下霍煤矿矿井瓦斯涌出量预测研究

下霍煤矿矿井瓦斯涌出量预测研究
朱申庆
【摘要】通过实测下霍煤矿3号煤层的原始瓦斯含量、气体组分等瓦斯基本参数,结合地勘期间的瓦斯含量数据、煤层赋存条件、开采技术条件和设计开采方案,在研究下霍煤矿3号煤层瓦斯含量分布规律的基础上,推测出下霍煤矿井田范围内的3号煤层既有甲烷带,又有瓦斯风化带,采用分源预测法对下霍煤矿一、二采区3号煤层开采时的矿井瓦斯涌出量进行了预测.
【期刊名称】《煤》
【年(卷),期】2012(021)002
【总页数】3页(P16-18)
【关键词】瓦斯含量;分源预测法;瓦斯涌出量
【作者】朱申庆
【作者单位】三元煤业股份有限公司,山西长治046000
【正文语种】中文
【中图分类】TD712+.53
矿井瓦斯涌出量预测是预测矿井开采过程中瓦斯涌出量大小的主要方式之一，并且对矿井安全生产工作有重大的指导意义，尤其在煤矿事故高发的严峻形势下，矿井瓦斯涌出量预测显得尤为重要。

因此，山西省煤炭厅要求，山西省所有整合矿井、新建矿井、矿井开采新水平和新采区时都必须进行矿井瓦斯涌出量预测，这在一定程度上遏制了煤矿事故的发生，有效的保障了矿井的安全生产和煤矿工人的生命、
财产安全。

下霍煤矿位于山西省长治市西南25 km处的长子县南漳镇、大堡头镇、慈林山镇
和长治县北呈乡境内，井田位于晋(城)—获(鹿)褶断带南端的长治大断层的西侧，
在二岗山南正断层与庄头断层之间，西临武(乡)—阳(城)坳褶带。

构造形态的生成
受新华夏构造体系的控制，其构造形迹亦遵循雁行式多字形排列的规律。

井田构造形态总体为一走向北东、倾向北西、倾角4°左右的单斜构造，但波状起
伏发育，并伴有宽缓褶曲。

井田内未发现断裂、陷落柱及岩浆岩体等其他构造现象。

井田构造属于简单类型。

井田内主要含煤地层为山西组和太原组，山西组主要含1号、2号、3号煤层，其中3号煤层为全区可采煤层，其余均为不可采煤层；太原组主要含5号、6号、7号、8-1号、8-2号、9号、10号、11号、12号、13号、14号、15号煤层，
其中14号煤层为大部分可采煤层，15号煤层为全区可采煤层，其余均为不可采
煤层。

下霍煤矿井田内现开采3号煤层，其主要特征如下：
3号煤层赋存于山西组下部，煤层厚度3.68～5.93 m，平均5.08 m，为全区可
采煤层。

距煤层底板0.6 m处有一层较为稳定泥岩或炭质泥岩夹矸，厚度0.15～0.40 m，平均0.28 m。

煤层顶板一般为砂质泥岩、泥岩或粉砂岩，局部为不同粒级的砂岩；底板一般为砂质泥岩、粉砂岩或泥岩，局部为细粒砂岩。

原煤水分(Mad)为0.21%～4.87%，平均1.27%，灰分(Ad)为0.72%～24.16%，平均
17.19%，挥发分(Vdaf)为11.94%～16.08%，平均13.72%，全硫(St·d)为
11.95%～13.85%，平均13.18%。

为低中灰—中灰、高硫、高—特高热值的贫煤、贫瘦煤。

2.1 煤层瓦斯含量分布规律
在下霍煤矿采用井下钻屑解吸法对3号煤层的瓦斯含量进行了测定，同时收集了
地勘期间的煤层瓦斯含量测值，见表1和表2。

结合表1和表2，下霍煤矿3号煤层瓦斯中的甲烷(CH4)组分为17.11%～98.52%，二氧化碳(CO2)组分为0%～6.23%，氮气(N2)组分为0.14%～80.31%。

可以推测：下霍煤矿井田范围内的3号煤层既有甲烷带，又有瓦斯风化带。

国内外研究结果表明，在瓦斯风化带内，虽然煤层瓦斯含量随着埋藏深度的增加而逐渐增大，但两者并不具有明显的统计规律；在甲烷带内，煤层瓦斯含量随着埋藏深度的增加而呈线性增大。

因此，在分析煤层瓦斯含量赋存规律时仅应用甲烷带内的瓦斯含量。

结合表1、表2，除3307、3702和3705钻孔异常(3307钻孔与距离较近、埋深相当的3308钻孔相比，瓦斯含量明显偏小，视为含量异常；3702
钻孔与距离较近、埋深较浅、瓦斯组分相同的3703钻孔相比，瓦斯含量明显偏小，视为含量异常；3705钻孔与距离较近、埋深较浅、瓦斯组分相当的3706钻孔相比，瓦斯含量偏小，视为含量异常)外，共收集到15个处于甲烷带内的瓦斯含量
测值，分析这15个煤层瓦斯含量(X)与埋藏深度(H)的关系可知：煤层瓦斯含量具
有随着埋藏深度的增加而加大的趋势(见图1)，两者之间遵循式的统计关系如下：
式中：X为煤层瓦斯含量，m3/(t·r)；H为煤层埋藏深度，m。

