分源预测法在掘进面瓦斯涌出量预测中的应用

元永国

(辽源职业技术学院)

长期以来,瓦斯一直是威胁矿井安全生产和影响经济效益的重要因素。以高速高效为特征的综掘工作面由于强度高,工作面绝对瓦斯涌出量比相同条件下其它类型工作面显著增大。但往往在制定回采工作面瓦斯治理措施时,由于对煤层瓦斯赋存规律不明确,尤其是对掘进工作面瓦斯涌出量不能进行正确的预测,从而导致治理措施针对性不强。所以, 准确预测掘进工作面瓦斯涌出量对于合理有效配风,制定并采取有效的瓦斯防治措施具有重要的意义。

1 概 况

开滦东欢坨矿位于河北省唐山市丰润区境内，地处韩城镇和新军屯镇之间。井田呈北向东狭长区域，东南翼走向长13.5 km；倾向宽3 km；西北翼走向长8 km,倾向宽0.5 km；井田面积约40 km2。地表为冲击平原地形，地势较平坦。

1) 相邻采区采掘情况。该面为中央采区北翼煤12-1首采工作面。本煤层倾斜上下附近尚无采掘工程，相邻煤层上方为2018工作面，现已回采完毕，倾斜上方为2016工作面，已回采完毕。风道在2016采空区下方，运道在2018采空区下方，切眼布置在以上两采空区下方。

2) 工作面掘进工程。依据设计，本工作面所涉及掘进工程及工程量为：运道826 m，风道720 m，切眼107 m，运煤石门39 m，运料斜巷30 m，回风石门11 m，回风联络巷41 m，3个绞车窝，掘进总工程量为1 786 m。工作面掘进情况见表1。

表1 工作面掘进情况表

2 分源预测法预测掘进工作面瓦斯涌出量理论

分源预测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沈阳分院的研究,掘进工作面瓦斯涌出的源、汇关系见图1。

图1 掘进工作面瓦斯涌出源、汇关系示意图

3 掘进工作面瓦斯涌出量预测

根据分源预测法，可以认为掘进工作面瓦斯涌出量由两部分组成，见表2。

表2 12#煤层瓦斯基础参数测定汇总表

1) 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量。

(1)

式中:

Q1—掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min;

D—巷道断面内暴露煤面的周边长度，m。对于薄及中厚煤层，D=2m0,m0为煤层厚度，对于厚煤层，D=2h+b,h及b分别为巷道的高度及宽度。D=2×3+3.5=9.5 m；

V—巷道平均掘进速度，m/min,取0.003；

L—巷道长度，m,取700；

q0—巷道煤壁初始瓦斯涌出强度，m3/min·m2。

前苏联根据统计资料，提出的计算公式为：

q0=aX[0.000 4(Vdaf)2+0.16]

(2)

式中:

Vdaf—煤的挥发分，%。

X—煤的瓦斯含量，m3/t。

q0=0.026×5.331×[0.000 4(0.314)2+0.16]=0.022 2 m3/min·m2;

Q1=0.06 m3/min

2) 掘进巷道落煤瓦斯涌出量。

Q2=S·Vρ(X-XC)

(3)

式中：

Q2—掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，取m3/min;

S—掘进巷道断面面积, m2,取10.4；

V—巷道平均掘进速度，m/min,取0.003；

ρ—煤的密度，t/m3,取1.48 ；

X—煤的瓦斯含量，m3/t,取5.331；

Xc—煤的残存瓦斯含量，m3/t。

Q2=0.2 m3/min；

综上，掘进工作面瓦斯涌出量为:0.26 m3/min。

4 结 论

1) 根据分源预测法，可以认为掘进工作面瓦斯涌出量由两部分组成，分别为掘进巷道煤壁瓦斯涌出量和掘进巷道落煤瓦斯涌出量。

经计算掘进工作面瓦斯涌出量为：0.26 m3/min。

2) 本文采用分源法预测瓦斯涌出量，预测结果能为掘进工作面通风设计提供更合理的矿井瓦斯涌出量基础资料，并为掘进工作面瓦斯治理提供了科学依据。

[1] 袁 亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,2004：31-33.

[2] 张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2000:71-72.

[3] 于不凡.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2005:49-50.

[4] 王端武.瓦斯灾害防治图册[M].北京:煤炭工业出版社,2002:21-24.

收稿日期 2010-06-28