保护层开采工作面瓦斯涌出量预测_戴广龙
保护层开采工作面瓦斯的预测与治理
保护层开采工作面瓦斯的预测与治理陈发海(盘江煤电有限责任公司土城矿贵州盘县553529)摘要:通过对保护层开采工作面的瓦斯涌出量分析,提出了保护层开采工作面的瓦斯防治方案,在实践中较好了解决保护层回采期间的问题,取得较好成效。
关键词:保护层 瓦斯中图分类号:TD713+.31 文献标识码:B 文章编号:1006-0898(2008)01-0014-031 工作面概况土城矿14采区14112综采工作面位于井筒东翼,走向长602m,倾斜为156m,上部为14310采空区,距地表垂深486～444m。
1#煤层厚度为1.2～2.3m,平均1.7m,煤层倾角为19～27°,平均23°,为中硫、中灰肥煤。
14112工作面为该区段的首采煤层,下伏煤层为3#煤层,煤厚2.2m,层间距为0.4～20m。
该煤层为低透气性高瓦斯的煤层,煤层瓦斯含量为0.79m3/t。
盘江矿区邻近煤层未开采时,邻近煤层涌出的瓦斯要占回采工作面瓦斯涌出量的65%以上。
由于沉积的影响,局部地段1#煤层与3#煤层间距为0.4m,形成极近距离开采。
预计14112采面在回采期间的瓦斯主要来源于本层及临近3#煤层。
2 瓦斯治理问题提出开采3#煤层的保护层(即14112采面)目的是对被保护层卸压,释放被保护层的弹性潜能,增大煤层的透气性,有利于煤层气的运移和解吸,降低被保护层的瓦斯含量。
由于保护层的开采,造成邻近层煤层卸压,致使裂隙范围内的卸压瓦斯涌入开采工作面。
为了确保回采工作面的安全生产,所以对保护层的开采工作面瓦斯来源分析以及瓦斯涌出量的预测变得尤为重要。
3 分源法预测保护层开采工作面瓦斯涌出量分源法预测矿井瓦斯涌出量的实质是按照矿井生产过程中瓦斯涌出总量和各个瓦斯源涌出瓦斯量,来预计该矿井各个时期(如投产期、达标期、萎缩期等)的瓦斯涌出量。
各个瓦斯源涌出瓦斯量是以煤层瓦斯含量、瓦斯涌出规律及煤层开采技术条件为基础进行计算确定的。
预抽被保护层工作面瓦斯实现安全高效开采
预抽被保护层工作面瓦斯实现安全高效开采【摘要】保护层开采充分利用煤层间的层位关系，使被保护煤层充分卸压，煤层裂隙发育，透气系数增大，结合抽采瓦斯的措施，可有效改善被保护煤层的瓦斯地质赋存。
本文通过丁集煤矿的保护层开采效果考察，从被保护层工作面钻孔瓦斯流量变化、瓦斯压力变化、瓦斯含量变化分析了瓦斯抽采的效果；从被保护煤层的顶底板相对变形量、透气系数变化得出了瓦斯抽采效果改善的原因；从被保护煤层坚固系数变化、瓦斯放散初速度变化分析了保护层开采的防突效应；最后，以现场的生产实际充分证明保护层开采提高了工作面回采速率，保障了矿井的安全高效生产。
【关键词】煤与瓦斯突出；保护层开采；卸压增透；安全高效开采淮南矿区丁集煤矿是典型的高瓦斯、低透气性、煤层松软矿井，其主采的13-1煤是突出煤层，下方平均垂距75m的11-2煤层赋存稳定、煤质好，客观上为保护层开采提供了条件。
所以，优先开采11-2煤使得13-1煤层卸压，并对被保护层的瓦斯进行大规模的抽采，使得在采、掘过程中解放13-1煤层的突出和瓦斯严重超限的困境，进而实现矿井的安全高效生产。
1 概况丁集煤矿13-1煤层厚度为0.50～10.68m，平均3.70m，全区可采，煤层赋存稳定。
试验区13-1煤的1311（3）工作面位于东部13-1煤层采区大巷以东，F83断层以西，DF162-1断层以南，工作面下方的11-2煤的1311（1）工作面、1321（1）工作面已回采完毕。
工作面走向长1014m，倾斜长263.5m，面积267189㎡；煤层厚度2.5～4.05m，平均3m；煤层倾角0～12°，平均4°，工业储量1130209t，可采储量1073699t。
煤层瓦斯含量为5.75m?/t，原始瓦斯压力为1.15MPa，具有煤与瓦斯突出的危险性。
丁集矿首先开采了距1311（3）工作面垂距75m的1311（1）、1321（1）工作面作为下保护层解放1311（3）工作面，消除煤与瓦斯突出的危险性。
保护层开采工作面瓦斯涌出量预测
注：９１ｌ一１＝Ｏ．３２／２．８ｌ×Ｏ．９×（３—１．２） ＝０．１８４；ｑ“一３＝０．２／２．８１×０．９５×（３二１．２＞ ＝０．１２２
万方数据
第４期
戴广龙等：保护层开采工作面瓦斯涌出量预测
３８５
３．３工作面实际瓦斯涌出量 ．， １２４２（１）工作面于２００４～１１—１４开始回采，后退式开采，日进度８ ｍ．工作面回采１４ ｄ的实际瓦斯· 涌出量见表３．
８．６７ ９．１２ ９，８２
瓦斯涌出总量、风排瓦斯量随工作面推进度 的关系如图４所示．从图４可以看出，随着工作 面的推进，瓦斯涌出量逐渐增大，根据实测资料 工作面初次来压步距为２５．２ ｍ，周期来压步距 为１２．１～１８．ｏ ｍ，所以在工作面推进５０ ｍ左右 时，后方采空区应该充分垮落．从表３可以看 出，在工作面推进到１４．２ ｍ时，绝对瓦斯涌出 量达到最大，为１６．６８ ｍ３／ｍｉｎ，而预计绝对瓦斯 涌出量为１５．９３～１７．２２ ｍ３／ｍｉｎ，误差为３．３％
远程下保护层开采工作面瓦斯涌出量预测研究
Ｓ ｕ ｙｎ ｂ ｕ ｒ ｃ ｓｓＬｏ ｇ—ａ ｇ ｏ ｅ ｔｖ ｙ ｒ Ｍ ｉ ｉ ｇ ｔ ｄ ｉ ｇ ａ ｏ ｔＦｏ ｅ ａ ｔ ｎ ｒ ｎ ｅ Ｐｒ ｔ ｃｉｅ Ｌａ ｅ ｎ ｎ
Ｆａ ｅ Ｇａ ｓ ｉ ｇ Ａｍ ｏ ｎ ｃ ｓ Ｇｕ ｈ ｎ ｕ ｔ ｓ
总 第１９期 ０
远 程 下保 护层 开 采 工 作 面 瓦斯 涌 出量 预 测 研 究
蒋 忠群
（ 淮南矿 业集团 张集煤矿 ， 安徽 淮南 ２ ２ ７ ） ３ １４
摘
要： 分析了分源法预测保护层 工作面 瓦斯涌 出量理 论和保 护层开 采时 上覆煤岩 层采动 裂隙 的分布 。
采用分源法预测 了张集矿 １１ （ ） １７ １ 保护层工作面瓦斯 涌出量 ， 预测误差为 ６６ ， ．％ 满足现场安全 生产要求 ，
ｌｙ ｒｆｃ ． ａ ｅ ａ ｅ Ｋｅ ｙｗｏ ｄｓ：ｏ －ａ ｇ ｒ ｔｃｉｅ ｌｙ ｒ ｇ ｓｇ ｓ ｉ ｇ ａ ｕ ｓ；ｏ ｅ ａ ｔ ｇ ｓ ｇ ｖ ｒ ｒ ｌｎｇ ｒ ｎ ｅ ｐ ｏｅ ｔｖ ａ ｅ ； ａ ｈ ｎ ｍｏ ｎｔ ｆｒ ｃ ｓ ； ａ ｏ ｅ ｎ ｕ
随着煤 矿 开采 深 度 的增 加 ， 采规 模 的不 断 扩 测 矿井 瓦斯涌 出量 。该预测 法 的实质 是按 照矿 井 生 开 大， 煤矿 安全生产 问题 变得 越来越 突 出 ， 为 制 约矿 产 过程 中瓦斯 涌 出 源 的多 少 、 个 瓦斯 源 涌 出瓦 斯 成 各
为治理保 护层 工作 面瓦斯提供 了可靠依据 。
关 键 词 ： 程下 保 护 层 ； 斯 涌 出量 ； 测 ； 远 瓦 预 瓦斯 治理
中图分类号 ：Ｄ １ ．３ Ｔ ７ ２ ５
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ５ ２ ９ （０ ８ １ — ０ ０ ０ １０ — ７８ ２０ ）１ ０ １ — ３
大采高工作面瓦斯来源分析及涌出量预测方法探讨
大采高工作面瓦斯来源分析及涌出量预测方法探讨摘要：瓦斯涌出量是影响煤矿安全生产的重要因素。
由于煤矿开采规模越来越大，综合机械化开采程度越高，在开采过程中，随着产量的加大，瓦斯涌出量也相继加大，瓦斯日常管理和治理瓦斯的难度加大，所以搞清大采高工作面的瓦斯涌出量，对于改善煤矿安全生产状况具有积极的意义。
本文通过在生产实践中资料的收集、整理和分析,总结了大采高工作面瓦斯来源分析和瓦斯涌出量的预测方法。
关键词：大采高工作面瓦斯来源瓦斯涌出量预测方法瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一。
在煤炭开采过程中，瓦斯灾害每年都造成许多人员伤亡和巨大财产损失。
因此，预防瓦斯灾害对煤炭工业的健康、和谐、稳定、可持续发展具有重要的意义。
在含瓦斯煤层中进行采矿作业时，瓦斯涌出量是影响煤矿安全生产的最主要因素。
近年来，由于煤矿开采规模越来越大，综合机械化开采程度越来越高，综采放顶煤、大采高采煤工艺越来越普遍，开采深度大、强度大、速度快。
特别对于高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井，在开采过程中，随着产量的加大，瓦斯涌出量也相继加大，瓦斯的日常管理和治理瓦斯的方法、措施显得更为重要，所以搞清大采高工作面的瓦斯涌出量对于改善煤矿安全生产状况具有积极的意义。
本文通过在生产实践中资料的收集、整理和分析,总结了大采高工作面瓦斯来源分析和瓦斯涌出量的预测方法。
一、大采高工作面瓦斯来源分析采场范围内涌出瓦斯的地点称为瓦斯源，瓦斯涌出源的多少，各源涌出瓦斯量的大小直接影响着采场的瓦斯涌出量。
大采高工作面瓦斯涌出来源可划分为四大部分：1、回采工作面采落煤块的瓦斯涌出采落煤块瓦斯涌出是工作面采落煤炭解吸的瓦斯。
2、回采工作面煤壁瓦斯涌出3、回采工作面运输、回风顺槽煤壁瓦斯涌出。
4、回采工作面采空区瓦斯涌出（1）围岩瓦斯涌出；采空区瓦斯涌出可分为四部分：（2）未采全高遗煤涌出；（3）回采丢煤瓦斯涌出；（4）邻近层瓦斯涌出。
邻近层（包括上、下邻近层）的瓦斯涌出有一定的规律：一般在老顶第一次冒落前，邻近层的瓦斯基本上不向采空区涌出，这时的瓦斯涌出可以认为是开采层本身涌出的瓦斯。
近距离保护层开采瓦斯涌出规律预测及治理措施探讨
近距离保护层开采瓦斯涌出规律预测及治理措施探讨
佚名
【期刊名称】《魅力中国》
【年(卷),期】2013(000)013
【摘要】瓦斯事故是矿井五大灾害之一，为了保证近距离保护层工作面开采过程
安全进行，本文以某矿为例分析了瓦斯涌出规律，研究结果表明，首采层煤层、上邻近煤层和下邻近煤层的瓦斯涌出量分别占16.1％、52.4％、31.5％。
据此，提
出煤层采用采空区埋管与通风稀释相结合以及顺层钻孔抽放，上邻近面内高浓度瓦斯抽采采用高抽巷抽采方法，下邻近层及抽采层则采用底板穿层钻孔抽放卸压瓦斯。
采用保护层卸压开采的方法，不仅消除了保护层瓦斯突出的危险性，也降低了卸压煤层的高含量瓦斯。
【总页数】1页(P22-22)
【正文语种】中文
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保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究
