矿井瓦斯涌出量预测
2020-08-14张宇
张 宇
1 矿井瓦斯资源储量
煤矿瓦斯的储量主要指的是在进行煤矿瓦斯生产时，赋存瓦斯的煤、岩体向采动空间排出的瓦斯总量[3]。
煤矿瓦斯的储量计算公式的定义为：
W煤=A×X煤=2631.40×0.02=52.63Mm3
式中：
W煤－矿井瓦斯资源储量，Mm3。
A－矿井煤炭地质资源储量，Mt。
X煤－可采煤层的平均瓦斯含量，m3/t。
2 瓦斯涌出量预测
2.1 回采工作面
开采层、邻近层的相对瓦斯的涌出的总量二者共同组成了井下回采工作面的瓦斯总量。
Q采=Q1+Q2
式中：
Q采－回采工作面的相对瓦斯涌出量，m3/t；
Q1、Q2－开采层、邻近层的相对瓦斯的涌出的总量，m3/t。
2.1.1 开采层的瓦斯涌出量
式中：
Q1－开采层的相对瓦斯的涌出的总量，m3/t；
m－开采层厚度，m；2- 1 煤层取2.65m，2- 2 中煤取3.37m；
M－工作面采高，m；2- 1 煤层取2.65m，2- 2 中煤取3.37m；
Ic－开采后的残存瓦斯含量，m3/t；经换算公式可得：2- 1 煤中残存的瓦斯量约取0.057m3/t，2- 2 煤中残存的瓦斯量约取 0.021m3/t。
表1 回采工作面涌出量预测
表2 井下生产盘区内的瓦斯涌出的总量
I0—煤层原始瓦斯含量，m3/t；2- 1 煤原始瓦斯含量取最大值 0.19m3/t，2- 2 中煤原始瓦斯含量取最大值 0.07m3/t，2- 1 煤在开采完后2- 2 煤中的瓦斯含量得到一定释放，释放后2- 2 煤中的原始瓦斯含量为0.052m3/t。
f1是选取的围岩瓦斯的局部涌出系数（1.1～1.3）；f2是工作面瓦斯的涌出系数
f3是采区准备巷道预排瓦斯对工作面内的煤体瓦斯涌出的影响系数，f3=(L- 2h)/L。
L—工作面长度，取320m；
h—预排等值宽度，取19.7m，
故f3=0.88。
2.1.2 回采工作面的瓦斯涌出量
2.2 掘进工作面
该部位的涌出总量由煤壁和落煤两大部分的瓦斯涌出量组成，按照下式计算计算总值：
Q掘=Q3+Q4
式中：
Q掘—掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；
Q3、Q4分别是煤壁和落煤各自的绝对瓦斯涌出量，m3/min；
2.2.1 掘进时煤壁的绝对瓦斯涌出量
赋存在煤层中的瓦斯的压力平衡状态会因生产活动而破坏，煤壁与每层内出现压力差，于是给瓦斯提供了沿煤层裂隙、煤层孔隙向外排出的条件。
按照以下公式计算：
式中：
Q3—煤壁的绝对瓦斯涌出量，m3/min；
D、ν、L 分别是巷道断面内暴露煤壁面的周长长度（10m）、平均掘进速度（0.028m/min）、掘进长度（800m）；
Q0—煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·min，按下式计算：
q0=0.026[0.0004（Vr）2+0.16]W0
式中：
Vr、I0分别是煤中挥发份和瓦斯的含量，2- 1 煤取34.55%、0.19m3/t，2- 2 中煤取 34.83% 、0.052m3/t；
2.2.2 掘进时落煤的绝对瓦斯涌出
Q4=S·v·γ·（I0- Ic）
式中：
Q4—落煤的绝对瓦斯涌出量，m3/min；
v、S 分别是巷道平均掘进速度、巷道断面积（15m2）；
γ—2- 1 煤取 1.31t/m3，2- 2 中煤取 1.32t/m3；
I0、Ic分别是煤层瓦斯、残余瓦斯含量，2- 1 煤取0.19m3/t、0.057m3/t，2- 2 中煤取 0.052m3/t、0.021m3/t；
表3 矿井瓦斯涌出量预测情况
2.3 生产盘区
在生产盘区内的瓦斯涌出总量一般来说包括盘区内所有回采、掘进工作面的瓦斯涌出总量和采空区的瓦斯涌出总量，按照以下公式可以进行精确计算：
式中：
Q区—生产盘区相对瓦斯涌出量，m3/t；
f'—生产盘区内的采空区瓦斯的涌出系数，取f=1.3；
Q采1—第i 个井下回采工作面内相对瓦斯涌出的总量，m3/t；
Ai—第i 个井下回采工作面内的平均日产量，t；
Q掘i—第i 个煤矿井下掘进工作面的绝对瓦斯涌出量，m3/min；
A0—生产盘区平均日产量。
2.4 矿井瓦斯涌出量预测
矿井内的瓦斯涌出的总量为矿井内正在生产的全部采区以及已经开采完毕采区的瓦斯涌出量的总和，采用以下计算公式来计算具体数值：
式中：
Q—矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；
f''—已采盘区内的瓦斯涌出系数，其值约为1.35；
Q区i—第i 个生产盘区的相对瓦斯涌出量，m3/t；
A0i—第i 个生产盘区平均日产量，t。
3 结语
通过使用分源预测法预测煤矿瓦斯总含量，在矿井生产工作进行初期，矿井的绝对瓦斯涌出的总量大约是9.35m3/min，而矿井的相对瓦斯的涌出的总量大约是0.36m3/t；在后期煤矿井下生产的过程中，矿井绝对瓦斯涌出的总量大约是6.53m3/min，而矿井的相对瓦斯涌出的总量大约是0.25m3/t[5]。
