4305工作面采前瓦斯预测与回采涌出瓦斯的对比分析

王俊红

（晋煤集团 成庄矿，山西 晋城 048000）

成庄的井田面积63.66 km2，现采3号煤层，煤层平均厚度6.63 m。2005年矿井通过升级改造，生产能力达到800万t/a。原设计为低瓦斯矿井，随着向西延深和产量的大增，瓦斯涌出量由1997年的10.1 m3/min增至2011年的378.02 m3/min（风排瓦斯量122.84 m3/min，抽放瓦斯量255.18 m3/min），相对瓦斯涌出量由 9.02 m3/t升至23.47 m3/t。

根据晋煤集团《高瓦斯矿井采煤工作面采前煤体瓦斯评价办法》，高瓦斯矿井采煤工作面回采前必须进行抽放效果评价，满足条件后方可回采。本文将对4305工作面的采前瓦斯预测和实际回采时瓦斯涌出量进行分析，以此找出抽放系统中的薄弱环节，提升抽采系统能力。

1 工作面的概况

4305综采放顶煤工作面处于四盘区南翼侧（见图1）、4304综放工作面以西（已采完）、4306综放工作面以东（未采）。工作面走向长度：一号切眼→停采线：1 005.87 m（切眼煤壁至停采线）；二号切眼→停采线：815.865 m（切眼煤壁至停采线）。工作面倾向长度：一号切眼：116 m（煤壁长度）；二号切眼：195 m（煤壁长度）。工作面煤层为黑色优质无烟煤，煤层节理、裂隙发育，硬度f=2～4，煤层平均厚度6.5 m，煤体容重1.45 t/m3，煤炭工业储量170.719万t。4305工作面采用一进两回的“U＋L”型通风方式，工作面进、回风巷等巷道特征，如表1所示。

图1 工作面布置示意图

表1 4305工作面巷道特征表

2 工作面的瓦斯涌出量预测

1）工作面煤体的瓦斯含量：根据《4305综放工作面回采地质说明书》，工作面煤体原始瓦斯含量分为三段。其中，回采进度0～104 m内，煤层原始瓦斯含量10～12 m3/t；回采进度104～665 m 内，煤层原始瓦斯含量8～10 m3/t；回采进度665 m至停产线内，煤层原始瓦斯含量7～8 m3/t。参考《中国煤炭科学研究院重庆分院测定》的四盘区煤体残存瓦斯含量4 m3/t；工作面范围内煤体不同区域的煤体瓦斯含量并不同。工作面回采初期的104 m范围内瓦斯含量较大，剩余区域瓦斯含量较低。

2）工作面瓦斯的抽采情况：在4209巷、4210巷施工顺层钻孔对工作面本煤层瓦斯进行抽放，在4210副巷铺设采空区抽放管路，为治理4305工作面回采期间采空区瓦斯。

①4209巷抽采情况：4209巷共施工顺层孔403个，总进尺37 777 m，平均长度93.74 m。80 m以上钻孔341个，占总孔数的84.6%。4209巷平均百米钻孔混合流量0.0 33 89 m3/min，平均浓度45%。平均抽采纯量根据公式：

式中：Qpj为平均抽采纯量，m3/min；qbm为百米钻孔流量，m3/min；L为总进尺，m；C为浓度%。通过流量统计，结合抽采计算，截至2009年3月底，累计抽放纯量 64.24 万 m3。

②4210巷抽采情况：4210巷共施工顺层孔513个，总进尺63 039 m，其中停采线至二切眼共施工钻孔382个，进尺48 904 m；160 m以上钻孔168个，钻孔成孔率44%。二切眼至一切眼共施工钻孔87个，进尺8 407 m；100 m以上钻孔79个，钻孔成孔率90.8%。二切眼内共施工钻孔44个，进尺5 728 m；200 m以上钻孔12个，钻孔成孔率27.3%。4210巷平均百米钻孔混合流量0.010 6 m3/min，平均浓度45%。则平均抽采纯量根据公式：