第23卷第1期2006年3月采矿与安全工程学报Journal of Mining &Safety EngineeringVol.23No.1Mar.2006收稿日期:20060206基金项目:国家自然科学基金重点项目(50134040);国家“十五”重点科技攻关项目(2001BA803B0412)作者简介:程远平(19622),男,吉林省集安市人,教授,博士生导师,工学博士,从事火灾防护理论及矿业安全工程方面研究.E 2m ail :ypc620924@ T el :0516283995759 文章编号:167323363(2006)0120012207保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究程远平1,周德永2,俞启香1,周红星1,王海锋1(1.中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,江苏徐州 221008;2.淮南矿业(集团)有限责任公司,安徽淮南 232001)摘要:随着我国煤矿开采深度的增加,煤与瓦斯突出矿井和突出煤层的数量不断增加,利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采,使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采.系统介绍了基于分源原理的回采工作面瓦斯涌出预测方法,保护层开采及卸压瓦斯强化抽采技术的发展和工程应用.结合淮南潘一矿下保护层和谢一矿上保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实例,将保护层工作面瓦斯涌出量预测结果与保护层工作面瓦斯涌出量实测结果进行了对比分析.研究结果表明,由于保护层开采的卸压作用,使被保护层卸压瓦斯抽采率远大于被保护层卸压瓦斯的自然排放率,导致保护层工作面瓦斯涌出量预测结果小于实际瓦斯涌出量.关键词:保护层开采;瓦斯抽采;瓦斯涌出规律;煤与瓦斯突出;煤与瓦斯安全高效共采中图分类号:TD 712 文献标识码:AResearch on Extraction and Emission Laws of Gas forPressure 2Relief in Protecting Coal SeamsC H EN G 2ping 1,ZHOU De 2yong 2,YU Qi 2xiang 1,ZHOU Hong 2xing 1,WAN G Hai 2feng 1(1.National Engineering and Research Center of Coal G as Control ,China University of Mining &Technology ,Xuzhou ,Jiangsu 221008,China ; 2.Huainan Mining (Group )Co.Ltd.,Huainan ,Anhui 232001,China )Abstract :Wit h t he increase of exploiting dept h of coal mines in China ,t he number of coal mines and coal seams wit h out burst hazard keep s increasing.U sing pressure 2relief effect s of t he p rotected seams to ext ract forcibly p ressure 2relief gas ,coal seams wit h high met hane and out burst hazard can be safely changed to t he ones wit h low met hane and no out burst hazard.As a result ,t he safe and high efficient exploitation of gas and coal can be realized.The system 2ic predicting met hod of met hane emission in working face is int roduced based on t he principle of telling apart it ’s sources.The develop ment and engineering application of t he technology for exploiting t he p rotecting seams and t he technology for forcibly extracting t he pressure 2relief gas are also int roduced.According to t he p ractical data in Panji No.1mine and Xieji No.1mine of Huainan city ,t he comparison of t he p redicting result s of gas emission wit h t he practical o nes in p rotecting working faces indicate t he ext racting rate of pressure 2relief met hane is much grea 2ter t han t he nat ural emission rate in protected coal seams because of t he pressure 2relief effect of protecting seams.This leads to t hat t he predicted amount of met hane emission is less t han t he practical one in p rotected seams.K ey w ords :protecting seams exploitation ;met hane ext raction ;emission laws of met hane ;coal and met hane out burst ;safe and highly efficient exploitation of gas and coal 第1期程远平等:保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究 长期理论研究和突出危险煤层的开采实践证明,开采保护层和预抽煤层瓦斯是有效地防治煤与瓦斯突出的区域性措施,该方法可以避免长期与突出危险煤层处于短兵相接的状态,提高了防治煤与瓦斯突出措施的安全性和可靠性.我国《煤矿安全规程》规定:“对于有突出危险煤层,应采取开采保护层或预抽煤层瓦斯等区域性防治突出措施”;“在突出矿井开采煤层群时,应优先选择开采保护层防治突出措施”;“开采保护层时,应同时抽放被保护层瓦斯”[1].2005年1月,国家安全生产监督管理局、国家煤矿安全监察局下发了《国有煤矿瓦斯治理规定》,其中明确规定:“突出矿井必须首先开采保护层,不具备开采保护层条件的,必须对突出煤层进行预抽,并确保预抽时间和效果”[2].2005年3月,国家发展与改革委员会、国家安全生产监督管理总局、国家煤矿安全监察局下发了《煤矿瓦斯治理经验五十条》,其中规定:“强制性开采保护层,做到可保尽保,并抽采瓦斯,降低瓦斯压力”[3].由此可见,在现有技术条件下,开采保护层结合卸压瓦斯强化抽采对有效地防治煤与瓦斯突出,保障突出危险煤层的安全高效开采具有重要的现实意义.大量抽采的高体积分数瓦斯的利用减少了大量温室气体的排放,这不但促进了高效洁净能源的利用,而且保护了人类的生存环境.自1933年法国最先采用开采保护层预防煤与瓦斯突出措施以来,已经在有煤与瓦斯突出的国家普遍得到应用,如中国、前苏联、波兰、德国等.我国自1958年以来,先后在北票、南桐、天府、中梁山、松藻等局矿进行了保护层开采防治煤与瓦斯突出试验研究,取得了显著的效果.以后又在红卫、立新、六枝等局矿进行了推广应用.在上述煤与瓦斯突出严重的矿区推广保护层开采技术,使煤与瓦斯突出事故发生的次数大幅度下降[4].1998年以来,中国矿业大学与淮南矿业集团合作开展了远程下保护层开采(B11煤层,平均厚度1.9m,与被保护层C13煤层的层间距70m,层间距和保护层采高之比即相对层间距为35)及被保护层底板巷道网格式上向穿层钻孔卸压瓦斯抽采试验研究,发展了保护层开采这一防突技术措施,扩大了保护层开采的技术适用范围,通过保护层开采结合被保护层卸压瓦斯强化抽采工作,不仅可以消除被保护层的煤与瓦斯突出危险性,而且可以变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯突出危险煤层的安全高效开采[526].自1990年以来,我国广泛地开展了矿井瓦斯涌出规律和矿井瓦斯预测方法的系统研究工作,建立了以回采工作面瓦斯分源预测方法为基础的矿井瓦斯涌出量预测方法,其中以“淮南预测方法”和“阳泉预测方法”比较系统完善.回采工作面瓦斯分源预测方法是回采工作面瓦斯综合治理的基础,但在上述方法中没有考虑到保护层开采及被保护层卸压瓦斯强化抽采的影响.保护层及被保护层瓦斯涌出规律及瓦斯涌出量分源预测对合理有效地实施瓦斯抽采技术方案及确定合理的通风方式和通风参数具有十分重要的意义.1 回采工作面瓦斯涌出量预测方法回采工作面瓦斯涌出来源于煤壁、采落煤炭和采空区,前两者属本煤层瓦斯涌出,后者主要来自于邻近煤层和围岩,属邻近层瓦斯涌出.本煤层(煤壁和采落煤炭)瓦斯涌出强度与煤的暴露时间呈负指数关系,即在暴露初始期间瓦斯涌出强度最大,以后随暴露时间的延长呈负指数关系衰减,所以落煤、放煤工艺是本煤层瓦斯涌出治理的重要时刻.邻近层的瓦斯涌出主要取决于邻近层的赋存状态、瓦斯含量、层间岩性、本煤层的开采工艺,以及本煤层和邻近层之间的相对位置关系等[728].回采工作面的相对瓦斯涌出量q分为本煤层相对瓦斯涌出量q b和邻近层相对瓦斯涌出量q L,则:q=q b+q L,(1)q b=kMm(X0-X c),q L=∑ni=1M imηi(X0i-X c i),k=k1・k2・k3,k2=1/c,k3=(L-2b)/L,式中:k为本煤层瓦斯涌出影响系数;k1为围岩瓦斯涌出系数,全部冒落法k1=1.2;k2为工作面丢煤瓦斯涌出系数;c为工作面回采率,%;k3为掘进巷道预排瓦斯影响系数;L为工作面的长度,m;b 为巷道瓦斯预排宽度,m;m,M分别为采高及煤层厚度,m;X0为煤层原始瓦斯含量,m3/t;X c为煤层残存瓦斯含量,m3/t;M i为第i邻近层的厚度, m;X0i为第i邻近层的原始瓦斯含量,m3/t;X c i为第i邻近层的残存瓦斯含量,m3/t;ηi为第i邻近层的瓦斯排放率,%.利用式(1)进行回采工作面瓦斯涌出量预测时,煤层残存瓦斯含量是指采落煤炭运至地表的残存瓦31采矿与安全工程学报第23卷 斯含量,煤层残存瓦斯含量主要取决于煤的挥发分含量,表1给出了不同挥发分条件下煤层的残存瓦斯含量.在厚煤层分层开采时,不同分层的瓦斯涌出量相差很大,首采分层的瓦斯涌出量最大,后采的分层瓦斯涌出量相对较小,在本煤层瓦斯涌出量预测时应考虑分层开采时瓦斯涌出比例系数(见表2),同时将煤层厚度与采高之比(M/m )取1.表1 煤层残存瓦斯含量与挥发分之间的关系T able 1 R elations betw een remnant gas contentof coal seams and volatile煤的挥发分含量/%6～88～1212～1818～2626～3535～4242～50煤层残存瓦斯含量/(m 3・t -1)9～66～44～33～2222表2 分层开采瓦斯涌出比例系数T able 2 R atio coeff icient of gas emission of exploitation by layers分层开采数目2第1分层第2分层3第1分层第2分层第3分层≥4第1分层分层瓦斯涌出比例系数1.5±0.50.5±0.051.8±0.10.7±0.10.5±0.12.2±0.5 图1给出了淮南矿业集团煤层赋存条件下邻近层瓦斯排放率曲线.由图1可知,在淮南矿业集团煤层赋存条件下,上邻近层瓦斯排放范围高达125m ,下邻近层瓦斯排放范围可达35m ,邻近层瓦斯排放率不但取决于层间距H ,而且还与邻近层的瓦斯压力p 有关,邻近层瓦斯压力越大,瓦斯排放率越高.图1 淮南矿区邻近层瓦斯排放率曲线Fig.1 Curves of gas emission rates of neighborhood coal seams in Huainan diggings图2给出了阳泉煤业集团煤层赋存条件下邻近层瓦斯排放率曲线[9].由图2可知,在阳泉煤业集团煤层赋存条件下,上邻近层瓦斯排放范围高达120m ,下邻近层瓦斯排放范围可达50m.由图2经回归分析的到上、下邻近层瓦斯排放率ηi 与层间距H 的关系为ηi (上)=257.01-53.48ln H ,ηi (下)=157.62-40.19ln H .