某礦西部采區(qū)瓦斯涌出預(yù)測(cè)及分析

馬龍躍　和毅　喬善成

摘要：文章結(jié)合西部三個(gè)采區(qū)已采工作面掘進(jìn)、回采期間瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量等參數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，利用礦山統(tǒng)計(jì)法對(duì)其深部（二水平）瓦斯涌出量進(jìn)行分析預(yù)測(cè)；采集西部采區(qū)實(shí)測(cè)瓦斯含量數(shù)據(jù)及掘進(jìn)、回采計(jì)劃、煤層賦存條件等參數(shù)，利用分源法對(duì)該區(qū)域采區(qū)深部瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，確定了西部采區(qū)瓦斯涌出特征及規(guī)律，以指導(dǎo)該礦瓦斯治理工作。

關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采；已采工作面；瓦斯涌出量；礦山統(tǒng)計(jì)法；分源法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TD712 文章編號(hào)：1009-2374（2015）15-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.085

1 概述

瓦斯預(yù)測(cè)技術(shù)是使用煤礦地質(zhì)學(xué)、煤礦開(kāi)采學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等學(xué)科的主要原理，預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量和瓦斯突出的一門(mén)綜合性技術(shù)科學(xué)。合理的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)可以正確預(yù)判危險(xiǎn)源，出現(xiàn)險(xiǎn)情后及時(shí)做出反應(yīng)，最大限度地減少生命、財(cái)產(chǎn)損失。通過(guò)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果指導(dǎo)采區(qū)布置、通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全救援應(yīng)急方案的制定，礦井瓦斯預(yù)測(cè)對(duì)于整個(gè)礦井安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益有著重要影響。

2 礦井概況

該煤礦受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，全層構(gòu)造軟煤發(fā)育、煤體結(jié)構(gòu)為Ⅲ～Ⅴ類(lèi)，煤層厚度變化大、透氣性差，礦井中瓦斯富集區(qū)和突出區(qū)區(qū)域特性明顯。目前，該礦已經(jīng)逐漸從開(kāi)采淺部高瓦斯礦井向深部煤與瓦斯突出礦井轉(zhuǎn)化，該礦11采區(qū)、14采區(qū)深部不斷出現(xiàn)以壓出為主要特征的煤與瓦斯突出動(dòng)力現(xiàn)象；生產(chǎn)中響煤炮、頂鉆、夾鉆、噴孔等瓦斯突出征兆頻繁發(fā)生，已對(duì)礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成了巨大隱患，對(duì)西部區(qū)域瓦斯準(zhǔn)確預(yù)測(cè)有利于指導(dǎo)和保障礦井的安全生產(chǎn)。該礦井田含煤地層中含有太原組、山西組、下石盒子組及上石盒子組，屬于多煤組多煤層地區(qū)。含煤地層總厚約為576m，共含煤六組，包括28層煤。煤層總厚度為7.30m，含煤系數(shù)是1.27%。二1煤層厚0～18.88m，平均厚4.22m。本次研究主要對(duì)象確定為山西組的二1煤層，山西組為某煤礦井田中的主要含煤建造，下部以二1煤層底板砂質(zhì)泥巖底界同太原組分界，上部主以大紫泥巖之底為頂界。

根據(jù)勘探和礦井生產(chǎn)揭露的具體情況，礦井瓦斯主要表現(xiàn)出了以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）礦井的歷年絕對(duì)瓦斯涌出量呈現(xiàn)出逐年遞增的態(tài)勢(shì)，在2000年以前，絕對(duì)瓦斯涌出量還在10m3/min水平，而從2000年以后，絕對(duì)瓦斯涌出量增加到30m3/min左右。礦井的相對(duì)瓦斯涌出量則較為穩(wěn)定，一般處在10m3/t，瓦斯涌出量的不均一性表現(xiàn)也較為明顯；（2）埋深沿煤層走向自西向東煤層埋藏深度減小，其高值區(qū)主要分布在已采區(qū)西南處，在東部瓦斯含量低，而埋深由北向南遞增，在東部較淺，瓦斯含量等值線(xiàn)的分布與埋深等值線(xiàn)分布趨勢(shì)一致，說(shuō)明瓦斯含量與埋深成正相關(guān)；（3）煤層瓦斯含量隨著煤厚的增大而增大，煤層瓦斯含量增加的梯度減?。好汉褡兓瘡?fù)雜，礦區(qū)大部分區(qū)域瓦斯含量與煤厚呈正相關(guān)趨勢(shì)該礦大占砂巖是煤層頂板最重要的一個(gè)透氣性的巖層，透氣性較差的泥巖類(lèi)巖層。煤層瓦斯含量隨著鏡質(zhì)組含量的增大而增大。

3 礦山統(tǒng)計(jì)法預(yù)測(cè)瓦斯涌出量

礦井瓦斯涌出量不是一個(gè)固定值，它隨著礦山開(kāi)采深度的變化而變化，礦山統(tǒng)計(jì)法僅僅適用瓦斯帶以下已回采的1～2個(gè)水平的礦井，目前進(jìn)行預(yù)測(cè)的直接外推范圍，大致處在垂直深度200m或傾斜長(zhǎng)度600m的范圍內(nèi)。為了保證誤差率在可接受范圍，外推深度應(yīng)該隨著煤層傾角和瓦斯涌出量梯度值而減小。

