東曲礦工作面瓦斯涌出量預(yù)測及瓦斯來源分析

宋建偉

關(guān)鍵詞：瓦斯;涌出量;透氣指數(shù);預(yù)防措施

礦井瓦斯異常涌出是影響礦井安全生產(chǎn)的重要因素。由于瓦斯涌出具有不確定性，在一定程度上決定礦井采取何種通風(fēng)方式、瓦斯抽采技術(shù)?，F(xiàn)階段主要采用分源預(yù)測法和礦山統(tǒng)計(jì)法對(duì)礦井的涌出進(jìn)行觀測。分源預(yù)測法為理論計(jì)算方法，對(duì)瓦斯含量、煤層賦存、采掘速度等相關(guān)參數(shù)的準(zhǔn)確性要求較高，當(dāng)參數(shù)選取不合適時(shí)，會(huì)有較大誤差。礦山統(tǒng)計(jì)法是結(jié)合礦井實(shí)際生產(chǎn)情況，根據(jù)長期積累的工作面瓦斯實(shí)測數(shù)據(jù)，采取統(tǒng)計(jì)分析，得出采掘工作面瓦斯涌出規(guī)律。東曲礦針對(duì)28802工作面采掘期間瓦斯涌量及來源無法準(zhǔn)確預(yù)測的難題，結(jié)合采掘期現(xiàn)在實(shí)測的瓦斯涌出量數(shù)據(jù)，分析了影響該工作面瓦斯涌出量及來源的主要因素，提出瓦斯涌出量預(yù)測方法和防治措施。

1 礦井概況

東曲礦位于西山煤田的北中部，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力400萬t/a，井田面積59km2，現(xiàn)主要開采8#、9#煤層。28802綜采工作面主要開采8#，煤層結(jié)構(gòu)簡單，8#煤層厚度3.52m～5.86m之間，平均厚度4.59m，8#煤上方約5m賦存厚度約0.67m左右的8上煤，試驗(yàn)工作面為28802回風(fēng)順槽，巷道長度1043m，巷高2.45m，巷寬3.9m，月進(jìn)尺200m。8#煤視密度為1.29 t/m3，揮發(fā)分為23.9%，煤層絕對(duì)瓦斯涌出量38m3/min，原始瓦斯含量為10.66 t/m3，殘存瓦斯含量為1.98 m3/t。巷道掘進(jìn)前已通過相鄰巷道向待掘區(qū)域遞進(jìn)式施工順層預(yù)抽鉆孔。根據(jù)抽采達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)期間實(shí)測，掘進(jìn)前8#煤層殘余瓦斯含量為6.1～7.7 m3/t，平均為7 m3/t。28802工作面采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，軌道順槽進(jìn)風(fēng)，皮帶順槽回風(fēng)。

2 28802工作面瓦斯涌出量預(yù)測分析

28802工作面主要開采8#煤層，由于對(duì)相鄰工作面的采動(dòng)擾動(dòng)小，相鄰工作面的瓦斯涌出量較小，主要來源是所開采的8#煤層的落煤和煤壁。落煤所引起的瓦斯涌出主要采掘工藝、礦井地質(zhì)條件、通風(fēng)方式與掘進(jìn)直接關(guān)系，而煤壁瓦斯的涌出則和開采煤壁暴露面積、時(shí)間等有直接關(guān)系。正常，工作面連續(xù)采掘條件下，更有利于瓦斯相對(duì)穩(wěn)定涌出，呈波紋形態(tài)，破煤期間瓦斯涌出與非破煤期間瓦斯涌出比值基本恒定。瓦斯涌出量預(yù)測公式為：

分源預(yù)測法得到的28802回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量從0.2m3/min逐漸增加到0.88m3/min，隨后瓦斯涌出量基本保持穩(wěn)定，落煤瓦斯涌出量所占比例為23.28%，煤壁瓦斯涌出占比76.72%。

3 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出來源分析

為了定量確定影響煤壁和落煤瓦斯涌出占比的因素，由式2、式3建立式6，其中煤的揮發(fā)份Vr和煤的密度γ為常數(shù)，可以簡化q1/q2簡化為：

式中：k=0.026[0.0004（Vr）2+0.16]/γ;-煤層的瓦斯可抽率，即煤層內(nèi)瓦斯可解吸瓦斯含量占總瓦斯含量的比例。針對(duì)東曲礦開采的8#煤層，瓦斯涌出比例僅與巷道寬度有關(guān)，寬度越大，落煤涌出比例越高;針對(duì)薄及中厚煤層，瓦斯涌出比例還與巷道高度有關(guān)，巷道寬度和高度越大，落煤所占涌出比例越高。

