掘进工作面瓦斯涌出综合预测系统

罗永豪，邢玉忠

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

掘进工作面瓦斯涌出综合预测系统

罗永豪，邢玉忠

（太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024）

针对掘进工作面瓦斯涌出问题，提出了一套综合系统的预测方法，包括了瓦斯涌出的两大类因素：一类是持续稳定地影响瓦斯涌出因素（包括开采深度、掘进速度、煤层厚度等），一类是可能引起瓦斯涌出突赠因素（包括大气压力、地质构造、瓦斯积聚煤层等）。综合预测系统有助于较全面地排除危险源，可对规范化安全管理提供依据。

掘进工作面；瓦斯涌出；系统预测

1 掘进工作面瓦斯预测的研究现状

矿井瓦斯涌出量预测工作是煤矿新井或生产矿井的通风设计、瓦斯抽放工程设计、瓦斯防治工作不可缺少的重要环节，它影响着煤矿生产过程中的安全可靠性。只有准确预测矿井或掘进工作面的瓦斯涌出量，提前采取必要防治措施，才能保证矿井安全生产[1]。国内外有关掘进工作面的瓦斯预测方法有许多种，较为典型的有：应用GIS（Geographic Information System）平台和C++Builder软件进行预测[2]，基于电磁辐射原理的煤与瓦斯突出危险性预测[3]，采用距离判别分析理论进行瓦斯预测[4]，应用模糊聚类分析进行煤与瓦斯突出预测[5]，采用突出预测指标（q，S，Δh2）进行瓦斯预测[6]等等。这些预测方法对煤矿安全高效生产起到了重要的作用，但是各种预测方法精度不一，适合范围也有差别；有的预测方法在某个矿井的预测效果较好，但在其它矿区的效果不理想；有的在某一季节的预测结果符合实际，但在其他季节误差较大；而且许多预测方法对地质构造带缺乏考虑。总之，找到一种系统的、稳定的、广泛适用的预测瓦斯涌出的方法已经迫在眉睫。

2 综合预测系统考虑因素

掘进工作面预测瓦斯涌出包括两方面：一方面是常规涌出预测，一方面是突然涌出预测。因此，系统预测所考虑的因素也可分为两类：一类是持续稳定的影响瓦斯涌出的因素（如开采深度，掘进速度煤，煤层厚度等），一类是可能引起瓦斯涌出量突然增加（甚至瓦斯突出）的因素（如大气压力突然变化，遭遇断层等可贯通其它含瓦斯地层的地质构造，遭遇瓦斯积聚区域等）。本文重点分析如下：

地质条件正常、采矿技术条件相似的条件下，在甲烷带内相对瓦斯涌出量与开采深度呈近似线性关系[7]，该直线的斜率称为瓦斯涌出量梯度a，表达式为：

式中：H1、H2为分别为甲烷带内的两个开采深度，m；q1、q2为对应于H1，H2深度的相对瓦斯涌出量，m3/t；n为指数，现代开采深度条件下，一般n=1。

巷道掘进速度越快、煤层越厚，瓦斯涌出量越大，其关系为：

当Lj/V≤巷道煤壁瓦斯极限排放期Tj时，Qjb用下式：

当Lj/V＞Tj时，在式（3）中以Tj代替Lj/V进行计算。

式中：Qj为掘进巷道瓦斯涌出量，m3/min；Qjb为巷道壁瓦斯涌出量，m3/min；Qjm为落煤瓦斯涌出量，m3/min；n为不移动暴露煤壁个数；m为煤层厚度，m；V为巷道平均掘进速度，m/min；Lj为掘进巷道长度，m；b为掘进巷道平均宽度，m；ρ为煤的密度，t/m3；x0为煤层原始瓦斯含量，m3/t；x1为运到地面煤的残余瓦斯含量，m3/t；C为单位面积煤壁初始瓦斯涌出量（初始比流量），m3/(m2·min)，它可以利用经验公式来确定。

对于瓦斯涌出量突然增加的因素，很难进行定量描述，只能进行定性判断。但是这些因素如果不加重视，往往导致严重事故。理论分析和实测表明：气压的骤变会使采空区瓦斯大量涌出，其中自由态瓦斯对压力变化的反应更为敏感；工作面的通风静压与采空区的压力保持动态平衡，自由空间体积越大，影响越明显；对于封闭采空区，瓦斯的浓度随压力变化较小[8]。

3 综合预测系统步骤概况

综合系统预测法旨在：将导致掘进巷道瓦斯涌出量变化的因素尽量地都考虑进去，然后有条理地借助计算机加以分析计算，其总体思路是先考虑可能引起瓦斯涌出量突然增加的因素，再考虑持续稳定的影响瓦斯涌出的因素，预测步骤，见图1。

4 结束语

图1 综合预测系统步骤

由于煤矿井下环境的复杂多样，单凭一种预测方法很难保证安全高效生产。综合系统的预测方法可将危险源逐一排除，不仅能预测出掘进工作面的常规瓦斯涌出量，而且有助于预防因非常规因素导致的瓦斯突出事故。借助于计算机，可高效地进行预测，系统化的预测有利于规范化管理；但是煤矿井下生产因素特多，而且有些因素尚未认识清楚，所以综合系统的预测方法还需不断改进。

[1]张少帅，杨胜强.分源法瓦斯涌出量预测工作探讨[J].煤炭技术，2011，30(9):266-268.

[2]李石林，冯涛，王鹏飞，朱卓慧.GIS在采掘工作面瓦斯涌出预测中的应用[J].西安科技大学学报，2011，31(6):711-714，723.

[3]魏刚.基于电磁辐射原理的煤与瓦斯突出危险性预测[J].黑龙江科技学院学报，2011，21(5):389-394.

[4]孙浩博，王恩元，董超，晋明月.距离判别分析理论在突出预测中的应用[J].煤矿安全，2012，43(2):88-91.

[5]徐洪涛.模糊聚类分析在煤与瓦斯突出预测中的应用[J].山西焦煤科技，2011(8):4-6.

[6]任培良，李国旗.义安矿突出预测指标统计及影响因素分析[J].矿业安全与环保，2011，38(5):80-82，86.

[7]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.

[8]李学武，张广文，刘伟清.大气压力对济三煤矿综采区瓦斯涌出的影响[J].煤炭科学技术，2008，36(12):52-55.

Integrated Forecasting System of Gas Emission in Driving Face

LUO Yong-hao,XING Yu-zhong
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024）

To solve gas emission in driving face,a set of integrated forecasting methods were proposed. The gas emission was caused by two groups of factors:one group influencing the gas emission consistently, including mining depth,driving speed,and strata thickness;the other group causing emission spurt,including air pressure,geological structure,and gas accumulating seam.The integrated forecasting system could eliminate hazards more comprehensively and provide reference for standardized safety management.

driving face;gas emission;forecasting

TD712+.5

A

1672-5050（2012）11-0043-02

2012-09-10

罗永豪（1987—），男，河北邢台人，在读硕士研究生，研究瓦斯检测工作。

樊 敏