某矿西部采区瓦斯涌出预测及分析

马龙跃　和毅　乔善成

摘要：文章结合西部三个采区已采工作面掘进、回采期间瓦斯浓度、风量等参数实测数据，利用矿山统计法对其深部（二水平）瓦斯涌出量进行分析预测；采集西部采区实测瓦斯含量数据及掘进、回采计划、煤层赋存条件等参数，利用分源法对该区域采区深部瓦斯涌出量进行预测计算，确定了西部采区瓦斯涌出特征及规律，以指导该矿瓦斯治理工作。

关键词：煤矿开采；已采工作面；瓦斯涌出量；矿山统计法；分源法 文献标识码：A

中图分类号：TD712 文章编号：1009-2374（2015）15-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.15.085

1 概述

瓦斯预测技术是使用煤矿地质学、煤矿开采学、数理统计等学科的主要原理，预测矿井瓦斯涌出量和瓦斯突出的一门综合性技术科学。合理的瓦斯涌出量预测可以正确预判危险源，出现险情后及时做出反应，最大限度地减少生命、财产损失。通过瓦斯涌出量预测结果指导采区布置、通风系统设计、安全救援应急方案的制定，矿井瓦斯预测对于整个矿井安全生产和经济效益有着重要影响。

2 矿井概况

该煤矿受到区域地质构造影响，全层构造软煤发育、煤体结构为Ⅲ～Ⅴ类，煤层厚度变化大、透气性差，矿井中瓦斯富集区和突出区区域特性明显。目前，该矿已经逐渐从开采浅部高瓦斯矿井向深部煤与瓦斯突出矿井转化，该矿11采区、14采区深部不断出现以压出为主要特征的煤与瓦斯突出动力现象；生产中响煤炮、顶钻、夹钻、喷孔等瓦斯突出征兆频繁发生，已对矿井安全生产构成了巨大隐患，对西部区域瓦斯准确预测有利于指导和保障矿井的安全生产。该矿井田含煤地层中含有太原组、山西组、下石盒子组及上石盒子组，属于多煤组多煤层地区。含煤地层总厚约为576m，共含煤六组，包括28层煤。煤层总厚度为7.30m，含煤系数是1.27%。二1煤层厚0～18.88m，平均厚4.22m。本次研究主要对象确定为山西组的二1煤层，山西组为某煤矿井田中的主要含煤建造，下部以二1煤层底板砂质泥岩底界同太原组分界，上部主以大紫泥岩之底为顶界。

根据勘探和矿井生产揭露的具体情况，矿井瓦斯主要表现出了以下三个特点：（1）矿井的历年绝对瓦斯涌出量呈现出逐年递增的态势，在2000年以前，绝对瓦斯涌出量还在10m3/min水平，而从2000年以后，绝对瓦斯涌出量增加到30m3/min左右。矿井的相对瓦斯涌出量则较为稳定，一般处在10m3/t，瓦斯涌出量的不均一性表现也较为明显；（2）埋深沿煤层走向自西向东煤层埋藏深度减小，其高值区主要分布在已采区西南处，在东部瓦斯含量低，而埋深由北向南递增，在东部较浅，瓦斯含量等值线的分布与埋深等值线分布趋势一致，说明瓦斯含量与埋深成正相关；（3）煤层瓦斯含量随着煤厚的增大而增大，煤层瓦斯含量增加的梯度减小：煤厚变化复杂，矿区大部分区域瓦斯含量与煤厚呈正相关趋势该矿大占砂岩是煤层顶板最重要的一个透气性的岩层，透气性较差的泥岩类岩层。煤层瓦斯含量随着镜质组含量的增大而增大。

3 矿山统计法预测瓦斯涌出量

矿井瓦斯涌出量不是一个固定值，它随着矿山开采深度的变化而变化，矿山统计法仅仅适用瓦斯带以下已回采的1～2个水平的矿井，目前进行预测的直接外推范围，大致处在垂直深度200m或倾斜长度600m的范围内。为了保证误差率在可接受范围，外推深度应该随着煤层倾角和瓦斯涌出量梯度值而减小。