4 現(xiàn)場考察

28802回風(fēng)順槽后期掘進(jìn)速度穩(wěn)定，且區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造簡單，擬采用該掘進(jìn)工作面作為研究對(duì)象，通過搜集28802回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間的通風(fēng)旬報(bào)表與瓦斯日?qǐng)?bào)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以確定工作面掘進(jìn)期間落煤及煤壁瓦斯涌出量及各自占比。結(jié)合監(jiān)測28802回風(fēng)順槽生產(chǎn)班和檢修班回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?，采用加?quán)計(jì)算分別得出生產(chǎn)班和檢修班瓦斯涌出量，檢修班瓦斯涌出量即為煤壁瓦斯涌出量，生產(chǎn)班瓦斯涌出量與檢修班瓦斯涌出量之差值即為落煤瓦斯涌出量。28802回風(fēng)順槽前期掘進(jìn)速度不穩(wěn)定，導(dǎo)致瓦斯涌出量變化較大，無法有效觀測前期隨掘進(jìn)距離的增加瓦斯涌出變化情況。本次僅對(duì)工作面后期正常掘進(jìn)期間的瓦斯涌出量進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)了近兩個(gè)月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。28802回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間瓦斯涌出曲線如圖1所示。

由圖可見，8月5日至8月9日區(qū)間和8月15日至8月26日區(qū)間，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量顯著增加，經(jīng)核實(shí)，8月5日至8月9日28802回風(fēng)順槽掘進(jìn)期間揭露兩條斷層，受斷層影響瓦斯涌出量由1m3/min增大到1.74m3/min;8月15日28802回風(fēng)順槽向8上煤層放炮施工高位鉆場，8上煤層受擾動(dòng)影響，煤層瓦斯涌入28802回風(fēng)順槽，造成掘進(jìn)面瓦斯涌出量由1.05m3/min增大到1.50m3/min;其余時(shí)間段28802回風(fēng)順槽瓦斯涌出量偶有波動(dòng)，但基本維持穩(wěn)定。

正常區(qū)域掘進(jìn)期間不考慮受斷層和掘進(jìn)高位鉆場揭露8#上煤層影響，28802回風(fēng)順槽絕對(duì)瓦斯涌出量0.69～

1.12m3/min，平均0.91m3/min;其中落煤絕對(duì)瓦斯量0.11～

0.33m3/min，平均0.18m3/min，占比19.8%;煤壁絕對(duì)瓦斯涌出量0.47～0.94m3/min，平均0.73m3/min，占比80.2%。預(yù)測瓦斯涌出量、來源與實(shí)際瓦斯涌出情況相近，通過對(duì)比兩者，得到掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量修正系數(shù)為1.03，正常狀態(tài)下瓦斯涌出不均衡系數(shù)為1.23。28802回風(fēng)順槽掘進(jìn)工作面瓦斯涌出整體較小，配風(fēng)量300～500 m3/min，能夠通過通風(fēng)方式解決掘進(jìn)期間的瓦斯涌出問題。

5 防治措施

針對(duì)28802工作面開采8#煤層瓦斯涌出異常，東曲礦對(duì)掘進(jìn)工作面、回采工作面及采空區(qū)的瓦斯治理采?。禾崆邦A(yù)抽瓦斯、邊掘邊抽瓦斯、井巷周壁隔絕封堵引排瓦斯、雙巷掘進(jìn)、縮短獨(dú)頭掘進(jìn)巷道長度、優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)加大通風(fēng)量等防治措施。

6 結(jié)論

①本文以東曲礦28802工作面為研究背景，采用分源預(yù)測法和礦山統(tǒng)計(jì)法，預(yù)測出工作面瓦斯涌出穩(wěn)定后的平均值，得到掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量修正系數(shù)為1.03，瓦斯涌出不均衡系數(shù)為1.23，工作面瓦斯涌出主要來自于煤壁，占比80.2%，落煤瓦斯涌出占比19.8%;②開采煤層瓦斯含量等技術(shù)參數(shù)為定值時(shí)，采掘的落煤和煤壁瓦斯涌出所占比例和開采煤層瓦斯可抽采率巷道斷面等有直接關(guān)系，與工作面的掘進(jìn)速度無直接關(guān)系;③在進(jìn)行通風(fēng)和抽采設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在分源預(yù)測法的結(jié)果上考慮掘進(jìn)工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，同時(shí)，采取有效的防治措施，保證工作面瓦斯不超限。