曲礦24207回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。各階段預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本一致。24207工作面回采期間絕對(duì)瓦斯涌出量平均值為32.11m3／min。

表3 24207回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果

5 結(jié)論

為了使現(xiàn)行的《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更符合生產(chǎn)實(shí)際需求，滿足新回采工作面配風(fēng)、瓦斯抽采設(shè)計(jì)和效果評(píng)價(jià)要求，并能準(zhǔn)確反映回采工作面通風(fēng)方式對(duì)瓦斯涌出的影響，本文根據(jù)長(zhǎng)期的理論研究、煤礦瓦斯涌出實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)模擬研究等，建議修訂現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的條款4.1和條款D.5，增加分期預(yù)測(cè)條款4.5和工作面通風(fēng)方式影響系數(shù)條款D.6，同時(shí)修訂回采工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)計(jì)算方法。

現(xiàn)行《礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)相關(guān)條款修訂后，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于掘進(jìn)工作面、采區(qū)、礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法不變。

［1］ AQ1018－2006.礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法［S］.2006

［2］ AQ1026－2006.煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)［S］.2006

［3］ 俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社.1992

［4］ 吳世躍，郭勇義.“Y”型通風(fēng)方式治理高產(chǎn)綜采面瓦斯的研究［J］.西安科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2001（9）

［5］ 李慶源，劉洋.“U＋L”型和“Y”型通風(fēng)方式治理瓦斯效果對(duì)比分析研究［J］.中國(guó)煤炭，2002（3）

Revision suggestions on"Prediction Methods of Mine Gas Emission Rate"industry standard

Wu Shiyue，Zhang Juliang，Han Tingting，Zhu Shuai
（College of Mining Technology of Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Aiming at the"Prediction Method of Mine Gas Emission Rate"industry standard issued and implemented in 2006which has not made clear the mandatory provisions and requirements for gas emission prediction in new mining face，and not considered clearly the ventilating mode and the impact of gas extraction on gas emission rate in prediction methods of mining face gas emission，through long－term research，measurement and computer simulation，the paper has proposed some revision suggestions on existing standard and new prediction method of gas emission rate in mining face.

gas emission，standard revision，ventilation mode，predicting by stages

TD712.3

A

吳世躍（1959－），教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事煤層氣開(kāi)采與煤礦瓦斯防治教學(xué)科研工作。

（責(zé)任編輯 張艷華）