(2)图2 阳泉矿区邻近层瓦斯排放率曲线Fig.2 Curves of gas emission rates of neighborhood coal seams in Yangquan diggings2 保护层开采及卸压瓦斯强化抽采方法我国《煤矿安全规程》规定:“应优先选择无突出危险煤层作为保护层.矿井中所有煤层都有突出危险时,应选择突出危险程度较小的煤层作保护层;应优先选择上保护层;选择下保护层开采时,不得破坏被保护层的开采条件”[1].由此可见,保护层应是煤层群条件下的首采煤层,而被保护层则是煤层群条件下的卸压煤层.保护层开采及卸压瓦斯强化抽采原理如下:保护层(首采煤层)开采之后,其顶板岩(煤)层将产生破断、移动、卸压变形,其底板岩(煤)层将产生底鼓和卸压变形,并在卸压岩(煤)层中产生裂隙,使透气性增加,从而形成了被保护层卸压瓦斯的“解吸2扩散2渗流”流动条件.此时,采用被保护层卸压瓦斯强化抽采方法可将卸压瓦斯有效地抽采出来,其结果:a.显著地减少了被保护层卸压瓦斯向保护层工作面的流动,保证了保护层工作面的安全高效开采;b.有效地降低了突出危险煤层的地应力和瓦斯压力,提高了煤体强度,消除煤与瓦斯突出危险性;c.使被保护层由高瓦斯突出危险煤层转变为低瓦斯无突出危险煤层,可实41 第1期程远平等:保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究现被保护层工作面的安全高效开采.根据保护层与被保护层的相对位置关系,保护层分为上保护层和下保护层.为了描述下保护层开采后被保护层的卸压程度,文献[5]中引进了相对层间距的概念,即保护层与被保护层之间的平均距离与保护层平均采高之比.根据相对层间距的大小,将下保护层工作面后部采空区的瓦斯涌出分为近程瓦斯涌出、中程瓦斯涌出和远程瓦斯涌出.近程瓦斯涌出主要来自于首采煤层的未开采分层、采空区遗煤、处在垮落带的煤层、底鼓变形较大区域内的底部煤层和部分断裂带内煤层的瓦斯;中程瓦斯涌出主要来自于断裂带和部分弯曲带内煤层的瓦斯;远程瓦斯主要来自于弯曲带内煤层的瓦斯.近程、中程及远程瓦斯其“解吸2扩散2渗流”的条件不同,瓦斯汇集及运移条件不同,对应的瓦斯抽采方法也不相同,保护层开采及卸压瓦斯强化抽采方法如表3所示.对于瓦斯涌出量较大的保护层工作面,根据瓦斯涌出来源的不同,需要采取多种瓦斯抽放方法的组合,才能保证保护层工作面的安全高效开采.如淮南矿业集团谢一矿5121B9b工作面,保护层B9b煤层处在煤层群中间,在保护层开采的卸压区域中,上部有B9c,B10和B11煤层,下部有B9a,B8,B7和B6煤层.该保护层工作面回采过程中,绝对瓦斯涌出量达40m3/min,相对瓦斯涌出量达45m3/t,既采用了上部卸压区域的近程及远程瓦斯抽采方法,也采用了下部卸压区域的瓦斯抽采方法.表3 保护层开采及卸压瓦斯强化抽采方法汇总T able3 Summ ary of pressure2relief gas extraction methods and exploitation of protecting seams瓦斯抽采区域瓦斯抽采方法描述方法分类瓦斯来源 具体方法 应用矿区 应用效果上部卸压区域近程抽采中程抽采远程抽采1)首采煤层的未开采分层2)采空区遗煤3)处在垮落带的煤层4)底板变形较大区域内煤层5)断裂带内煤层6)少部分来自弯曲带内煤层1)断裂带内煤层2)部分来自弯曲带内煤层弯曲带内煤层顶板走向穿层钻孔淮南、淮北、铁法、沈阳等好顶板走向顺层长钻孔淮南、阳泉等较好顶板走向高抽巷淮南较好采空区埋管抚顺、淮南、淮北、平顶山等较好采空区尾抽淮南、阳泉等顶板走向高抽巷法阳泉、盘江、淮南等好顶板倾斜高抽巷法阳泉好顶板倾向穿层钻孔法阳泉较好地面钻井法阳泉、淮北、淮南、铁法等部分较好底板巷道网格式上向穿层钻孔法淮南、阳泉好地面钻井法阳泉、淮北、淮南、铁法等部分较好下部卸压区域下部卸压区域内煤层底板巷道网格式上向穿层钻孔法顶板巷道网格式上向穿层钻孔法淮南、天府、沈阳等淮南、天府等好较好3 保护层开采及卸压瓦斯强化抽采对工作面瓦斯涌出影响的实例分析3.1 潘一矿2352(1)下保护层工作面开采2352(1)下保护层工作面位于淮南矿业集团潘一矿东一采区和东二采区(两个采区联合开采),开采无煤与瓦斯突出危险B11煤层,工作面走向长1640m,倾斜长190m,位于-600～-650m等高线之间,煤层厚度1.5～2.4m,平均2.0m,倾角6°～13°,平均9°.B11煤层瓦斯含量为4～7.5 m3/t,保护层工作面煤层赋存稳定,地质构造简单,采用综合机械化采煤.被保护层为C13煤层,位于B11煤层上部70m处,相对层间距35.被保护C13煤层工作面为2121(3)和2322(3)工作面,工作面走向长1680m(两个面合计),倾斜长160 m,位于-530～-580m等高线之间,煤层厚度5.57～6.25m,平均6.0m,倾角6°～13°,平均9°.实测该区域C13煤层瓦斯压力为4.4M Pa,煤层瓦斯含量13.0m3/t,煤层原始透气性系数为0.011m2/(M Pa2・d).被保护层工作面煤层赋存稳定,地质构造简单,经卸压和远程瓦斯抽采全面消除煤与瓦斯突出危险性并有效地降低煤层瓦斯含量后采用综合机械化放顶煤采煤方法.为了有针对性地制定保护层及被保护层瓦斯综合治理技术方案,运用式(1)对保护层开采过程中的相对瓦斯涌出量进行了预测分析,2352(1)工作面影响区域内煤层瓦斯相对涌出量预测结果如表4所示.由表4可知,保护层工作面相对瓦斯涌出量为18.7m3/t,其中本煤层相对瓦斯涌出量为5.0m3/t,占总涌出量的27%;邻近层相对瓦斯涌出量为13.7m3/t,占总涌出量的73%.保护层工作面在不同产量条件下绝对瓦斯涌出量预测结果如表5所示,当工作面平均产量为1700t/d时,工作面绝对瓦斯涌出量达22.1m3/min.为了保证保51采矿与安全工程学报第23卷 护层工作面的安全高效开采,并实现被保护层工作面由高瓦斯突出危险工作面变为低瓦斯无突出危险工作面的目的,在保护层工作面开采过程中采用了顶板走向穿层钻孔近程瓦斯抽采方法,同时由被保护层底板岩巷向被保护层施工网格式上向穿层钻孔,用于抽放被保护层远程卸压瓦斯.2352(1)下保护层工作面回采期间配风量为1100～1300m3/min,风排瓦斯量6～14m3/min,平均为10m3/min;近程瓦斯抽放量为0.9～12.8 m3/min,平均为5.0m3/min;远程瓦斯抽放量为8.2～25.2m3/min,平均16.0m3/min;绝对瓦斯量17.1～39.5m3/min,平均31.0m3/min.工作面产量1400～2000t/d,平均1700t/d;平均相对瓦斯涌出量26.3m3/t;回风流中的瓦斯体积分数0.5%～1.1%,平均0.8%～0.9%.被保护层2121(3)工作面卸压瓦斯抽采率达60%以上,工作面回采期间风排瓦斯量4.56～12.47m3/min,平均9.0m3/min;顶板走向钻孔瓦斯抽放量6.0～13.1m3/min,平均9.0m3/min;绝对瓦斯涌出量13.1～24.7m3/min,平均18.0m3/min;工作面产量3772～6335t/d,平均5100t/d;相对瓦斯涌出量3.7～7.6m3/t,平均5.0m3/t;工作面配风量1700m3/min,回风流瓦斯体积分数0.3%～0.7%,平均0.5%.将2352(1)下保护层工作面实际平均绝对瓦斯涌出量和平均相对瓦斯涌出量与预测结果对比可知,实际结果远大于预测结果,绝对瓦斯涌出量相差8.9m3/min,相对瓦斯涌出量相差7.6m3/t.出现瓦斯涌出量实际结果与预测结果差异较大的原因主要是对被保护层实施了底板巷道网格式上向穿层钻孔远程卸压瓦斯抽采方法,如果不采取远程卸压瓦斯抽采方法,被保护层可解吸瓦斯含量最多只能有30%通过层间采动裂隙进入保护层工作面,而采用远程卸压瓦斯抽采方法后,被保护层瓦斯抽采率达到60%,相当于被保护层可解吸瓦斯含量的75%.实际上,正是由于远程卸压瓦斯的抽采作用,减少被保护层向保护层工作面的瓦斯涌出量,同时大幅度地降低了被保护层的瓦斯含量.表4 2352(1)下保护层工作面影响区域内煤层瓦斯相对涌出量预测T able4 Prediction results of relative gas emission in the influencing regions of the2352(1)low er protecting w orking face煤层煤层厚度/m层间距/m相对层间距原始瓦斯含量/(m3・t-1)X0-X c/(m3・t-1)瓦斯排放率/%相对瓦斯涌出量/(m3・t-1)C13220.97738.513.010.428 1.3C13 6.0703513.010.4309.4C120.8663313.010.432 1.3B11220.421 5.5 4.4900.8B11200 5.5 4.4100 5.0B11220.50.8 5.5 4.4800.9合计18.7 注:本煤层瓦斯涌出量预测时,本煤层瓦斯涌出影响系数的分量取值为k1=1.2,k2=1.05,k3=0.9.表5 2352(1)下保护层工作面不同产量条件下绝对瓦斯涌出量预测T able5 Prediction results of absolute gas emission under different output in the2352(1)low er protecting w orking face 工作面产量/(t・d-1)10001500170020002500绝对瓦斯涌出量/(m3・min-1)13.019.522.126.032.53.2 谢一矿51115C15上保护层工作面开采51115C15上保护层工作面位于淮南矿业集团谢一矿51采区,开采无煤与瓦斯突出危险C15煤层,工作面走向长650m,倾斜长180m,位于-635～-702m等高线之间,煤层厚度1.0～1.5 m,平均1.1m,倾角19°～22°,平均21°.C15煤层瓦斯含量15.6m3/t,保护层工作面煤层赋存稳定,地质构造简单,采用机械化采煤.被保护C13煤层工作面为51115C13工作面,工作面走向长650m,倾斜长198m,位于-666.6～-718m等高线之间,煤层厚度5.8～8.7m,平均6.5m,倾角平均21°.该区域C13煤层瓦斯压力为4.5 M Pa,煤层瓦斯含量16.2m3/t.被保护层工作面煤层赋存稳定,地质构造简单,经卸压和远程瓦斯抽采全面消除煤与瓦斯突出危险性并有效地降低煤层瓦斯含量后拟采用综合机械化放顶煤采煤方法.为了有针对性地制定保护层及被保护层瓦斯综合治理技术方案,运用式(1)对保护层开采过程中的相对瓦斯涌出量进行了预测分析,51115C15工作面影响区域内煤层瓦斯相对涌出量预测结果如表6所示.由表6可知,保护层工作面相对瓦斯涌出量为52.8m3/t,其中本煤层相对瓦斯涌出量为14.8m3/t,占总涌出量的30%,邻近层相对瓦斯涌出量为38.0m3/t,占总涌出量的70%.保护层工作面在不同产量条件下绝对瓦斯涌出量预测61 第1期程远平等:保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究结果如表7所示,当工作面平均产量为900t/d 时,工作面绝对瓦斯涌出量达33.0m3/min.为了保证保护层工作面的安全高效开采,并实现被保护层工作面由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层的目的,在保护层工作面开采过程中采用了顶板走向高抽巷、采空区尾抽瓦斯抽采方法和尾巷排放及回风排瓦斯综合治理方案,同时由被保护层底板岩巷向被保护层施工网格式上向穿层钻孔,用于抽放被保护层卸压瓦斯.