矿井瓦斯涌出量计算及应用

徐光亮

(晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄矿)



矿井瓦斯涌出量计算及应用

徐光亮

(晋城蓝焰煤业股份有限公司成庄矿)

摘要介绍了国内外矿井瓦斯涌出量预测技术及运用较广泛的涌出量计算方法，结合成庄矿实际条件，选取分源预测法为该矿涌出量预测方法，取得了较好的应用效果。

关键词瓦斯涌出量分源预测法预测技术

成庄矿是晋煤集团主力矿井之一，井田隶属于沁水煤田南翼，地处晋城市西北20 km处，跨泽州和沁水两县，目前主采3#煤层。为实现成庄矿可持续发展，需尽早对下组煤开拓延深，实现3#煤与下组煤之间的配采。而要安全开采下组煤,需掌握其瓦斯涌出量，以指导矿井的初步设计及瓦斯综合治理。

1矿井瓦斯涌出量预测技术及适应性

目前国内矿井瓦斯涌出量预测技术丰富，各方法都有利有弊，想要准确地预测矿井瓦斯涌出量，还需根据矿山具体条件进行优选。瓦斯预测技术见图1。

瓦斯预测技术的选择：①分源预测法和矿山统计法是目前使用最多也最实用的两种方法，煤矿安全生产行业标准《矿井瓦斯涌出量预测方法》(AQ 1018—2006)已于2006年收录了此两种方法[1]；②含量法是从国外引进并使用的方法，没建立分源预测法之前在我国应用较多，目前在煤矿上运用较少；③类比法主要是在邻近矿井已有瓦斯规律计算，该方法简单，可行性较高，在煤矿现场使用较多；④神经网络和灰色系统预测法，必须通过编程进行数据整合分析，过程繁琐，操作难度高，目前该技术还不成熟，现场很少采用；⑤瓦斯地质数学模型法通过统计单个或多个变量关系，推算数学公式并结合矿实际条件进行预测，现场应用较少；⑥速度预测法通过实测瓦斯涌出初速度与衰减系数进行计算，现场极少使用，仅在文献上见过[2]。

图1　瓦斯涌出量预测技术

通过上述分析，矿山统计法、分源预测法、类比法及瓦斯地质数学模型法目前使用较多、适用性较强。

1.1矿山统计法

通过统计分析矿井实测瓦斯地质资料，得出矿井瓦斯涌出量与埋深的关系，并由此对新水平、新盘区或邻近矿井的瓦斯涌出量进行计算[3]。该方法使用条件为：①预测矿井生产技术条件和煤层地质条件与统计资料中相似；②深度为100～200 m，沿煤层倾斜长度不大于600 m，煤层走向向上无大的地质构造[4]；③需要两个以上水平的瓦斯资料，且处于瓦斯带内，或只有一水平在瓦斯带内，但已知其瓦斯风化带深度[4]；④以瓦斯相对涌出量为基础进行计算，只适用于产量较为稳定的矿井。

该预测法运用比较早，局限性较大，预测结果难以保证。

1.2分源预测法

根据瓦斯涌出源关系(如图2所示)和矿井实测瓦斯含量，利用瓦斯涌出规律，结合预测煤层赋存条件和开采条件，预测各预测源涌出量，汇总计算出采掘面的瓦斯涌出量，最终计算出采区(盘区)以及矿井瓦斯涌出量[5],目前该方法运用最普遍且较为准确，并纳入安全生产行业标准[6]。

图2　矿井瓦斯涌出源汇关系示意

1.3类比法预测

通过统计分析邻近矿井瓦斯地质资料,结合瓦斯地质理论,分析相似条件矿井的瓦斯涌出量[7]。

该方法较为简单，但由于周边矿井生产方式及其受地质构造的影响，计算值不太准确。

1.4瓦斯地质数学模型法

通过研究瓦斯、地质以及涌出量的变化规律，选出影响涌出量变化的主变因素，结合矿井测试资料和地质资料，运用数学方法建立瓦斯涌出量预测模型，推算出模型的相关关系式(包括多变量)，计算矿井瓦斯涌出量[8]。

通过分析，结合成庄矿实际条件，确定采用分源预测法进行矿井瓦斯涌出量预测。

2现场测试

(1)四盘区、五盘区内，各布置一个综采大采高工作面，工作面采用“三进两回”五巷布置方式，工作面走向长1 800～3 000 m，工作面长 250 m。

工作面各进、回风顺槽、切眼均采用锚杆、锚索、网联合支护，掘进工作面均采用综掘工艺。

(2)下组9#、15#煤层采用“分层、分区、联合布置”的方式开采，9#煤层采用薄煤层走向长壁综采采煤法，工作面顺槽巷道采用2进2回“大U套小U”型布置，长度200 m，平均煤厚1.05 m。工作面回采率为97%，顺槽断面积均为9.66 m2。

15#煤层采用一次采全高、走向长壁综采采煤法,垮落式管理顶板。工作面布置采用2进2回“大U套小U”型布置，工作面长度200 m，平均煤厚3.72 m。工作面回采率为94%，顺槽断面积最大为2.23 m2。

(3)煤巷掘进速度为300 m/月，半煤岩巷掘进速度200 m/月，岩巷掘进速度120 m/月。

(4)采用单一走向长壁综合采煤法，顶板管理方式为全部垮落法。

(5)设计年工作日330 d。

根据上述条件，采用分源预测法计算，2014年度，当矿井达产时，矿井最大绝对瓦斯涌出量为384.59 m3/min。

3结语

(1)通过总结分析国内外涌出量预测方法，筛选出适合国内矿山瓦斯涌出计算的方法主要有矿山统计法、分源预测法、类比法及瓦斯地质数学模型法。

(2)结合成庄矿实际生产条件，分析了各预测方法的优劣，并确定适合该矿采用分源预测法。

(3)通过分源预测法，计算出矿井最大绝对瓦斯涌出量为384.59 m3/min。

参考文献

[1]姜文忠,霍中刚,秦玉金.矿井瓦斯涌出量预测技术[J].煤炭科学技术,2008(6):1-4.

[2]章立清,秦玉金,姜文忠,等.我国矿井瓦斯涌出量预测方法研究现状及展望[J].煤矿安全,2007(8):58-60.

[3]郑同社,张瑞林,余本胜,等.新登煤矿三水平综放工作面瓦斯涌出量预测[J].河南理工大学学报：自然科学版,2005(2):100-102.

[4]张宏伟.大窑沟矿瓦斯地质特征研究[D].阜新：辽宁工程技术大学,2011.

[5]刘慧志.某煤层瓦斯抽放方法与实践研究[D].太原：中北大学,2013.

[6]国家安全生产监督总局.AQ 1018—2006矿井瓦斯涌出量预测方法[S].北京：煤炭工业出版社，2006.

[7]李艳霞.煤矿瓦斯涌出量灰色—分源预测方法的研究[D].哈尔滨：黑龙江科技大学,2013.

[8]景兴鹏,李彬刚,郑登锋.瓦斯涌出量预测方法及问题[J].劳动保护,2007(11):100-101.

(收稿日期2015-10-19)

徐光亮(1967—)，男，总工程师，048000 山西省晋城市。