基于瓦斯含量的云冈矿“三量”可采期计算研究

任智敏

（晋能控股煤业集团 云岗矿，山西 大同 037000）

1 地质概况

云冈矿井中含有高瓦斯气体，在掘进过程中，瓦斯涌出量在不断增加，且矿井南部的涌出量明显高于北部的涌出量，工作面上最大瓦斯涌出量可达1.5 m3/min，绝对瓦斯涌出量为28.93 m3/min，相对瓦斯涌出量为3.23 m3/min，瓦斯压力为0.275 MPa，钻孔自然瓦斯流量衰减系数为0.043 4d-1，煤层透气性系数为0.175λm2/(MPa2·d)，属于可抽放煤层。

2 瓦斯抽采可采期

2.1 回采煤量合理可采期的计算

要及时准确的反应工作面的采掘接替关系，就需要对回采煤量的合理可采期进行确定，采用掘进速度统计参数法进行计算[1]，为了让采掘处于恒定状态，回采期所消耗的巷道要等于去除接替准备时间所掘进的巷道，得到回采煤量合理可采期为：

式中：Th为开采范围内回采煤量合理可采期；η为回采煤量的有效系数；Vi为回采工作面每月平均速度；V0为采煤工作面每月平均速度；L0为回采工作面的总长度。

在计算回采煤量有效系数时，要对矿井的多个工作面进行统计，得到一个平均值。

2.2 准备煤量合理可采期计算

考虑瓦斯抽采的影响，得到准备煤量合理可采期为：

式中：Tzmin为开采范围内准备煤量合理可采期的下限；Kp为准备煤量的备用系数；AZ为每开采1 万t准备煤量，巷道需要掘进长度；VZ为每月准备巷道的掘进速度；Qzi为第i 个计划接替工作面的准备煤量；Tz0为形成准备煤量后到形成回采煤量前接替准备时间；Tzl为准备巷道揭露煤层前的预抽时间，主要针对高瓦斯和突出矿井，普通矿井中可忽略该参数。

2.3 开拓煤量合理可采期计算

考虑瓦斯抽采的影响，得到准备煤量合理可采期为：

式中：Tkmin为开采范围内开拓煤量合理可采期的下限；Kp为开拓煤量的备用系数；Ak为每开采1 万t开拓煤量，巷道需要掘进长度；Vk为每月开拓巷道的掘进速度；Qki为第i 个计划接替工作面的开拓煤量；Tk0为形成开拓煤量后到形成回采煤量前的接替准备时间；TZ2为开拓巷道进入煤层前的预抽时间，主要针对高瓦斯和突出矿井，普通矿井中可忽略该参数；TZ3为井筒延伸进入煤层前的预抽时间，主要针对高瓦斯和突出矿井，普通矿井中可忽略该参数[2]。

3 瓦斯抽放的分析研究

评价钻孔预抽瓦斯效果的重要指标是抽放率[3]，在恒定的抽放时间内，预抽工作面内瓦斯抽出量与抽放工作面的瓦斯总储量的比就是抽放率抽放率，计算公式为：

式中：Qg为恒定时间内预抽工作面瓦斯抽出量；Wg为抽放工作面的瓦斯总储量。

3.1 矿井瓦斯抽放情况

对云冈矿几个预抽工作面的瓦斯进行抽放，绘制瓦斯抽放率曲线如图1 所示。随着时间的增加，瓦斯抽放率曲线趋于一条直线，瓦斯抽放率最高为0.46%，在外部采矿条件不变时，瓦斯抽放到一定值后，时间对抽放率几乎没有影响。

图1 云冈矿瓦斯抽放率对比Fig.1 Comparison of gas drainage rate in Yungang Mine

目前，云冈矿工作面瓦斯预抽抽放率较低，如果预抽作业只是在工作面的顺层、穿层以及回采顺槽上，瓦斯抽放效果不好，工作面上瓦斯超限仍然难以解决，难以达到预抽的要求，为了解决工作面在回采过程中出现的瓦斯超限，根据相关抽放经验，采用顺层长钻孔抽放技术，合理布置钻孔，钻孔间距为4.0 m，长度为60.70 m，抽放负压在15~26 kPa；对高位顶板裂隙进行钻孔抽放，在裂隙带中开掘出一条巷道，连接瓦斯抽放管道，在负压的作用下，工作面上的瓦斯沿管道进入抽放巷，将瓦斯气体抽出地面；对采空区内的瓦斯，采用埋管和卸压方式进行抽放，将回采过程中工作面的瓦斯涌出量降到最低。

3.2 矿井瓦斯预抽时间分析

进行瓦斯抽放时，钻孔抽放瓦斯的总量与时间成正比例关系，抽放钻孔瓦斯涌出量与时间成反比例关系，在瓦斯抽放到一定程度后，随着时间的增加，瓦斯抽放量会达到极限值[4]，不会一直增加，根据矿井实际开采以及工作面的接替关系，确定预抽时间，预抽时间不宜太长，最终确定云冈矿工作面瓦斯预抽时间为8 个月。

4 “三量”关系确定

综合云冈矿的地质情况，根据对瓦斯抽采达标煤量、瓦斯抽放量以及瓦斯抽放时间的分析，得到云冈矿“三量”之间的关系见表1。

表1 云冈矿“三量”之间的关系Table 1 Relationship between"three quantities"in Yungang Mine

在不进行瓦斯预抽的情况下，要确保工作面正常接替，回采煤量合理可采期为5 个月、准备煤量合理可采期为12 个月、开拓煤量合理可采期为3~5 a；而在进行瓦斯预抽的情况下，工作面上回采煤量合理可采期在8 个月以上，且回采煤量波动小，几乎不受外界条件的影响，能消除工作面采掘接替紧张问题，保证矿井的正常生产，因此，确定最优的“三量”关系为：工作面上回采煤量合理可采期为8 个月、准备煤量合理可采期为12 个月、开拓煤量合理可采期为3~5 a。

5 结 论

（1） 针对云冈矿采掘期间瓦斯涌出量增加的问题，为满足矿井开采接续需求，给出瓦斯抽采“三量”可采期的计算方法。

（2） 分析矿井瓦斯抽放情况以及矿井瓦斯预抽时间，确定最优的“三量”关系，即工作面上回采煤量合理可采期为8 个月、准备煤量合理可采期为12 个月、开拓煤量合理可采期为3~5 a 时“三量”关系最优，较好地解决工作面采掘接续紧张的问题。