表6 5111C15上保护层工作面影响区域内煤层瓦斯相对涌出量预测T able6 Prediction results of relative gas emission in the influencing regions of the51115C15upper protecting w orking face煤层煤层厚度/m层间距/m原始瓦斯含量/(m3・t-1)X0-X c/(m3・t-1)瓦斯排放率/%相对瓦斯涌出量/(m3・t-1)C15 1.1015.612.510014.8C140.6215.612.580 5.4C13 6.51916.213.04030.6C120.532716.213.030 1.9合计52.7 注:本煤层瓦斯涌出量预测时,本煤层瓦斯涌出影响系数的分量取值为k1=1.2,k2=1.1,k3=0.9.表7 5111C15上保护层工作面不同产量条件下绝对瓦斯涌出量预测T able7 Prediction results of absolute gas emission under different output in the51115C15upper protecting w orking face产量/(t・d-1)瓦斯涌出量/(m3・min-1)本煤层瓦斯涌出涌出量/(m3・min-1)比例/%邻近层瓦斯涌出涌出量/(m3・min-1)比例/%70025.77.73018.070 80029.38.83020.570 90033.09.93023.170 100036.711.03025.770 51115C15上保护层工作面回采期间总进风量为700～1434m3/min,其中工作面回风量为200～932m3/min,平均600m3/min;工作面尾排风量240～1120m3/min,平均570m3/min;工作面绝对瓦斯涌出量50m3/min,其中平均瓦斯抽采量40 m3/min(包括采空区尾抽平均瓦斯抽采量10.5 m3/min、顶板走向高抽巷平均瓦斯抽采量12.0 m3/min、底板岩巷网格式上向穿层钻孔平均瓦斯抽采量17.5m3/min),平均风排瓦斯量10.0 m3/min(包括尾巷平均排放瓦斯量5.5m3/min、回风平均排放瓦斯量4.5m3/min).C15煤层平均瓦斯涌出量8.2m3/min,占工作面绝对瓦斯涌出量的16.4%,C13煤层及其邻近层瓦斯涌出量41.8m3/min,占工作面绝对瓦斯涌出量的83. 6%.保护层工作面平均产量900t/d,平均相对瓦斯涌出量为78.0m3/t.经瓦斯涌出平衡计算分析,在被保护层C13煤层的有效卸压范围内瓦斯抽采量为11.2m3/t,瓦斯抽采率达68%.将51115C15上保护层工作面实际平均绝对瓦斯涌出量和平均相对瓦斯涌出量与预测结果对比可知,实际结果远大于预测结果,绝对瓦斯涌出量相差17.0m3/min,相对瓦斯涌出量相差25.2 m3/t.出现瓦斯涌出量实际结果与预测结果差异较大的原因主要是对被保护层实施了底板巷道网格式上向穿层钻孔远程卸压瓦斯抽采方法,如果不采取远程卸压瓦斯抽采方法,被保护层可解吸瓦斯含量最多只能有40%通过层间采动裂隙进入保护层工作面,而采用远程卸压瓦斯抽采方法后,被保护层瓦斯抽采率达到68%,相当于被保护层可解吸瓦斯含量的86%.实际上,正是由于被保护层卸压瓦斯的抽采作用,减少被保护层向保护层工作面的瓦斯涌出量,同时大幅度地降低了被保护层的瓦斯含量.4 结 论传统的保护层开采技术的核心是被保护层的卸压作用和卸压瓦斯通过开采形成层间裂隙的自然排放,目的是为了消除被保护层的煤与瓦斯突出危险性.随着保护层开采技术的发展,其技术核心已经转化为被保护层的卸压作用和卸压瓦斯的强化抽采,目的是使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采.现有回采工作面瓦斯涌出量分源预测方法,将工作面瓦斯涌出分为本煤层和邻近层两部分,在邻近层瓦斯涌出量预测时采用邻近层瓦斯自然排放模型.在无邻近煤层(被保护层)卸压瓦斯强化抽采条件下,上述分源预测方法获得结果经现场实践验证,预测准确率达80%以上.而保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实践证明,由于对被保护层采取了卸71采矿与安全工程学报第23卷 压瓦斯强化抽采技术,使被保护层工作面瓦斯抽采率(潘一矿2352(1)下保护层工作面为60%,谢一矿51115C15上保护层工作面为68%)远大于被保护层卸压瓦斯的自然排放率(潘一矿2352(1)下保护层工作面为30%,谢一矿51115C15上保护层工作面为40%),导致保护层工作面瓦斯涌出量预测结果小于实际瓦斯涌出量.建议在保护层开采及卸压瓦斯强化抽采条件下进行保护层工作面瓦斯涌出量预测时,应预先确定被保护层卸压瓦斯强化抽采方法,根据保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实践确定被保护层瓦斯抽采率,用瓦斯抽采率替代被保护层卸压瓦斯的自然排放率.参考文献:[1] 国家安全生产监督管理局,国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程[M].北京:煤炭工业出版社,2004. [2] 国家安全生产监督管理局,国家煤矿安全监察局.国有煤矿瓦斯治理规定(第21号令)[S].2005.[3] 国家煤矿安全监察局.瓦斯治理经验五十条[M].北京:煤炭工业出版社,2005.[4] 于不凡.开采解放层的认识与实践[M].北京:煤炭工业出版社,1986.[5] 程远平,俞启香.煤层群煤与瓦斯安全高效共采体系及应用[J].中国矿业大学学报,2003,32(5):4712475.CH EN G Yuan2ping,YU Qi2xiang.Application ofsafe and high2efficient exploitation system of coal andgas in coal seams[J].Journal of China University ofMining&Technology,2003,32(5):4712475.[6] 程远平,俞启香.煤与远程卸压瓦斯安全高效共采试验研究[J].中国矿业大学学报,2004,33(2):1322 136.CH EN G Yuan2ping,YU Qi2xiang.Experimental re2 search of safe and high2efficient exploitation of coaland pressure relief gas in long distance[J].Journal ofChina University of Mining&Technology,2004,33(2):1322136.[7] 瓦斯通风防灭火安全研究所.矿井瓦斯涌出量预测方法的发展与贡献[J].煤矿安全,2003,34(增刊):10213.[8] 俞启香,王 凯,杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报,2003,29(1):9214.YU Qi2xiang,WAN G Kai,YAN G Sheng2qiang.Study on pattern and control of gas emission at coal face in China[J].Journal of China University of Min2 ing&Technology,2003,29(1):9214.[9] 包剑影,苏 燧.阳泉煤矿瓦斯治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,1996.中国矿业大学获准组建“煤矿瓦斯治理国家工程研究中心” 国家发展和改革委员会日前以发改高技[2005]2259号文批准由中国矿业大学和淮南矿业(集团)有限责任公司联合组建煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,并分别在徐州和淮南建立研发基地和产业化基地,这标志着中国矿业大学国家工程研究中心实现零的突破.煤炭是我国一次能源的主体,煤炭行业又是高危行业.我国高瓦斯和瓦斯突出矿井占一半左右,煤矿瓦斯防治是煤矿安全工作的重中之重.在煤炭安全领域建设国家工程研究中心,对煤矿瓦斯灾害治理和利用技术进行科研攻关和工程化、系统化研究,形成具有自主知识产权的矿井瓦斯灾害监测监控技术体系,提高煤矿生产安全保障能力,实现煤炭工业健康可持续发展,具有十分重要的意义.中国矿业大学和淮南矿业(集团)有限责任公司共同组建煤矿瓦斯治理国家工程研究中心,充分体现了产学研结合、优势互补的原则.该中心主要围绕瓦斯重(特)大灾害的控制与防治,建设瓦斯地质保障技术、煤与瓦斯共采及利用技术、瓦斯灾害预警技术、煤矿安全监测监控技术、煤矿救援技术等方面的研究开发设施,对控制瓦斯灾害的重大科研成果进行完整的工程化和集成化研究开发,消化、吸收和集成创新引进的先进技术,为煤矿瓦斯灾害防治提供成套成熟的先进工艺、技术和装备;同时推动国际合作与交流,培养高水平的煤矿安全工程技术与管理人才,为煤炭行业安全生产提供技术支持和服务.81。
《矿井通风与安全》主讲人 戴广龙10
第九章 矿井瓦斯第一节 概述 本章主要内容1、瓦斯概念2、煤层瓦斯赋存与含量3、矿井瓦斯涌出4、瓦斯喷出与突出5、瓦斯爆炸与预防6、瓦斯抽放矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的各种气体的总称。
煤矿术语中的瓦斯指的就是甲烷。
物理化学性质。
危害：爆炸，突出，人员窒息、环境污染。
作用：能源、化工原料。
第二节 煤层瓦斯赋存与含量 一、瓦斯的成因与赋存 （一）矿井瓦斯的生成煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的。
成气过程两个阶段一是生物化学成气时期；二是煤化变质作用时期。
（二）瓦斯在煤体内存在的状态煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。
煤层中 瓦斯赋存两种状态：•游离状态 • 吸附状态 • 吸着状态 • 吸收状态 二、煤层中瓦斯垂直分带形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。
垂直分为四带：CO2- N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。
瓦斯风化带下界深度确定依据：可以根据下列指标中的任何一项确定。
（1）煤层的相对瓦斯涌出量等于2～3m3/t处；（2）煤层内的瓦斯组分中甲烷及重烃浓度总和达到80%（体积比）；（3）煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa；（4）煤的瓦斯含量达到下列数值处：长焰煤1.0～1.5 m3/t（C.M.），气煤1.5～2.0m3/t （C.M.），肥煤与焦煤2.0～2.5m3/t(C.M)，瘦煤2.5～3.0m3/t(C.M.)，贫煤3.0～4.0m3/t(C.M.)，无烟煤5.0～7.0m3/t(C.M.)（此处的C.M.是指煤中可燃质既固定碳和挥发分）三影响煤层瓦斯含量的因素煤的瓦斯含量是指单位体积或重量的煤在自然状态下所含有的瓦斯量（标准状态下的瓦斯体积），单位为m3/m3(cm3/cm3)或m3/t(cm3/g)。
近距离煤层群首采工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯综合治理方案
瓦斯治理方案
１引言
层， 煤层总厚 ２ ３ ． ８ １ ｍ 。含可采煤层 ９ ～ １ ８ 层， 一般 １ １
层， 可采 总厚 １ ８ ． ０ ８ ｍ。一井 区 内可采煤层 为 Ｃ 、 Ｃ ， 、