現(xiàn)已知12采區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量大小為5.808m3/t。由礦井瓦斯地質(zhì)圖可知，高差約為172.875m，所以可得16采區(qū)深區(qū)（二水平）相對(duì)瓦斯涌出量為9.093m3/t。12221、12261工作面相對(duì)瓦斯涌出量隨回采時(shí)間變化特點(diǎn)如圖1和圖2所示。

圖1 12221工作面相對(duì)瓦斯涌出量隨回采時(shí)間變化特點(diǎn)

圖2 12261工作面相對(duì)瓦斯涌出量隨回采時(shí)間變化特點(diǎn)

14采區(qū)14200工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為4.779m3/min，轉(zhuǎn)換成相對(duì)瓦斯涌出量7.645m3/t，即取q0為7.645m3/t。由礦井瓦斯地質(zhì)圖可知，高差約為98.976m，所以可得16采區(qū)深區(qū)（二水平）相對(duì)瓦斯涌出量為9.526m3/t。

4 分源法預(yù)測(cè)瓦斯涌出量

4.1 瓦斯涌出量計(jì)算

4.1.1 開(kāi)采層（包括圍巖）瓦斯涌出量。根據(jù)礦井采區(qū)資料分析可知某煤礦二1煤屬于中厚煤層瓦斯預(yù)測(cè)時(shí)應(yīng)選取薄及中厚煤層不分層開(kāi)采時(shí)計(jì)算公式：

（1）

式中：為開(kāi)采層（包括圍巖）相對(duì)瓦斯涌出量，單位；為本礦區(qū)圍巖瓦斯涌出計(jì)算系數(shù)，取值1.2；為丟煤瓦斯涌出計(jì)算系數(shù)，取值1.33；為預(yù)排瓦斯影響系數(shù)，取值0.75；開(kāi)采煤層總厚度，取值5.49；可供開(kāi)采的煤層厚度，取值3.7；原始含瓦斯量，取值7.36；殘余含瓦斯量，取值3.872。

計(jì)算可得=6.195。

4.1.2 鄰近煤層瓦斯涌出量：

（2）

式中：為鄰近煤層瓦斯涌出量，單位；為第煤層厚度；m1為可開(kāi)采煤層厚度；為層原始含瓦斯量；為層殘存含瓦斯量；瓦斯排放率。

該礦僅有二1煤層可開(kāi)采，所以=0。

4.1.3 掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量：

（3）

式中：為煤壁瓦斯涌出量，單位；為煤壁個(gè)數(shù)，取值2；為煤層厚度，取值1.95；為掘進(jìn)速度，取值0.003；為巷道長(zhǎng)度，取值72；涌出速度，取值0.031。

計(jì)算可得=1.12。

4.1.4 掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量：

（4）

式中：為瓦斯涌出量，單位；為巷道斷面積，取值16.2；為巷道掘進(jìn)速度，取值0.003；為煤的密度，取值1.46；為原始含瓦斯量，取值7.36；為殘存含瓦斯量，取值3.872。endprint

計(jì)算可得=0.248。

4.1.5 采煤工作面瓦斯涌出量。采煤工作面瓦斯涌出量由開(kāi)采層（包括圍巖）、臨近層瓦斯涌出量?jī)刹糠纸M成，其計(jì)算公式為：

（5）

式中：為采煤工作面相對(duì)瓦斯涌出量，單位。

計(jì)算可得=6.195。

4.1.6 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量。掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量包括掘進(jìn)巷道煤壁和掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量?jī)刹糠?，用下式?jì)算：

（6）

式中：為掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，單位。

計(jì)算可得=1.368。

4.1.7 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量。生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量系采區(qū)內(nèi)所有采煤工作面、掘進(jìn)工作面及采空區(qū)瓦斯涌出量之和，其計(jì)算公式為：

（7）

式中：為總瓦斯涌出量，單位；為采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，取值0.25；為采煤工作面瓦斯涌出量；為采煤工作面煤炭日產(chǎn)量；為掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量；為平均煤炭日產(chǎn)量，取值900。

計(jì)算可得=9.454。

4.2 結(jié)果分析

利用分源法，計(jì)算出16采區(qū)深部瓦斯涌出量為9.454。與西部采區(qū)中鄰近12、14采區(qū)相對(duì)比來(lái)看，16采區(qū)瓦斯涌出量隨著開(kāi)采深度的增加而逐漸變大，且區(qū)域內(nèi)瓦斯涌出量較12、14采區(qū)更高，瓦斯治理難度更大。

5 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)某煤礦瓦斯地質(zhì)資料整理的基礎(chǔ)上，對(duì)礦井西部采區(qū)深部分別運(yùn)用礦山統(tǒng)計(jì)法和分源預(yù)測(cè)法進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。最終得到16采區(qū)深區(qū)瓦斯涌出量9.5～10m3/t，該礦都屬于高瓦斯礦井，預(yù)測(cè)結(jié)果符合某煤礦實(shí)際情況。該研究對(duì)于指導(dǎo)該礦瓦斯防控工作具有一定的現(xiàn)實(shí)和指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：王 波）endprint