现已知12采区相对瓦斯涌出量大小为5.808m3/t。由矿井瓦斯地质图可知，高差约为172.875m，所以可得16采区深区（二水平）相对瓦斯涌出量为9.093m3/t。12221、12261工作面相对瓦斯涌出量随回采时间变化特点如图1和图2所示。

图1 12221工作面相对瓦斯涌出量随回采时间变化特点

图2 12261工作面相对瓦斯涌出量随回采时间变化特点

14采区14200工作面绝对瓦斯涌出量为4.779m3/min，转换成相对瓦斯涌出量7.645m3/t，即取q0为7.645m3/t。由矿井瓦斯地质图可知，高差约为98.976m，所以可得16采区深区（二水平）相对瓦斯涌出量为9.526m3/t。

4 分源法预测瓦斯涌出量

4.1 瓦斯涌出量计算

4.1.1 开采层（包括围岩）瓦斯涌出量。根据矿井采区资料分析可知某煤矿二1煤属于中厚煤层瓦斯预测时应选取薄及中厚煤层不分层开采时计算公式：

（1）

式中：为开采层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，单位；为本矿区围岩瓦斯涌出计算系数，取值1.2；为丢煤瓦斯涌出计算系数，取值1.33；为预排瓦斯影响系数，取值0.75；开采煤层总厚度，取值5.49；可供开采的煤层厚度，取值3.7；原始含瓦斯量，取值7.36；残余含瓦斯量，取值3.872。

计算可得=6.195。

4.1.2 邻近煤层瓦斯涌出量：

（2）

式中：为邻近煤层瓦斯涌出量，单位；为第煤层厚度；m1为可开采煤层厚度；为层原始含瓦斯量；为层残存含瓦斯量；瓦斯排放率。

该矿仅有二1煤层可开采，所以=0。

4.1.3 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量：

（3）

式中：为煤壁瓦斯涌出量，单位；为煤壁个数，取值2；为煤层厚度，取值1.95；为掘进速度，取值0.003；为巷道长度，取值72；涌出速度，取值0.031。

计算可得=1.12。

4.1.4 掘进落煤的瓦斯涌出量：

（4）

式中：为瓦斯涌出量，单位；为巷道断面积，取值16.2；为巷道掘进速度，取值0.003；为煤的密度，取值1.46；为原始含瓦斯量，取值7.36；为残存含瓦斯量，取值3.872。endprint

计算可得=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开采层（包括围岩）、临近层瓦斯涌出量两部分组成，其计算公式为：

（5）

式中：为采煤工作面相对瓦斯涌出量，单位。

计算可得=6.195。

4.1.6 掘进工作面瓦斯涌出量。掘进工作面瓦斯涌出量包括掘进巷道煤壁和掘进落煤瓦斯涌出量两部分，用下式计算：

（6）

式中：为掘进工作面瓦斯涌出量，单位。

计算可得=1.368。

4.1.7 生产采区瓦斯涌出量。生产采区瓦斯涌出量系采区内所有采煤工作面、掘进工作面及采空区瓦斯涌出量之和，其计算公式为：

（7）

式中：为总瓦斯涌出量，单位；为采空区瓦斯涌出系数，取值0.25；为采煤工作面瓦斯涌出量；为采煤工作面煤炭日产量；为掘进工作面瓦斯涌出量；为平均煤炭日产量，取值900。

计算可得=9.454。

4.2 结果分析

利用分源法，计算出16采区深部瓦斯涌出量为9.454。与西部采区中邻近12、14采区相对比来看，16采区瓦斯涌出量随着开采深度的增加而逐渐变大，且区域内瓦斯涌出量较12、14采区更高，瓦斯治理难度更大。

5 结语

本文在对某煤矿瓦斯地质资料整理的基础上，对矿井西部采区深部分别运用矿山统计法和分源预测法进行瓦斯涌出量预测。最终得到16采区深区瓦斯涌出量9.5～10m3/t，该矿都属于高瓦斯矿井，预测结果符合某煤矿实际情况。该研究对于指导该矿瓦斯防控工作具有一定的现实和指导意义。

参考文献

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（责任编辑：王 波）endprint