小Ｃ ， 、 Ｃ 。 ３ 、 Ｃ 、 Ｃ Ｃ 。 八 层 。 多 个 煤 层 距 离 小 于 煤 炭是 我 国的主要 能源 ，占一次 能源 的 ７ ０ ％ Ｃ
的瓦斯涌 出量 进行 了预测 ， 为矿井 区域及局 部 瓦斯 白龙山煤矿 ｃ ： 、 ｃ 、 ｃ 拈 煤层均为煤与瓦斯突出煤
《 云南煤炭￣ ２ ０ １ ４年第 ３ 期
２ ． ９ ６ Ｍ Ｐ ａ ， 瓦斯含量为 １ ２ ． ９ ９ ～ １ ８ ． １ ９ ｍ ￣ ｔ ； Ｃ ７ ＋ ８ 煤层瓦 预测的方法对各涌出来源进行预测 。
２工 程概 况
４
图 １白龙 山煤矿 近距 离煤层 群赋存 示意 图
根据 已有 的煤与瓦斯突出危险性鉴定结果 ，
层， 其中 Ｃ 煤 层 瓦斯 压 力 为 １ ． ０ ２ ～ １ ． １ ２ ＭＰ ａ ， 瓦 斯 含 量为 １ ３ ． ６ ３ ～ １ ４ ． １ ７ ｍ￣ ４ ； Ｃ 煤层 瓦斯 压 力 为 ０ ． ９ ６ ～
近距离煤层群首采 工作 面瓦斯涌 出量预测及瓦斯综合治理方案
近距 离煤层群 首采工作 面瓦斯涌 出量预测
及瓦斯综 合治理 方案
云南 曲靖华 能 滇东 能 源有 限责任 公 司矿业 分公 司 顾 雨兵
摘要
保 护 层 开 采是 煤 层 群 条 件 下 优 先 采 ２ ． １ 矿 井概 况 白龙 山煤矿 一井位 于 云南省 曲靖市 富 源县老
白龙山煤矿采用上保护层逐级递进下 向保护 式 中 ， ｑ开一 开 采煤层 （ 包 括 围岩）相对 瓦斯 涌 出 的方法， 先开采 ｃ 煤层， 首采工作面为 １ ０ ２ ０ １ 采区。 量， ｍ ；
某矿井首采工作面瓦斯涌出量预测
某矿井首采工作面瓦斯涌出量预测[摘要]本文以某矿井首采工作面为研究背景，研究首采工作面瓦斯抽采初步设计。
本文通过对矿井首采工作面瓦斯涌出量进行预测，然后进行瓦斯方法的选择和抽采参数确定。
当回采工作面日产量3784t，回采工作面瓦斯主要来自于开采层的采煤工作面前方20m以上范围内煤体时，根据预测，矿井+1070m水平以上区域，煤层瓦斯含量低于6.5m3/t，残存量瓦斯含量为2m3/t，可解析瓦斯量小于4m3/t，满足（AQ1026-2006）标准要求。
[关键词]首采工作面；瓦斯抽采中图分类号：S343 文献标识码：A 文章编号：1009-914X （2018）18-0298-02一、工程概况矿区范围内侏罗系中统西山窑组为主要含煤地层，该组分上、下两段，下段为主要含煤段，由河流相、湖泊相、沼泽相、泥炭沼泽相的灰色中砂岩、粗砂岩、细砂岩及黑色泥岩、泥质粉砂岩、炭质泥岩和煤层组成，地层厚度150m。
井田内共含煤8层，煤层总厚度13.54m，编号依次为：B1、B2、B3、B4、B5、B6，B7、B8。
其中B1～B6煤层为不可采煤层，单层平均厚度0.17～0.75m，厚度变化大、不稳定。
井田内可采煤层2层，分别为B7、B8煤层。
上段不含煤层，由河流相、湖泊相的灰白色中砂岩、粗砂岩、砂砾岩组成，平均厚度141.50m。
B7煤层厚度7.3～7.65m，平均厚度7.5m，含夹矸一层，厚度0.10～0.20m，结构简单，煤层沿走向、倾向厚度变化小，全区可采的稳定煤层。
B8煤层厚度9.25～9.40m，平均厚度9.3m，含夹矸一层，厚度0.20～0.30m，结构简单，煤层沿走向、倾向厚度变化小，全区可采的稳定煤层。
矿井设计采用主平硐―主暗斜井、副平硐―副暗斜井和回风立井的综合开拓方式。
矿井通风方式为中央并列式通风，主、副平硐进风，立风井回风。
通风方法为机械抽出式。
矿井总风量设计为60m3/s，其中采煤工作面分配风量22m3/s，掘进工作面分配风量10m3/s。
近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化
研究方法：本次演示采用文献综述和实验研究相结合的方法，对近距离上保 护层开采工作面的瓦斯涌出及瓦斯抽采参数优化问题进行了深入研究。首先，通 过对国内外相关文献的梳理和评价，总结出现有研究成果和不足之处。其次，结 合实际生产情况，设计了近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出及瓦斯抽采参数 测量方案。最后，通过实验数据收集和分析，探讨各因素对瓦斯涌出及瓦斯抽采 参数的影响规律，并提出了相应的优化建议。
实验过程中，选取了某矿区的近距离上保护层开采工作面作为研究对象，对 采煤机割煤、矿压等多种因素在不同时间段内的瓦斯涌出量进行了测量。同时， 对瓦斯抽采过程中的负压、流量等参数进行了实时监控。采用Excel 2010和SPSS 22.0软件对实验数据进行整理和分析，并绘制了相应的图表。
结果与讨论：实验结果表明，近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出量较大， 最大值达到了15.6 mL/min。同时，瓦斯抽采参数存在一定的波动，其中负压和 流量的波动范围分别为15 kPa～35 kPa和0.3 m3/min～1.2 m3/min。通过对实 验数据的深入分析，发现采煤机割煤和矿压是影响瓦斯涌出的主要因素。在采煤 机割煤过程中，由于煤层受到扰动，导致瓦斯涌出量迅速增加。而矿压作用下煤 岩体的变形和破坏也促进了瓦斯释放。
文献综述：已有研究表明，近距离上保护层开采工作面的瓦斯涌出量较大， 主要原因在于该类工作面的煤层赋存条件较为复杂，且受到采煤机割煤、矿压等 多种因素的影响。此外，目前的瓦斯抽采技术尚不完善，无法有效地降低工作面 的瓦斯涌出量。因此，针对近距离上保护层开采工作面瓦斯涌出及瓦斯抽采参数 优化问题进行研究具有重要的理论价值和实践意义。
近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律
第37卷第1期 中国矿业大学学报 Vol.37No.12008年1月 Journal of China University of Mining &Technology Jan.2008收稿日期:2007203221基金项目:国家自然科学基金项目(50574093,50534090);国家重点基础研究发展计划(973)项目(2005CB221506);国家“十五”科技攻关重点项目(2005BA813B07)作者简介:林柏泉(19602),男,福建省龙岩市人,教授,博士生导师,工学博士,从事安全技术及工程方面的研究.E 2m ail :lbq21405@ T el :0516283884401近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律林柏泉1,张建国2,翟 成1,欧阳广斌2(1.中国矿业大学安全工程学院煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221008;2.平顶山煤业(集团)公司四矿,河南平顶山 467000)摘要:平煤集团四矿在开采过程中工作面φ(C H 4)频繁超限,影响了工作面正常安全生产.通过理论分析,阐述了采空区内风流流动状况和采用不同通风方式时采空区的瓦斯涌出规律.结合现场实验,探讨了工作面采用下行风时采空区的瓦斯涌出和分布规律.在此基础上,提出了用下行风解决工作面瓦斯超限问题.结果表明,在采用下行通风后,采空区绝对瓦斯涌出量为上行风时的80%,工作面φ(CH 4)下降了75%,瓦斯不再超限.关键词:采场;下行通风;采空区;瓦斯涌出;分布规律中图分类号:TD 7文献标识码:A 文章编号:100021964(2008)0120024206Gas Emission and Dist ribution Law in t he Stope Mining ShortRange Protection Layer Using Downward VentilationL IN Bai 2quan 1,ZHAN G Jian 2guo 2,ZHA I Cheng 1,OU YAN G Guang 2bin 2(1.School of Safety Engineering ,State Key Laboratory of Resources and Mine Safety ,China University of Mining &Technology ,Xuzhou ,Jiangsu 221008,China ;2.No.4Coal Mine ,Pingdingshan Coal Co.Ltd ,Pingdingshan ,Henan 467000,China )Abstract :Safe operation at t he working face of t he No.4coal mine of t he Pingdingshan Coal Co.Lt d.was seriously affected by gas concentrations t hat exceeded acceptable working limit s.The airflow conditions and gas emission laws wit h different types of ventilatio n in goaf were propo sed wit h t heoretical analysis.Field experiment s using downward ventilation were st udied and t he gas emissio n and dist ribution laws at t he goaf working face were discussed.On t he ba 2sis of t hese st udies ,downward ventilatio n was selected to solve t he gas concentration p roblem at t he working face.The result s show t hat after starting downward ventilation t he absolute e 2mission volume of gas in t he goaf is 80percent of t hat observed when upward ventilation is used.The gas concent rations at t he working face are decreased by 75percent t hereby reducing t he gas concent rations below t he unsafe limit.K ey w ords :stope ;downward ventilation ;mined area ;gas emission ;dist ribution law随着采矿工业的发展,矿井高温、粉尘和瓦斯等灾害也日趋严重,解决这些问题的有效措施之一,就是在回采工作面使用下行通风.因此,国内外下行通风的使用愈来愈广泛.20世纪60年代以第1期 林柏泉等:近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律来,我国先后在平顶山、中梁山、蒲白等23个局46个矿171个回采工作面使用下行通风.目前中国煤矿工作面下行通风多用在缓斜、有煤尘爆炸危险、有自然发火、低瓦斯矿井[1].在国外,1960年西德首先使用下行通风,以后逐年增加,原苏联顿巴斯矿区、美国的宾夕法尼亚州中部的一些矿井、日本的常盘煤矿和三池煤矿以及英国等一些国家的矿井都广泛使用了下行通风,而且比重越来越大[2].虽然国内外对于下行通风进行了很多研究,但是针对近距离保护层开采过程中利用下行通风方式防治瓦斯还未见文献介绍.