某矿瓦斯排放带宽度计算方法

2019-01-22郝钢

现代矿业 2018年12期

郝钢

(汾西矿业集团宜兴煤业有限责任公司)

某矿所处井田内的含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，可采煤层为山西组3#煤层和太原组15#煤层。矿井采用混合开拓方式，布置有主斜井、副斜井、进风立井、回风立井4个井筒。全矿井划分为2个采区，一采区采用一次采全高采煤方法，二采区采用分层开采方式。矿井采用全部垮落法管理顶板。矿井设计采用2个水平开采3#、15#煤层，一水平标高596.48 m，开采3#煤层，布置3条大巷，即中央轨道运输大巷、中央胶带运输大巷和中央回风大巷；二水平标高512 m，开采15#煤层，布置3条大巷，即胶带运输大巷、轨道大巷和回风大巷。矿井采用机械抽出式通风方法，通风方式为中央分列式，其中主、副斜井和进风立井进风，回风立井回风。回风立井安装2台FBCDZ-8-No26B型对旋轴流式通风机，1台工作，1台备用。通过对3#煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定，在480 m标高以浅无煤与瓦斯突出危险，矿井属于高瓦斯矿井。为进一步指导该矿瓦斯治理工作，本研究对矿井瓦斯排放带宽度计算方法进行研究。

1 瓦斯排放带宽度实测

1.1 试验点概况

结合矿井实际情况，选定北胶带大巷和3103运输顺槽作为试验地点。北胶带大巷布置于3#煤层中，巷宽4.5 m，巷高5.0 m。根据煤层埋深资料，北胶带大巷埋深350～401 m，煤层总厚度为4.96 m，煤层倾角为1°～8°。工作面掘进范围内无断层、冲蚀带、陷落柱及火成岩，对掘进作业无影响。工作面基本顶为深灰色粉砂质泥岩，厚度为9.24 m；直接顶为深灰色泥岩，厚度为3.68 m；底板为灰黑色泥岩，厚度为3.0 m。采用FBD-No7.1型2×37 kW局部通风机压入式供风。

3013运输顺槽沿3#煤层顶板掘进，巷宽4.5 m，巷高2.7 m。根据煤层埋深资料，3013运输顺槽埋深310～335 m，煤层总厚度为4.5m，煤层倾角为1°～8°。工作面掘进范围内无断层、冲蚀带、陷落柱及火成岩，对掘进作业无影响。工作面基本顶为深灰色粉砂质泥岩，厚度为9.16 m；直接顶为深灰色泥岩，厚度为3.73 m；底板为灰黑色泥岩，厚度为3.11 m。采用FBD-No7.1型2×37 kW局部通风机压入式供风。

1.2 瓦斯排放带宽度实测

瓦斯含量是确定排放带宽度的重要参数之一。通过测试巷帮煤体不同暴露时间及不同深度的瓦斯含量，可以确定该处的瓦斯排放带宽度，而后对各测点处的排放带宽度数据利用1stOpt软件进行处理[1-4]。本研究采用CHP50M煤层瓦斯含量快速测定仪测试瓦斯含量[5-7]。根据瓦斯排放带宽度数值模拟结果，在暴露时间达到200 d时，3103运输顺槽瓦斯排放带宽度约20 m，北胶带大巷瓦斯排放带宽度约25 m。本研究在试验地点选取不同暴露时间的煤壁，用风煤钻打20～25 m深顺层钻孔，每2 m测试1次瓦斯含量，测试数据如表1、表2所示。

根据表1、表2及钻孔瓦斯含量与距煤壁距离的关系可知，当达到一定深度时煤层瓦斯含量基本不再变化，而是小幅波动，瓦斯含量与距煤壁距离符合Logistic增长函数(图1)。当所测瓦斯含量与其后2个含量值相比，波动幅度均不大于5%时，则认为已经进入原始瓦斯带[8-9]，瓦斯排放带宽度见表3。

表1 3103运输顺槽瓦斯含量实测结

表2 北胶带大巷瓦斯含量实测结果

图1 Logistic增长函数

由表3可知：利用Logistic增长函数确定的排放带宽度与数值模拟结果基本吻合，证明模拟结果具有可靠性，可作为瓦斯排放带宽度计算公式推导的基础数据。

2 瓦斯排放带宽度计算方法

瓦斯排放带宽度影响因素主控因素有瓦斯含量、暴露时间、透气性系数和巷道断面积[8-9]。由实测数据可知：巷帮瓦斯排放带宽度与暴露时间、煤层的原始瓦斯含量、巷道断面积和煤层透气性系数均成正相关关系。本研究将回归模型假设为

表3 瓦斯排放带宽度实测结果

(1)

式中，L为瓦斯排放带宽度，m；W0为煤层原始瓦斯含量，m3/t；t为暴露时间，d；S为巷道断面面积，m2；λ为煤层透气性系数，m2/(MPa2·d)；a、b、c、d、e为正常数，本研究a=1.371，b=0.663，c=0.232，d=0.042，e=0.280。

相关性系数R=0.984 3，卡方系数为2.017 1，假设检验统计变量F=930.988，运算结果达到收敛判断标准。由运算结果可知，该假设模型具有较高的相关性，可以满足实际需要。

因此，瓦斯排放带宽度计算公式为

(2)

式(2)明确显示了排放带宽度与原始瓦斯含量、巷道断面面积、煤层透气性系数及暴露时间的关系，在已知相关参数的情况下，可以计算得出相应的瓦斯排放带宽度。

为检验式(2)的适用性，在3103回风顺槽、3103运输顺槽、3104进风顺槽和北胶带大巷分别对排放带宽度进行测试，并同时对以上地点按式(2)计算出相应数值，结果如表4所示。由表4可知：式(2)计算的排放带宽度与实测值的相对误差均小于10%，可见该公式的计算精度较理想，可满足实际应用要求。

3 结语

某矿随着矿井开采深度的不断增加以及综掘巷道掘进速度的增大，矿井瓦斯灾害问题日益突出。针对综掘工作面不同于其他掘进工艺的特征，对该矿不同巷道、不同暴露时间、不同深度的瓦斯含量的实测结果进行了回归分析，提出了巷帮瓦斯排放带宽度的计算公式。工程验证表明：该公式计算值与实测值的平均误差小于10%，精度较好。