通过流量统计，结合抽采计算，截至2009年3月底，累计抽放纯量171.57万m3。

3）工作面抽放后瓦斯含量预算：4305面原始瓦斯储量1195.033～2048.628万m3，钻孔密度按照工业储量170.719万t计算为0.059 m/t。截至2009年3月底，4209巷和4210巷累计抽放瓦斯量分别为64.24万 m3和 171.57万 m3，共计 235.81万 m3。

则抽采率约为：

式中：η为抽采率%；Q为抽采总量，m3；W为原始瓦斯储量，m3。

因抽采量测定的是工作面所有钻孔的总抽采量，考虑钻孔施工有时间差异，对应抽采量也有差异，要选适当的差异系数计算。截至2009年3月底，经过抽采和巷道释放瓦斯后，该工作面煤体的平均瓦斯含量约为1 688.028万m3。经抽放和巷道释放瓦斯后，工作面煤体可解吸瓦斯量为：

1 688.028/170.719-4≈5.89 m3/t。又因钻孔施工开始到结束历时3个月，选取时间差异系数1.2，则工作面煤体可解吸瓦斯含量5.89×1.2=7.06 m3/t。

3 工作面实测的煤体瓦斯含量

1）煤体瓦斯含量的测定：对4305工作面煤体瓦斯含量较大区域（回采进度0～104 m内，煤层原始瓦斯含量10～12 m3/t）进行煤体可解吸瓦斯量井下现场实测和井上实验室分析；所测煤体可解吸瓦斯含量，如表2所示与回采地质说明预测原始瓦斯含量抽放后的煤体瓦斯含量有一定差异。考虑预测的不准确性，实测可解析瓦斯量更符合实际情况，应以所测最大的煤体可解析瓦斯量进行预测，才对工作面能否满足安全生产更有保障性。

表2 工作面煤体可解吸瓦斯量实测数据表

综上所述，4305工作面区域内煤炭工业储量约170.719万t，所测煤体最大瓦斯含量7.088 2 m3/t。截至2009年3月底，经抽放后工作面煤体最大可解吸瓦斯量为3.088 2 m3/t。

2）预测工作面回采期间的瓦斯涌出量：按照4305工作面回采时所测定的最大可解吸瓦斯量（3.09 m3/t）及工作面计划最大日产量（11217.8 t/d），考虑煤体内可解吸瓦斯量在回采过程中全部释放，以此来反算综放工作面绝对瓦斯涌出量qCH4，则得：以上计算均选取的最大值，所以对综采工作面回采瓦斯涌出量预算具有一定的指导意义。

3）工作面回采期间的瓦斯涌出量：2009年4月18日-6月20日，工作面回采累计推进300 m，其中，4、5月份工作面进行两次初采放顶工作，工作面实际正常生产仅有两个月，表3为工作面正产生产时，每月产量和瓦斯数据的平均值及最大值。

表3 4305工作面月通风瓦斯数据统计表

4 工作面的采前瓦斯预测和实际回采时瓦斯涌出量的对比分析

1）据工作面回采前的预测瓦斯数据和实际回采时的瓦斯涌出量。正常回采时，平均瓦斯涌出量随着产量的增加逐渐增加，最大平均值16.37 m3/min。其中，工作面最大瓦斯涌出量22.9 m3/min，与工作面产量的关系，最大涌出量较预测的最大瓦斯涌出量约小24.07 m3/min。2）据工作面回采前预测的煤体瓦斯解吸量和实际回采时的吨煤瓦斯涌出量。回采前煤体可解吸瓦斯量按地质说明书提供的瓦斯含量计算，工作面煤体最大可解吸量5.89 m3/t，而通井下现场实测和井上实验室实测3.09 m3/t，正常回采时，吨煤瓦斯平均涌出量3.12 m3/t，可见，进行实测数据几乎接近实际瓦斯涌出情况，而根据瓦斯地质图进行预测与实际瓦斯涌出相差甚远。3）综上所述，采煤工作面在回采前，通过实际测量的煤体可解吸瓦斯量数据，对工作面的瓦斯涌出量进行预测更科学、更准确、更能安全指导工作面的瓦斯和生产情况。