3号煤层瓦斯含量增长每百米梯度为4.19 m3/t·r，3号煤层瓦斯风化带深度约为420 m。

2.2 瓦斯涌出量预测参数取值及计算
分源预测法的主要计算公式如下[1]：
1) 回采工作面瓦斯涌出量由开采层、邻近层瓦斯涌出两部分组成：
式中：q采为回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；q1为开采煤层(包括围岩)相对
瓦斯涌出量，m3/t；q2为邻近层瓦斯涌出量，m3/t。

2) 掘进工作面瓦斯涌出量。

掘进工作面瓦斯涌出量包括煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯
涌出，由下式计算：
式中：q掘为掘进工作面瓦斯涌出量，m3/min；q3为掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；q4为掘进巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min。

3) 生产采区瓦斯涌出量。

生产采区瓦斯涌出量是采区内所有回采工作面、掘进工
作面及采空区瓦斯涌出量之和，其计算公式为：
q区
式中：q区为生产采区瓦斯涌出量，m3/t；k＇为生产采区内采空区瓦斯涌出系数，k＇=1.20； q采i为第i回采工作面瓦斯涌出量，m3/t；Ai为第i回采工作面平
均日产量，t；q掘i为第i掘进工作面瓦斯涌出量，m3/min；A0为生产采区平
均日产量，t。

4) 矿井瓦斯涌出量。

矿井瓦斯涌出量为矿井内全部生产采区和已采采区(包括其它辅助巷道)瓦斯涌出量之和，其计算公式为：
式中：q井为矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；k"为已采采区采空区瓦斯涌出量系数，取k"=1.25；q区i为第i生产采区瓦斯涌出量，m3/t；A0i为第i生产采区日平
均产量，t。

通过计算最后得到如下结论：一采区生产时，矿井最大相对瓦斯涌出量为2.30
m3/t，最大绝对瓦斯涌出量为11.61 m3/min；二采区生产时，矿井最大相对瓦
斯涌出量为7.03 m3/t，最大绝对瓦斯涌出量为35.49 m3/min。

按照《煤矿安全规程》第133条的规定，下霍煤矿在一采区、二采区的3号煤层
生产时，矿井属于低瓦斯矿井。

根据预测结果，矿井瓦斯涌出量为11.61～35.49 m3/min，其中，回采瓦斯涌出
为4.94～19.77 m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的42.5%～55.7%；掘进瓦斯涌出3.47～5.94 m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的16.7%～29.9%；采空区瓦斯涌出3.20～9.77 m3/min，约占全矿井瓦斯涌出的27.5%～27.6%。

分源预测法本身也存在误差，经过大量实验验证，分源预测法预测矿井瓦斯涌出量
误差来源于煤层瓦斯含量、采掘工艺、煤层赋存条件等方面，其影响因素主要包括煤层瓦斯含量值、矿井产量与配产关系及计算误差[2]。

分源预测方法的可靠程度高低关键在于回采工作面和掘进巷道瓦斯涌出量计算是否准确，其次就是受采空区瓦斯涌出系数的影响[3]。

1) 根据收集和实测的下霍煤矿3号煤层瓦斯含量和气体成分，推测出下霍煤矿井田范围内的3号煤层既有甲烷带，又有瓦斯风化带。

3号煤层每百米瓦斯含量增长梯度为4.19 m3/(t·r)，3号煤层瓦斯风化带深度约为420 m。

2) 采用分源预测法对下霍煤矿一、二采区3号煤层开采时的矿井瓦斯涌出量进行了预测，预测结果为：一采区生产时，矿井最大相对瓦斯涌出量为2.30 m3/t，最大绝对瓦斯涌出量为11.61 m3/min；二采区生产时，矿井最大相对瓦斯涌出量为7.03 m3/t，最大绝对瓦斯涌出量为35.49 m3/min。

3) 按照《煤矿安全规程》第133条的规定，下霍煤矿在一采区、二采区的3号煤层生产时，矿井属于低瓦斯矿井。

4) 建议矿井在生产期间加强3号煤层瓦斯含量测定工作，并根据测定结果和采掘方案调整情况，及时修正矿井瓦斯涌出量预测结果。

【相关文献】
[1] 王兆丰，肖东辉.分源法预测望云煤矿瓦斯涌出量[J].煤,2008(6):24-26.
[2] 陈洋,刘恩,陈大力,等.瓦斯涌出量分源预测法的发展与实践研究[J].煤矿安全,2010(2):73-75.
[3] 王世栋,张志宏,常海英,等.分源预测法预测矿井瓦斯涌出量的误差来源分析[J].煤炭技
术,2008(8):85-87.。