笔者结合平煤集团四矿在己15221270回采工作面采用近距离保护层开采的实际情况,探讨了利用下行通风解决近距离保护层开采过程中瓦斯超限问题,以期对瓦斯矿井安全生产有所帮助.1采场瓦斯涌出规律由于工作面两端压差的作用,进风流的一部分气体从能量高的一端流进采空区,在能量低的一端再流回工作面.根据连续性,假设在某一平面回采工作面与采空区间无风流流动,称此面为中势面,在中势面上各点的能量相等.在正常生产条件下采场空气流速不大,各点温差很小,空气流动可视为不可压缩理想流的平面稳定流动,采空区介质的空隙率沿回采工作面长度方向视为相同.作上述假定后,可认为中势面位于回采工作面中央,如图1所示[3].图1 采场中势面示意Fig.1Stope potential face hint采场压差分布是指沿回采工作面长度方向各点与中势面压头之差的分布情况.其意义是:当压差大于零时,风流由回采工作面流进采空区;当压差小于零时,风流由采空区流入回采工作面,压差愈大,采场漏风量愈大.由于回采工作面和采空区气体平均密度ρ不等而产生自然风压ΔP m ,当回采工作面有风流通过时,其两端的通风压力形成采场压差ΔP n ,采场总压差等于机械风压力和自然风压所造成的压差之和,即ΔP =ΔP m +ΔP n .(1) 由此可得出上行风总压差Δp u 、下行风总压差ΔP d 分别为ΔP u =-(ρA -ρB )X sin β-RQ 2X/L ,(2)ΔP d =-(ρA -ρB )X sin β+RQ 2X/L ,(3)式中:ρA ,ρB 为回采工作面、采空区平均气体密度;X 为A ,B 点距离;β为A ,B 点倾角;R ,Q ,L 分别为工作面风阻、风量、长度.采场压差分布如图2所示.图2 采场压差分布示意Fig.2Stope pressure distribution diagram由图2可见,采面采用上行风时的压差比下行风的高;下行风时,若RQ 2<(ρA -ρB )X sin β,其压差随β增加而增高,若RQ 2>(ρA -ρB )X sin β,压差随β增加而降低,上行风时压差随β增大而增高.由于采场空气流动可视为不可压缩理想流体的平面稳定流动,所以服从质量守恒定律和Darcy 定律.在X 轴方向上,Darcy 定律表达为V x =-K x 5h x,(4)式中:K x 为X 轴方向的渗透系数;5h5x 为X 轴方向的压力梯度.在中势面上对上式积分得出采场中势面风量也即采场漏风量.令ε=RQ 2/L (ρA -ρB )sin β>0,则有Q uQ d=1+ε1-ε>1,(5)Q u =(1/ε+1)(RQ 2/L )∫sK x d s ,(6)Q d=(1/ε-1)(RQ 2/L )∫sK x d s.(7) 式(5)表明上行风时采场漏风量比下行风大,上行风漏风量Q u 随β增加而增加;下行风时漏风量当ε<1时随β增加而增加,当ε>1时随β增加而减小.111采空区内风流流动状况由式(6)可知,上行风时Q u >0,表明在中势面上风流总是自下而上流动,与X 轴向相同,漏风总是从回采工作面下部流入采空区,在上部流回工作面;由式(7)可知,若ε>1,Q d <0,漏风从回采工作面上部进入采空区,在下部流回回采工作面,若ε<1,Q d >0,漏风从采空区上部涌出,将此现象称为下行风采空区倒流.52 中国矿业大学学报 第37卷通过式(7)可知,倒流现象本质为回采工作面两端通风压力及采场气体密度变化.从风流网络理论分析及采场阻力实际测定来看,工作面下行风采空区气体倒流现象几乎不存在.112采空区瓦斯涌出规律上行风时采空区内气体总是从回采工作面上部涌出,采空区瓦斯也总是从回采工作面上部涌出,上隅角涌出的是采空区深部和上部的高浓度瓦斯;下行风时采空区内瓦斯一般从采面下部涌出[324].通过瓦斯分源分析,回采工作面回风流中的绝对瓦斯涌出量q r并不等同于采场的瓦斯总量q,采场瓦斯总量q取决于瓦斯压力、瓦斯含量、煤层渗透系数、围岩等,所以回采工作面上、下行风对q并无影响,但是由于采场流场的形式不同,从采空区涌出采场的瓦斯量和q r是有区别的.当采空区内没有漏风汇存在时,无论上行、下行风,在稳定状态时q=q r,此时,上、下行风无差别.但在实际生产过程中,采空区漏风存在是难免的,所以涌出采空区的瓦斯会从漏风汇排走一部分.无论漏风汇在采空区上部还是下部,上行风时排出的是流经采空区下部的气体.下行风时是流经采空区上部的气体.事实表明,采空区上部的瓦斯浓度远比下部的高,所以下行风时从采空区内部漏风汇排出的瓦斯量要比上行风高的多.由于采场q 不变,所以下行风时从采空区漏向回采工作面的瓦斯量要比上行风时小,采煤工作面φ(C H4)和q r都要比上行风时低.采场风流中的瓦斯与空气其它组分一般情况下不发生化学变化,瓦斯在采场的运移遵守流体动力弥散定律,即Fick定律J=-(D1+D2)・grad c,(8)式中:J为质量弥散通量;D1为分子扩散系数;D2为机械弥散系数;grad c为浓度梯度.当采场风速V=0时,Fick定律形式为J=-D1・grad c.(9) 式(9)表明瓦斯只能由高浓度点向低浓度点传递而不存在逆过程,由此可得出结论:和空气混合均匀的瓦斯不能再浮起来,即下行风时即使V= 0,也不会由于瓦斯分层而发生瓦斯积聚在采场上部的现象.当V≠0时,此时有D2>D1・grad c,故J= -D2・grad c.如果风流是层流状态,由于横向脉动速度等于零,对流扩散能力仍很低,容易造成积聚现象;而紊流状态时,由于横向脉动速度的作用,使得不同浓度的瓦斯相互变换位置,使采场浓度趋于均匀,混合能力加强,此时分子扩散作用可以忽略,混合过程主要靠浮力和紊流切应力做功完成.由于上行风时从采空区涌向采面的瓦斯量大,且大部分从上隅角涌出,涌出瓦斯受到浮力作用不易和风流混合;下行风时,从下隅角涌出的瓦斯易于和风流混合,所以下行风时隅角瓦斯积聚的可能性比上行风小.由此可见,回采工作面应用下行风时,采场压差及漏风量都比上行风时小,从采空区涌向采煤工作面的瓦斯量及采煤工作面绝对瓦斯涌出量也比上行风时低,采煤工作面及隅角瓦斯积聚的可能性比上行风时小.2工作面下行通风时瓦斯涌出和分布规律下行风时,无论瓦斯涌出地点如何、倾角多大、风速多高,由于风流方向和瓦斯浮力方向相反,完成一定的混合过程所需能量减少,使得风流和瓦斯的混合能力比相同条件下上行通风时的混合能力强,倾角越大,二者的差别愈大.所以,当工作面风速一定时,完成同样的混合过程下行通风所需时间短;当瓦斯涌出量一定时,下行风吹散瓦斯层所需风速比上行风低;当发生瓦斯积聚时,下行风瓦斯层积聚的长度比上行风短,断面上最高瓦斯浓度也比上行风低.平煤四矿上、下行通风对比实验和有关调查资料表明,下行通风时采空区瓦斯涌出有如下规律[527]:1)工作面瓦斯涌出总量与风流方向无关,但下行通风时从工作面回风道测出的瓦斯涌出量比下行通风时低15%～26%.有些情况下,如保护层的下行风工作面,因被保护层的瓦斯大量漏入采空区,致使上、下行通风时从工作面回风道涌出的瓦斯量变化不大.2)下行通风时工作面上、下隅角积聚的可能性比上行通风时小,特别是防止上隅角瓦斯积聚的效果突出.3)采用下行通风时,由于瓦斯密度比空气小,有上浮力,当满足一定的条件时,采空区气体有可能从工作面上部涌出,发生所谓的采空区气体倒流问题.通过以上分析可以看出,只要不出现采空区内气体倒流,下行通风时上隅角瓦斯积聚的可能性比62第1期 林柏泉等:近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律上行通风小,工作面回风道瓦斯涌出量也比上行风低.其原因:一是下行通风时采空区的漏风比上行通风时小,因而使得从采空区带出的瓦斯量也少,涌出量比上行风时低;二是上行通风从漏风汇排出的是下部浓度较低的气体,而下行通风则相反,从漏风汇排出的是上部浓度远较下部为高的气体,因而使得工作面回风道瓦斯涌出量减少,上隅角瓦斯积聚的可能性比上行通风小.瓦斯从下隅角涌出后,由于风流方向与浮力方向相反,也使得下隅角积聚的可能性比上行风上隅角积聚的可能性小.3下行通风时工作面的最低风速确定设采空区内的漏风速度为V,采空区内瓦斯上浮速度为V W,下行通风时,采空区的瓦斯沿倾斜方向的流动状态有下列3种形式[8210]:1)当V=V W时,采空区瓦斯静止,滞留在采空区内;2)当V>V W时,采空区瓦斯向下流动,被漏风风流带走;3)当V<V W时,采空区瓦斯向上流动,发生瓦斯倒流.当采空区瓦斯含量一定时,V W可近似看作一定值,则瓦斯的流动状态主要与V有关,当V变化时,3种不同的流态可相互转变.采空区漏风速度V与回采工作面下行通风的风速及风压有关,所以回采工作面下行通风时采空区瓦斯不倒流的风速,可根据采空区的自然风压及回采工作面风压近似求解.采空区自然风压实质上是由采空区内外的空气密度差及工作面两端的高度差产生的.因此,采空区由于瓦斯上浮及残煤氧化自燃等产生的自然风压为p m=L sinα・Δρg,(10)式中:p m为采空区自然风压,Pa;L为回采工作面长度,m;α为回采工作面煤层倾角,(°);Δρ为回采工作面与采空区的平均密度差值,Δρ=(ρm-ρ),ρm为回采工作面空气平均密度,ρ为采空区空气平均密度,kg/m3;g为重力加速度,m/s2.机械通风时回采工作面的风压为P=K L UQ2S3,(11)式中:P为回采工作面风压,Pa;K为摩擦阻力系数(为区别于煤层倾角,本式的阻力系数用K表示),N・S2/m4;U为回采工作面空间周边长度,m; Q为通过回采工作面的风量,m3/s;S为回采工作面空间横断面积,m2.设回采工作面的采高为M,回采工作空间的宽度为B,通过回采工作面的风流速度为V,当通过回采工作面的风流速度为V时,则风量为Q=V S=V M B.(12) 将式(12)代入式(11)得P=KULM BV2.(13) 回采工作面下行通风时,采空区因瓦斯及残煤氧自燃等产生的自然风压小于或等于回采工作面风压时,就不会发生采空区瓦斯倒流,即L sinα・Δρg≤K ULM BV2,(14)解式(14)得V min=sinα・ΔρgM BKU,(15)式中 V min即为回采工作面下行通风时采空区不倒流的工作面最低风速.4下行通风在平四矿的应用411工作面瓦斯涌出情况平四矿在己15221270回采工作面位于己一采区东翼,该面为高瓦斯工作面,下行通风,目前风量为1168m3/min,回风流φ(C H4)=016%,绝对涌出量为710m3/min;抽放泵混合流量58m3/min,抽出φ(C H4)=315%,绝对涌出量为2104 m3/min.合计该工作面绝对涌出量为9104 m3/min.瓦斯来源为本煤层和下面的己16-17煤层,主要是因为己16-17煤层涌出,占瓦斯总量的80%以上.工作面开始回撤时,回风巷中的φ(C H4)= 0.78%,回风石门中的φ(C H4)=0180%,当回撤到52m时,回风巷中的φ(C H4)=1108%,回风石门中的φ(CH4)=1114%,采取了下隅角及老空区利用己三抽放泵抽放瓦斯及采面上、下封堵的措施.己15221270采面回采过程中,瓦斯变化有下面3个特点:1)工作面回采,但顶板未垮落时,φ(C H4)及瓦斯涌出量与生产时相比没有变化.2)工作面回撤后顶板垮落但并不严实,通过工作面的风量减少,φ(C H4)增加,但瓦斯涌出量呈上升趋势.3)随着工作面回收范围的增加,垮落面积加大,垮落更加严实,回风流瓦斯涌出量明显增加,来72 中国矿业大学学报 第37卷自己16、己17分层采空区的绝对瓦斯涌出量比开始回撤时增加7个百分点,该工作面采空区绝对瓦斯涌出量增加了6个百分点,瓦斯涌出总量增加.412实施效果通过分析,采用下行通风方案是可行的,按照1992年版《煤矿安全规程》第120条的要求,编制了己15221270回采工作面采用下行通风回撤支架的安全技术及管理措施并报有关部门和总工程师审批后,对通风系统进行调整,即实行下行通风,效果十分明显,回采工作面φ(C H 4)由016%降到了012%,其调整后的通风系统示意图如图3.