礦井瓦斯涌出量預(yù)測

張 宇

1 礦井瓦斯資源儲量

煤礦瓦斯的儲量主要指的是在進(jìn)行煤礦瓦斯生產(chǎn)時，賦存瓦斯的煤、巖體向采動空間排出的瓦斯總量[3]。

煤礦瓦斯的儲量計(jì)算公式的定義為：

W煤=A×X煤=2631.40×0.02=52.63Mm3

式中：

W煤－礦井瓦斯資源儲量，Mm3。

A－礦井煤炭地質(zhì)資源儲量，Mt。

X煤－可采煤層的平均瓦斯含量，m3/t。

2 瓦斯涌出量預(yù)測

2.1 回采工作面

開采層、鄰近層的相對瓦斯的涌出的總量二者共同組成了井下回采工作面的瓦斯總量。

Q采=Q1+Q2

式中：

Q采－回采工作面的相對瓦斯涌出量，m3/t；

Q1、Q2－開采層、鄰近層的相對瓦斯的涌出的總量，m3/t。

2.1.1 開采層的瓦斯涌出量

式中：

Q1－開采層的相對瓦斯的涌出的總量，m3/t；

m－開采層厚度，m；2- 1 煤層取2.65m，2- 2 中煤取3.37m；

M－工作面采高，m；2- 1 煤層取2.65m，2- 2 中煤取3.37m；

Ic－開采后的殘存瓦斯含量，m3/t；經(jīng)換算公式可得：2- 1 煤中殘存的瓦斯量約取0.057m3/t，2- 2 煤中殘存的瓦斯量約取 0.021m3/t。

表1 回采工作面涌出量預(yù)測

表2 井下生產(chǎn)盤區(qū)內(nèi)的瓦斯涌出的總量

I0—煤層原始瓦斯含量，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 煤在開采完后2- 2 煤中的瓦斯含量得到一定釋放，釋放后2- 2 煤中的原始瓦斯含量為0.052m3/t。

f1是選取的圍巖瓦斯的局部涌出系數(shù)（1.1～1.3）；f2是工作面瓦斯的涌出系數(shù)

f3是采區(qū)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對工作面內(nèi)的煤體瓦斯涌出的影響系數(shù)，f3=(L- 2h)/L。

L—工作面長度，取320m；

h—預(yù)排等值寬度，取19.7m，

故f3=0.88。

2.1.2 回采工作面的瓦斯涌出量

2.2 掘進(jìn)工作面

該部位的涌出總量由煤壁和落煤兩大部分的瓦斯涌出量組成，按照下式計(jì)算計(jì)算總值：

Q掘=Q3+Q4

式中：

Q掘—掘進(jìn)工作面的絕對瓦斯涌出量，m3/min；

Q3、Q4分別是煤壁和落煤各自的絕對瓦斯涌出量，m3/min；

2.2.1 掘進(jìn)時煤壁的絕對瓦斯涌出量

賦存在煤層中的瓦斯的壓力平衡狀態(tài)會因生產(chǎn)活動而破壞，煤壁與每層內(nèi)出現(xiàn)壓力差，于是給瓦斯提供了沿煤層裂隙、煤層孔隙向外排出的條件。

按照以下公式計(jì)算：

式中：

Q3—煤壁的絕對瓦斯涌出量，m3/min；

D、ν、L 分別是巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周長長度（10m）、平均掘進(jìn)速度（0.028m/min）、掘進(jìn)長度（800m）；

Q0—煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·min，按下式計(jì)算：

q0=0.026[0.0004（Vr）2+0.16]W0

式中：

Vr、I0分別是煤中揮發(fā)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 掘進(jìn)時落煤的絕對瓦斯涌出

Q4=S·v·γ·（I0- Ic）

式中：

Q4—落煤的絕對瓦斯涌出量，m3/min；

v、S 分別是巷道平均掘進(jìn)速度、巷道斷面積（15m2）；

γ—2- 1 煤取 1.31t/m3，2- 2 中煤取 1.32t/m3；

I0、Ic分別是煤層瓦斯、殘余瓦斯含量，2- 1 煤取0.19m3/t、0.057m3/t，2- 2 中煤取 0.052m3/t、0.021m3/t；

表3 礦井瓦斯涌出量預(yù)測情況

2.3 生產(chǎn)盤區(qū)

在生產(chǎn)盤區(qū)內(nèi)的瓦斯涌出總量一般來說包括盤區(qū)內(nèi)所有回采、掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出總量和采空區(qū)的瓦斯涌出總量，按照以下公式可以進(jìn)行精確計(jì)算：

式中：

Q區(qū)—生產(chǎn)盤區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；

f'—生產(chǎn)盤區(qū)內(nèi)的采空區(qū)瓦斯的涌出系數(shù)，取f=1.3；

Q采1—第i 個井下回采工作面內(nèi)相對瓦斯涌出的總量，m3/t；

Ai—第i 個井下回采工作面內(nèi)的平均日產(chǎn)量，t；

Q掘i—第i 個煤礦井下掘進(jìn)工作面的絕對瓦斯涌出量，m3/min；

A0—生產(chǎn)盤區(qū)平均日產(chǎn)量。

2.4 礦井瓦斯涌出量預(yù)測

礦井內(nèi)的瓦斯涌出的總量為礦井內(nèi)正在生產(chǎn)的全部采區(qū)以及已經(jīng)開采完畢采區(qū)的瓦斯涌出量的總和，采用以下計(jì)算公式來計(jì)算具體數(shù)值：

式中：

Q—礦井相對瓦斯涌出量，m3/t；

f''—已采盤區(qū)內(nèi)的瓦斯涌出系數(shù)，其值約為1.35；

Q區(qū)i—第i 個生產(chǎn)盤區(qū)的相對瓦斯涌出量，m3/t；

A0i—第i 個生產(chǎn)盤區(qū)平均日產(chǎn)量，t。

3 結(jié)語

通過使用分源預(yù)測法預(yù)測煤礦瓦斯總含量，在礦井生產(chǎn)工作進(jìn)行初期，礦井的絕對瓦斯涌出的總量大約是9.35m3/min，而礦井的相對瓦斯的涌出的總量大約是0.36m3/t；在后期煤礦井下生產(chǎn)的過程中，礦井絕對瓦斯涌出的總量大約是6.53m3/min，而礦井的相對瓦斯涌出的總量大約是0.25m3/t[5]。