东曲矿工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析

宋建伟

关键词：瓦斯;涌出量;透气指数;预防措施

矿井瓦斯异常涌出是影响矿井安全生产的重要因素。由于瓦斯涌出具有不确定性，在一定程度上决定矿井采取何种通风方式、瓦斯抽采技术。现阶段主要采用分源预测法和矿山统计法对矿井的涌出进行观测。分源预测法为理论计算方法，对瓦斯含量、煤层赋存、采掘速度等相关参数的准确性要求较高，当参数选取不合适时，会有较大误差。矿山统计法是结合矿井实际生产情况，根据长期积累的工作面瓦斯实测数据，采取统计分析，得出采掘工作面瓦斯涌出规律。东曲矿针对28802工作面采掘期间瓦斯涌量及来源无法准确预测的难题，结合采掘期现在实测的瓦斯涌出量数据，分析了影响该工作面瓦斯涌出量及来源的主要因素，提出瓦斯涌出量预测方法和防治措施。

1 矿井概况

东曲矿位于西山煤田的北中部，设计生产能力400万t/a，井田面积59km2，现主要开采8#、9#煤层。28802综采工作面主要开采8#，煤层结构简单，8#煤层厚度3.52m～5.86m之间，平均厚度4.59m，8#煤上方约5m赋存厚度约0.67m左右的8上煤，试验工作面为28802回风顺槽，巷道长度1043m，巷高2.45m，巷宽3.9m，月进尺200m。8#煤视密度为1.29 t/m3，挥发分为23.9%，煤层绝对瓦斯涌出量38m3/min，原始瓦斯含量为10.66 t/m3，残存瓦斯含量为1.98 m3/t。巷道掘进前已通过相邻巷道向待掘区域递进式施工顺层预抽钻孔。根据抽采达标评价期间实测，掘进前8#煤层残余瓦斯含量为6.1～7.7 m3/t，平均为7 m3/t。28802工作面采用“U”型通风系统，轨道顺槽进风，皮带顺槽回风。

2 28802工作面瓦斯涌出量预测分析

28802工作面主要开采8#煤层，由于对相邻工作面的采动扰动小，相邻工作面的瓦斯涌出量较小，主要来源是所开采的8#煤层的落煤和煤壁。落煤所引起的瓦斯涌出主要采掘工艺、矿井地质条件、通风方式与掘进直接关系，而煤壁瓦斯的涌出则和开采煤壁暴露面积、时间等有直接关系。正常，工作面连续采掘条件下，更有利于瓦斯相对稳定涌出，呈波纹形态，破煤期间瓦斯涌出与非破煤期间瓦斯涌出比值基本恒定。瓦斯涌出量预测公式为：

分源预测法得到的28802回风顺槽掘进工作面瓦斯涌出量从0.2m3/min逐渐增加到0.88m3/min，随后瓦斯涌出量基本保持稳定，落煤瓦斯涌出量所占比例为23.28%，煤壁瓦斯涌出占比76.72%。

3 掘进工作面瓦斯涌出来源分析

为了定量确定影响煤壁和落煤瓦斯涌出占比的因素，由式2、式3建立式6，其中煤的挥发份Vr和煤的密度γ为常数，可以简化q1/q2简化为：

式中：k=0.026[0.0004（Vr）2+0.16]/γ;-煤层的瓦斯可抽率，即煤层内瓦斯可解吸瓦斯含量占总瓦斯含量的比例。针对东曲矿开采的8#煤层，瓦斯涌出比例仅与巷道宽度有关，宽度越大，落煤涌出比例越高;针对薄及中厚煤层，瓦斯涌出比例还与巷道高度有关，巷道宽度和高度越大，落煤所占涌出比例越高。

4 现场考察

28802回风顺槽后期掘进速度稳定，且区域地质构造简单，拟采用该掘进工作面作为研究对象，通过搜集28802回风顺槽掘进期间的通风旬报表与瓦斯日报表进行统计分析，以确定工作面掘进期间落煤及煤壁瓦斯涌出量及各自占比。结合监测28802回风顺槽生产班和检修班回风流瓦斯浓度，采用加权计算分别得出生产班和检修班瓦斯涌出量，检修班瓦斯涌出量即为煤壁瓦斯涌出量，生产班瓦斯涌出量与检修班瓦斯涌出量之差值即为落煤瓦斯涌出量。28802回风顺槽前期掘进速度不稳定，导致瓦斯涌出量变化较大，无法有效观测前期随掘进距离的增加瓦斯涌出变化情况。本次仅对工作面后期正常掘进期间的瓦斯涌出量进行分析，统计了近两个月的生产数据。28802回风顺槽掘进期间瓦斯涌出曲线如图1所示。

由图可见，8月5日至8月9日区间和8月15日至8月26日区间，掘进工作面瓦斯涌出量显著增加，经核实，8月5日至8月9日28802回风顺槽掘进期间揭露两条断层，受断层影响瓦斯涌出量由1m3/min增大到1.74m3/min;8月15日28802回风顺槽向8上煤层放炮施工高位钻场，8上煤层受扰动影响，煤层瓦斯涌入28802回风顺槽，造成掘进面瓦斯涌出量由1.05m3/min增大到1.50m3/min;其余时间段28802回风顺槽瓦斯涌出量偶有波动，但基本维持稳定。

正常区域掘进期间不考虑受断层和掘进高位钻场揭露8#上煤层影响，28802回风顺槽绝对瓦斯涌出量0.69～

1.12m3/min，平均0.91m3/min;其中落煤绝对瓦斯量0.11～

0.33m3/min，平均0.18m3/min，占比19.8%;煤壁绝对瓦斯涌出量0.47～0.94m3/min，平均0.73m3/min，占比80.2%。預测瓦斯涌出量、来源与实际瓦斯涌出情况相近，通过对比两者，得到掘进工作面的瓦斯涌出量修正系数为1.03，正常状态下瓦斯涌出不均衡系数为1.23。28802回风顺槽掘进工作面瓦斯涌出整体较小，配风量300～500 m3/min，能够通过通风方式解决掘进期间的瓦斯涌出问题。

5 防治措施

针对28802工作面开采8#煤层瓦斯涌出异常，东曲矿对掘进工作面、回采工作面及采空区的瓦斯治理采取：提前预抽瓦斯、边掘边抽瓦斯、井巷周壁隔绝封堵引排瓦斯、双巷掘进、缩短独头掘进巷道长度、优化通风系统加大通风量等防治措施。

6 结论

①本文以东曲矿28802工作面为研究背景，采用分源预测法和矿山统计法，预测出工作面瓦斯涌出稳定后的平均值，得到掘进工作面瓦斯涌出量修正系数为1.03，瓦斯涌出不均衡系数为1.23，工作面瓦斯涌出主要来自于煤壁，占比80.2%，落煤瓦斯涌出占比19.8%;②开采煤层瓦斯含量等技术参数为定值时，采掘的落煤和煤壁瓦斯涌出所占比例和开采煤层瓦斯可抽采率巷道断面等有直接关系，与工作面的掘进速度无直接关系;③在进行通风和抽采设计时，应在分源预测法的结果上考虑掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数，同时，采取有效的防治措施，保证工作面瓦斯不超限。