经过一个小班的观察,各种参数稳定,运输巷只安设了一台JB T 262型局部通风机,就保证了φ(CH 4)降到013%以下,解决了瓦斯超限,保证了该工作面的安全回撤和封闭.图3 己15221270通风示意Fig.3F 15221270ventilation hint对于具有相同开采条件的己15221270回采工作面和己15223050回采工作面,己15221270回采工作面在采用下行风,己15223050采煤工作面采用上行通风,比较了2个工作面从2005年7月1日到7月15日的工作面φ(CH 4)变化情况,如图4所示.图4 己15221270和己15223050工作面φ(CH 4)对比Fig.4Comparisions between φ(CH 4)ofF 15221270and F 15223050由图4可见,在都采用上行风的情况下,两者工作面φ(C H 4)差别不大.己15221270回采工作面φ(C H 4)最大值为017%,最小值为015%;己15223050回采工作面φ(CH 4)最大值为019%,最小值为017%.采用下行风后,己15221270采煤工作面瓦斯浓度明显下降.最大值为012%,最小值为011%,φ(C H 4)不再超限.上行风φ(CH 4)最大值为017%,最小值为015%.工作面φ(CH 4)平均下降了75%.己16223070采面在回采期间2005年8月4日至8月27日采用下行通风,其余时间采用上行风.工作面上行通风期间采用移动泵抽放采空区瓦斯,下行通风时不用移动泵抽放采空区瓦斯.下面通过绝对瓦斯涌出量比较2种通风方式对于瓦斯防治的效果.从图5可以看出,下行通风时,绝对瓦斯涌出量比上行通风要小,平均为上行风的80%.这是因为邻近层采空区的瓦斯往往被抑制在采空区内,涌入巷道的瓦斯量小,相应地减少了瓦斯涌出总量.采用下行通风方式,不仅可以降低采空区瓦斯涌出量,而且不需要使用移动泵抽放,节省了电力.图5 己15221270下行风和上行风工作面绝对瓦斯涌出量对比Fig.5Comparision between upward ventilation and downward ventilation in F 15221270working facef rom absolute emission volume of gas5结论1)通过对采空区内风流流动状况和瓦斯涌出规律的理论分析,可以看出当回采工作面应用下行风时,采场压差及漏风量都比上行风时小,从采空区涌向采煤工作面的瓦斯量及采煤工作面绝对瓦斯涌出量也比上行风时低,采煤工作面及隅角瓦斯积聚的可能性比上行风时小.2)通过理论分析得出了回采工作面下行通风时采空区不倒流的工作面最低风速,并分析了回采工作面发生瓦斯逆流的条件.3)在平煤集团四矿己15221270工作面采用下行通风后,采空区绝对瓦斯涌出量为上行风时的80%.另外,己15221270回采工作面φ(C H 4)明显下降,最大值为012%,最小值为011%;而上行风时φ(C H 4)最大值为017%,最小值为015%,工作面φ(C H 4)平均下降了75%.参考文献:[1]石琴谱,杨运良,高建良,等.回采工作面下行通风的研究[J ].焦作矿业学院学报,1994,36(1):14282第1期 林柏泉等:近距离保护层开采采场下行通风瓦斯涌出及分布规律16.SHI Qin2pu,YAN G Yun2liang,GAO Jian2liang,etal.The research of descensional ventilation in coal face[J].Journal of Jiao Zuo Mining Institute,1994, 36(1):14216.[2]张跃宇,石琴谱.回采工作面下行通风对矿井安全的探讨[J].煤矿安全,1990,21(11):35241.ZHAN G Yue2yu,SHI Qin2pu.Approach on down2 ward ventilation influence on mine safety in working face[J].Safety in Coal Mines,1990,21(11):35241.[3]张红芒,郭凡进.采场下行通风瓦斯涌出及分布规律探讨[J].煤矿安全,1998,29(6):29231.ZHAN G Hong2mang,GUO Fan2jin.Approach ongas outbursting and distribution rules during down2 ward ventilation in mining stope[J].Safety in 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急倾斜特厚煤层开采工作面瓦斯涌出量预测方法的建立及应用
急倾斜特厚煤层开采工作面瓦斯涌出量预测方法的建立及应用现阶段，急倾斜特厚煤层开采工作面当中，井瓦斯涌出量预测方式还存在一定问题有待解决，并且经过我们的调查与分析，可以了解到，在我国各地区急倾斜特厚煤层开采工作当中，常用的分源预测法也是存在一定不足的。
近年来，人们通过瓦斯质量守恒定律，研究出了巷道瓦斯排放影响系数的计算方式。
从而通过对邻近层瓦斯涌出量预测计算方式的思考，建立了开采分段下部卸压煤体瓦斯涌出量预测相关的数学表达式，在这样的情况下，急倾斜特厚煤层水平分段开采工作面的瓦斯涌出量预测方法也得以形成，在相关人员实际应用期间，可以证实该方法的应用所达成的预测效果较好，并且具有合理性与可行性。
标签：急倾斜;特厚煤层;开采工作面;瓦斯涌出量;预测方法相对来说，我国急倾斜特厚煤层资源储存量是非常丰富的，但是在开采方面难度也是比较大的，在实际工作期间，顶板、瓦斯、采煤工艺冲击以及装备等因素，都有可能对开采质量与效率造成影响。
随着社会经济与科学技术水平的提升，水平分段综放采煤方法逐渐被采煤企业所广泛应用，在这样的前提下，采煤工艺以及装备对急倾斜特厚煤层高校开采的影响，也随之减小。
除此之外，通过我国相关专业的不断研究，急倾斜特厚煤层顶板以及冲击方面的问题，也在一定程度上得以攻克。
现阶段，水平分段开采矿井工作的主要影响就是瓦斯灾害，因此本文将对急倾斜特厚煤层开采工作面，瓦斯涌出量预测方式的建立与使用进行具体探究。
1·现阶段水平分段开采工作面中瓦斯涌出量预测方法存在的问题1·1矿山统计法存在的不足矿山统计法是比较传统的一种瓦斯涌出量预测方法，该方法在瓦斯风化带以下，并且外推垂深不超过100-200米的区域，是比较适用的，但是要想得到预测数据，还需要至少积累一年以上的瓦斯涌出资料，才能够得以实现。
由此可见，在预测区与回采区域的瓦斯地质，以及开采技术条件高度一致的情况下，矿山统计法才能发挥自身的作用与意义。
利用炮掘工作面瓦斯涌出时间序列预测工作面突出危险性
利用炮掘工作面瓦斯涌出时间序列预测工作面突出危险性邹云龙;赵旭生;孙东玲;文光才;雷洪波【摘要】炮掘工作面瓦斯涌出是一个极为复杂的非线性时间序列,其中隐含了大量的突出危险信息.将这些隐含信息显现化,并建立其与炮掘工作面突出危险性之间的联系是研究炮掘工作面瓦斯涌出时间序列特性的主要目的.通过对松藻渝阳煤矿一典型炮掘工作面瓦斯涌出数据的观测,首次利用时间序列方法分离了炮掘工作面瓦斯涌出数据的趋势项、周期项以及噪声项,实现了对炮掘工作面瓦斯涌出的辨识和重构原复杂系统.发现不同突出危险区域,掘进工作面瓦斯涌出时间序列趋势项、周期项以及噪声项之间存在显著的差异,并利用这些差异成功地对考察巷道突出危险性进行了准确的预测.【期刊名称】《矿业安全与环保》【年(卷),期】2010(037)003【总页数】4页(P7-10)【关键词】炮掘工作面;瓦斯涌出;时间序列分析;煤与瓦斯突出预测【作者】邹云龙;赵旭生;孙东玲;文光才;雷洪波【作者单位】煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆,400037;煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆,400037;山东科技大学,山东,青岛,266510;煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆,400037;山东科技大学,山东,青岛,266510;煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆,400037;松藻煤电公司,渝阳煤矿,重庆,綦江,401443【正文语种】中文【中图分类】TD713掘进工作面是我国煤矿突出危险最严重也是发生事故最为频繁的地点之一。
据不完全统计，在2007—2008年间，全国较大及以上有记录的70次煤与瓦斯突出事故中，82.8%的突出事故都发生在掘进工作面，造成了突出事故80.8%的伤亡人数［1］。
国内突出严重矿井的掘进工作面大多采用炮掘方式作业，因此炮掘工作面突出危险性预测是当前煤与瓦斯突出预测工作的主要研究对象。
而我国传统的突出预测方法是一种接触式的点预测方法，通过在煤壁上打钻，测试钻孔或钻屑的瓦斯指标来进行预测。
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第32卷第4期煤 炭 学 报V o.l 32 N o .4 2007年4月J OURNAL OF CH I N A COAL SOC I ETYA pr . 2007 文章编号:0253-9993(2007)04-0382-04保护层开采工作面瓦斯涌出量预测戴广龙1,汪有清1,张纯如2,李庆明2,邵广印2(1.安徽理工大学资源开发与管理工程系,安徽淮南 232001;2.淮南矿业集团谢桥煤矿,安徽淮南 232001)摘 要:分析了分源法预测保护层工作面瓦斯涌出量理论和保护层开采时上覆煤岩层采动裂隙的分布,然后应用分源法预测了谢桥矿1242(1)保护层开采工作面瓦斯涌出量,预测结果为15.93～17.22m 3/m in ,误差为3.3%～4.5%.关键词:保护层开采;瓦斯涌出量;预测;瓦斯治理中图分类号:TD712.5 文献标识码:A收稿日期:2006-06-26 责任编辑:毕永华 基金项目:安徽省高校科技创新团队计划资助项目(矿业安全技术2006KJ005Td );安徽省自然科学基金资助项目(070414171) 作者简介:戴广龙(1962-),男,安徽霍邱人,教授.E -m ail :g l dai @aust .edu .cnForecast of the gas effused fro m the face i n protecti ve sea mDA I Guang -long 1,WANG You -qing 1,Z HANG Chun -r u 2,LI Q ing -m ing 2,SHAO Guang -y in2(1.D epart men t of Res our ces E xpl or a ti on and M anage m e n t E ngineeri ng ,Anhu i Un i versit y of S cie n c e and Technol og y ,Hua i nan 232001,Ch i na ;2.X ie qiao M i ne ,Huainan M i n i ng (Gr oup )Co .Lt d.,Hua i nan 232001,Ch i na )Abst ract :The t h eo r y o f forecasting gas seepage fro m differen t sources at pro t e c tive face was ana l y zed and t h e rule of cranny distribution on the top of cove rw as g iven .Then the forecasted gas flo w fro m the pr o tecti v e face 1242(1)of X ieqiao M ine is bet w een 15.93and 17.22m 3/m in ,and t h e err o r is 3.3%～4.5%.K ey w ords :ex tract p r o tec tive sea m ;gas e m ission flo w ;f o recast ;gas contr o l 随着煤矿开采深度的增加,开采规模不断扩大,煤矿安全生产问题变得越来越突出,成为制约矿井高产高效的主要因素,尤其是在开采低透气性高瓦斯有突出危险的煤层过程中,煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的自然灾害之一.