分源预测法在羊场坡煤矿的应用研究

陈 伟郭邵金

（1.贵州煤安工程技术咨询服务有限公司 贵州 贵阳 550003；2.贵州兴源煤矿科技有限责任公司 贵州 贵阳 550004）

近年来，随着采深的增加和回采工作面机械化程度的提高，瓦斯涌出量不断增加，不仅制约了生产能力，而且增大了瓦斯爆炸事故发生的可能性。这就需要用定量化的方法较为准确地对矿井瓦斯的涌出量进行预测，并采取治理措施，预防瓦斯灾害事故的发生。

1 羊场坡煤矿基本情况概述

盘县火铺镇羊场坡煤矿位于贵州省盘县火铺镇，设计年生产能力30万吨，该矿地质构造复杂。矿井共划分为两个水平两个采区。煤层开采顺序按照自上而下的原则。设计将该矿的准备巷道布置于岩层之中，矿井在开采一采区时可利用主、副、回风斜井作为一采区准备巷道，通过石门与各煤层联系。采煤方法采用走向长壁后退式，以一个普采工作面达产，顶板管理方式为全部垮落法。矿井采用中央并列抽出式通风方式。主、副井进风，风井回风，移交生产时，矿井通风量为57m3/s，矿井等积孔为2.88m2。

2 矿井瓦斯涌出量预测方法的选择

矿井瓦斯涌出量的预测目前普遍采用的方法为矿山统计法、分源预测法、综合法3类，由于矿山统计法和综合法需要在矿井生产中获得实测资料，因此，这两种方法不适合羊场坡这样的新建矿井，该矿只能采用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量。

图1 矿井瓦斯涌出构成关系

分源预测法亦称为瓦斯含量预测法，它根据时间、地点的不同，分成数个向矿井巷道涌出的瓦斯源，在分别对这些瓦斯涌出源进行预测的基础上得出矿井瓦斯涌出量的方法。矿井瓦斯涌出构成关系如图1所示。

羊场坡煤矿达到设计产量30万吨时，将在首采层1号煤层中布置1个回采工作面和2个煤巷掘进工作面。

3 瓦斯涌出量预测

3.1 回采工作面瓦斯涌出量的预测

根据图1可知，回采工作面的瓦斯出量由2部分组成：开采层（包括围岩）瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。

3.1.1 开采层瓦斯涌出量

薄及中厚煤层不分层开采时，开采层瓦斯涌出量下式计算：

式中：q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；

K1——围岩瓦斯涌出系数；K1选取范围为1.1～1.3；全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩，K1取1.3；局部充填法管理顶板K1取1.2；全部充填法管理顶板K1取1.1；砂质泥岩等致密性围岩K1取值可偏小；K1取1.3。

K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算；

K3——采区准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，K3=0.9

m——开采层厚度，m；

M——工作面采高，m；

W0——煤层原始瓦斯含量，m3/t；

Wc——运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3/t.r。

3.1.2 邻近层瓦斯涌出量

式中：q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m/t；

mi——第i个邻近层煤层厚度，m；

M——工作面采高，m；

ηi——第i个邻近层瓦斯排放率，%；

Woi——第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3/t，无实测值时可参照开采层选取；

Wci——第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3/t，无实测值时可参照开采层选取；

图2 邻近层邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线

Woi——第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3/t，无实测值时可参照开采层选取；

Wci——第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3/t，无实测值时可参照开采层选取；

3.1.3 回采工作面瓦斯涌出量

式中：q采——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；

q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；

q2——临近层相对瓦斯涌出量，m3/t；

代入相关参数计算得，q1= 9.1m3/t，q2=9.4m3/t，计算得回采工作面瓦斯涌出量为18.5m3/t。

3.2 掘进工作面瓦斯涌出量

3.2.1 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量

式中：q3——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

D——巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中厚煤层，D=2m0，m0为开采层厚度；

对于厚煤层，D=2h+b，h及b分别为巷道的高度及宽度；

V——巷道平均掘进速度，m/min；

L——巷道长度，m；

q0——煤壁瓦斯涌出强度，m3/m2·min，

式中：q0——巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，m3/m2·min；

Vr——煤中挥发分含量，%；

W0——煤层原始瓦斯含量，m3/t；

3.2.2 掘进落煤的瓦斯涌出量

式中：q4——掘进巷道落煤的瓦斯涌出量，m3/min；

S——掘进巷道断面积，m2；

V——巷道平均掘进速度，m/min；

γ——煤的密度，t/m3；

W0——煤层原始瓦斯含量，m3/t；

Wc——运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3/t。

3.2.3 掘进工作面瓦斯涌出量

式中：q掘——掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；

q3——掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3/min；q4——掘进工作面落煤瓦斯涌出量，m3/min。

3.3 生产采区瓦斯涌出量

式中：q掘——生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；

k′——生产采区内采空区瓦斯涌出系数；

表1 未进行预抽时掘进工作面瓦斯涌出计算表

q采i——第i采区工作面相对涌出量，m3/t；

表2 未进行预抽时生产采区瓦斯涌出量计算表

表3 未进行预抽时矿井瓦斯涌出量计算表

Ai——第i个回采工作面的日产量，取818t；

q掘i——第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；

A0——生产采区平均日产量，取909t。

3.4 矿井瓦斯涌出量

式中：q井——矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；

q区i——第i个生产区相对瓦斯涌出量，m3/t；

Aai——第i个生产区平均日产量，t；

k″——已采采空区瓦斯涌出量系数。

羊场坡煤矿开采达到其设计产量30万吨时，矿井的绝对瓦斯涌出量预测值为26.49m3/min，矿井瓦斯涌出量的预测为实现矿井安全生产及瓦斯灾害防治提供了较为可靠的依据。

［1］俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.

［2］王英敏，主编.矿井通风与安全[M].北京：冶金工业出版社，1979.

［3］于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用首采[M].北京：煤炭工业出版社.