目前,公认为开采不具高瓦斯和突出危险性的保护层是有效减少或消除被保护层煤与瓦斯突出危险性的有效措施.开采保护层的目的是对被保护层卸压,释放被保护层的弹性潜能,增大煤层的透气性,有利于煤层气的运移和解吸,降低被保护层的瓦斯含量及内能.在《煤矿安全规程》中也明确规定:“在开采具有煤与瓦斯突出煤层群时,必须首先开采保护层”.由于保护层的开采,造成邻近层煤层卸压,致使裂隙范围内的卸压瓦斯涌入开采工作面,为了确保回采工作面的安全生产,所以对保护层的开采工作面瓦斯来源分析以及瓦斯涌出量的预测变得尤为重要.1 分源法预测保护层开采工作面瓦斯涌出量理论分源法预测矿井瓦斯涌出量亦称瓦斯含量法预测矿井瓦斯涌出量.该预测法的实质是按照矿井生产过程中瓦斯涌出源的多少、各个瓦斯源涌出瓦斯量的大小,来预计该矿井各个时期(如投产期、达标期、萎缩期等)的瓦斯涌出量.各个瓦斯源涌出瓦斯量的大小是以煤层瓦斯含量、瓦斯涌出规律及煤层开采技术条件为基础进行计算确定的.根据煤炭科学研究总院抚顺分院的研究,矿井瓦斯涌出的源、汇关系如图1所示.第4期戴广龙等:保护层开采工作面瓦斯涌出量预测图1 矿井瓦斯涌出源、汇关系F ig .1 T he re lationshi p bet ween source and co llection of m ine gas1.1 开采煤层(包括围岩)瓦斯涌出量q 1q 1=K 1K 2K 3mm 0(X -X c ),(1)式中,K 1为围岩瓦斯涌出系数,与围岩岩性、围岩瓦斯含量及顶板管理方法有关,一般按顶板管理方法取值,全部陷落法管理顶板时,K 1=1.20,局部充填法时,K 1=1.15,全部充填法时,K 1=1.10;K 2为工作面丢煤瓦斯涌出系数,K 2=1/η,其中,η为工作面采出率;m 为煤层回采厚度,m ;m 0为开采煤层厚度,m ;K 3为采区内准备巷道预排瓦斯对开采层煤体瓦斯涌出的影响系数,采用长壁后退式回采时,按K 3=(L -2h )/L 确定,其中,L 为回采工作面长度,m ;h 为巷道预排瓦斯带宽度,m ;X 为煤层原始瓦斯含量,m 3/t ;X c 为煤的残余瓦斯含量,m 3/t ,按实验室测定取值,若无实验数据,则按表1取值.表1 纯煤的残余瓦斯含量T ab le 1 T he re m ai n s gas of pure coal煤的挥发分含量V daf /%6～88～1212～1818～2626～3535～4242～50纯煤残余瓦斯含量X ′c /m 3 t -19～66～43～22222 在实际计算时取X c =(100-A -M )X ′c /100,(2)式中,A 为煤的灰分,%;M 为煤的水分,%.图2 邻近层瓦斯排放率与层间距的关系F ig .2 T he re lati onship bet ween g as e m ission ra t e of c l o se seam s and t he d ist ance o f t he seam s1———上邻近层;2———缓倾斜下邻近层;3———倾斜、急倾斜下邻近层1.2 邻近层瓦斯涌出量q 2q 2=∑ni =1m im 0k i (x i -x i c ),式中,m i 为第i 个邻近层的煤厚,m ;m 0为开采煤层的回采厚度,m ;k i 为第i 个邻近层受采动影响的瓦斯排放率,取值与开采层的距离关系如图2所示;x i 为第i 个邻近层的瓦斯含量,m 3/t ,一般取与开采层相同值;x i c 为邻近层的残余瓦斯含量,m 3/t ,一般取与开采层相同值.2 保护层开采时上覆煤岩层采动裂隙的分布开采保护层后,在地层中形成一定的采空空间,周围的岩层和煤层便向已形成的采空空间移动和变形,从而引起地层应力重新分布,并在采空区上方形成自然垮落拱,使压力传递给采空区以外的岩层,由于受采动影响,煤层、岩层局部卸压,产生膨胀变形,原有的天然裂隙(构造的、内生的)和大孔隙张开,并形成了新裂隙(外生的),由此增加了煤、岩体的渗透能力和透气性,提高了瓦斯解吸能力与排放能力[1].在“三带”分布高度上,根据文献[2]的研究计算公式垮落带高度H k =100d /(2.1d +16)±1.25.(3) 断裂带高度383煤 炭 学 报2007年第32卷H b =100d /(1.2d +2.0)±2,(4)式中,d 为煤层回采厚度,m .3 现场应用3.1 保护层工作面概况谢桥矿保护层工作面为西一煤下山采区西翼的1242(1)工作面,工作面回风巷煤层底板标高为-578.7～-606.5m ,运输巷底板标高为-641.6～-670.4m ,西至F 5边界断层,东至F 6断层,为该矿11-2煤层首采工作面.该工作面走向长3000m ,倾斜长240m ,平均煤厚2.81m ,平均煤层倾角14°,图3 煤系地层局部综合柱状图F ig .3 H ist og ra m o f l oca l coa l se ri e s其煤的灰分为30.11%,水分为2.15%.1242(1)工作面煤层老顶为浅灰色粉细砂岩,厚度为8.08m ,直接顶为浅灰—灰白色砂质泥岩,厚度为3.42m ,直接底为灰色砂质泥岩,厚度为10.32m.该工作面为谢桥矿首个保护层开采工作面,对应的被保护工作面为1232(3)工作面.13-1煤厚为1.93～8.28m ,平均煤厚5.2m.11-2煤层位于13-1煤层下方,平均间距为70m 左右,煤岩赋存如图3所示.11-2煤层平均厚度为2.81m ,带入公式(3),(4)计算跨落带高度H k =11.6～14.1m ,断裂带高度H b =50.3～54.3m.由于13-1煤层与11-2煤层平均垂距为70m ,最小为66m ,所以,在理论上13-1煤层的卸压瓦斯基本上不会下串到开采工作面,通过综合柱状图的比较,所以1242(1)工作面瓦斯主要来源于本煤层11-2煤层、下邻近层11-1煤层和上邻近层11-3煤层.3.2 1242(1)工作面瓦斯涌出量预测根据谢桥矿提供的现有瓦斯含量资料,11-2煤层原始瓦斯含量为3.77～4.40m 3/t ,其邻近层11-1,11-3煤层为不稳定、不可采煤层,因煤质较11-2煤层差,取11-1,11-3煤层原始瓦斯含量为3m 3/t ;11-2煤层厚度取2.81m.(1)本煤层瓦斯涌出量q 1 根据现场实际取巷道瓦斯排放宽度h =13m ,综合式(1),(2)得q 1=1.2×1.053×0.89×2.81/2.81×[(3.77～4.40)-1.2]=2.89～3.15m 3/t .(2)邻近层瓦斯涌出量q 2 从表2中计算得:q 2=0.184+0.122=0.306m 3/.t 所以1242(1)工作面预测瓦斯涌出量q =q 1+q 2=0.306+(2.89～3.15)=3.196～3.456m 3/t ,按工作面设计日产7176t 计算,则绝对瓦斯涌出量为15.93～17.22m 3/m i n .表2 保护层开采邻近层瓦斯涌出量计算结果Tab l e 2 Th e ca l cu l at i on re s u lts of gas em issi on fro m c l ose sea m煤层编号厚度/m 距开采层间距/mk i /%x i /m 3 t -1x i c /m 3 t -1瓦斯涌出量/m 3 t -111-10.323.9903.001.200.1811-22.81开采层3.77～4.001.20011-30.208.7953.001.200.12 注:q 11-1=0.32/2.81×0.9×(3-1.2)=0.184;q 11-3=0.2/2.81×0.95×(3-1.2)=0.122.384第4期戴广龙等:保护层开采工作面瓦斯涌出量预测3.3 工作面实际瓦斯涌出量1242(1)工作面于2004-11-14开始回采,后退式开采,日进度8m.工作面回采14d 的实际瓦斯涌出量见表3.表3 1242(1)工作面实际瓦斯涌出量Tab l e 3 Actua l gas e m ission fl ow at work face 1242(1)时间回风流瓦斯浓度/%风排瓦斯量/m 3 m in -1工作面距切眼距离/m瓦斯涌出总量/m 3 m i n -1时间回风流瓦斯浓度/%风排瓦斯量/m 3 m i n -1工作面距切眼距离/m 瓦斯涌出总量/m 3 m i n -114日0.5410.96010.9621日0.5210.5527.6011.0715日0.5811.778.8011.7722日0.5210.5531.5511.4116日0.6813.8010.8013.8023日0.469.3334.5010.1617日0.8216.6414.2016.6824日0.469.3336.7010.2018日0.6212.5816.8013.0325日0.387.9739.308.6719日0.5210.5521.5010.9626日0.408.3942.509.1220日0.489.7424.5010.3927日0.428.8149.359.82图4 瓦斯涌出量、风排瓦斯量随工作面推进距离的关系F ig .4 The re l a tions h i p be t w een the sit ua tion o fw ork faceand em issi on gas and gas o f up l anew ay 瓦斯涌出总量、风排瓦斯量随工作面推进度的关系如图4所示.从图4可以看出,随着工作面的推进,瓦斯涌出量逐渐增大,根据实测资料工作面初次来压步距为25.2m ,周期来压步距为12.1～18.0m ,所以在工作面推进50m 左右时,后方采空区应该充分垮落.从表3可以看出,在工作面推进到14.2m 时,绝对瓦斯涌出量达到最大,为16.68m 3/m in ,而预计绝对瓦斯涌出量为15.93～17.22m 3/m in ,误差为3.3%～4.5%.4 结 论(1)保护层开采后,致使被保护层发生了整体移动,破坏了原岩应力的平衡,地应力重新分布,岩体向采空区方向移动,被保护范围内煤层发生卸压、膨胀,产生“O -X ”型破坏,造成裂隙范围内邻近煤层瓦斯涌入开采工作面,使处于断裂带以上被保护范围内煤层产生大量的层内破断裂缝和层间裂隙,增大了处于断裂带以上被保护范围内煤层的透气性.所以保护层开采工作面的瓦斯主要来源于裂隙范围内的邻近煤(岩)层瓦斯及本煤层瓦斯.(2)采用分源法预测了现场保护层开采工作面绝对瓦斯涌出量为15.93～17.22m 3/m i n ,而实际工作面瓦斯涌出量为16.68m 3/m in ,误差为3.3%～4.5%,满足现场要求,为回采前期的瓦斯治理工作提供了可靠依据.参考文献:[1] 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M ].北京:煤炭工业出版社,2000.[2] 涂 敏.潘谢矿区采动岩体裂隙发育高度的研究[J ].煤炭学报,2004,29(6):641～645.385。