瓦斯抽放标准.doc

第10卷第3期（总第64期） 2005年6月煤 矿 开 采CoalMiningTechnologyVo1.10No.3（SeriesNo.64） June 2005 应用基础研究 低瓦斯矿井煤层基本瓦斯参数测定与应用 王恩营 （河南理工大学资源与环境工程系，河南焦作454000） ［摘 要］ 为了治理低瓦斯矿井工作面回风流及上隅角瓦斯超限问题，利用工作面瓦斯涌出量、瓦斯参数实际测定法，实测了工作面瓦斯涌出构成，其中，本煤层约占26.0，邻近层约占74.0，并从上隅角集中涌出；根据实测的煤层瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气系数及钻孔瓦斯流量衰减系数等，评价本煤层属于极难抽放煤层，提出了下行风加专用排瓦斯巷和采空区瓦斯抽放2套治理措施。现场应用表明，高位钻孔法抽放瓦斯效果较好。 ［关键词］ 工作面；瓦斯；参数；治理 ［中图分类号］TD712.623 ［文献标识码］A ［文章编号］1006-6225（2005）03-0001-03 Mensurationandapplicationofgasparameterinlowgasmine WANGEn-ying （Dept.ofResourcesandEnvironmentEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China） AbstractTocontrolthegasgoingbeyondthelimitinworkingfaceandatuppercornerinlowgasmine，byapplyingthemensurationofgasparameterandthequantityofgasemissioninworkingface，thequantityofcoalgasemissionoccupiesabout26，thequantityofadjacentcoalgasemissionoccupiesabout74andemittedconcentratelyattheuppercorner.Accordingtothegaspressure，gascontent，gaspermeabilitycoefficientandboregasrunoffattenuationcoefficient，etc.，itwasbeenestimatedthatgasdrainagefromthecoalisverydifficult，twokindsofpreventionandcontrolsareputforward，namely，downairinessandlettinggaslanewaytobeusedwholly，andgasdrainagefromthegoaf.Theexperimentthattheeffectofperchboregasgrainageisbetterthentheothershaveprovedit. Keywordsworkingface；gas；parameter；preventionandcontrol 煤层瓦斯基本参数是煤层瓦斯储量计算、瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出危险性预测、瓦斯抽放评价和煤矿瓦斯灾害综合治理的基础性参数，主要包括煤层瓦斯压力p、瓦斯含量W等。 低瓦斯矿井瓦斯涌出的不均衡性以及上隅角瓦斯超限问题是影响煤矿安全生产的突出因素之一。本文以河南义马煤盆地中侏罗纪煤田低瓦斯煤层2-3煤为例，研究低瓦斯煤层基本瓦斯参数及工作面瓦斯涌出构成，进而探讨工作面瓦斯治理措施与方法。 1 回采工作面瓦斯涌出构成 研究表明，在进风侧，部分新鲜风流由工作面进入采空区；在回风侧，风流携带高浓度瓦斯由采空区返回工作面；而在工作面中部基本没有风流进出。因此，可以根据工作面下半部的瓦斯涌出量推算整个工作面的本煤层瓦斯涌出量，然后通过计算总的瓦斯涌出量，求得工作面瓦斯来源及其比例。 实测数据显示，工作面中部50架处生产班的平均瓦斯浓度为0.14，从进风巷一侧到50架，长度为75m，可以计算出该段的瓦斯涌出量为1.85m3/min，由此可以粗略推算出整个工作面本煤层瓦斯涌出量为3.16m3/min。该班回风巷的瓦斯浓度为0.92，风量为1324m3/min，可计算出该工作面总的瓦斯涌出量为12.18m3/min。显然，本煤层瓦斯涌出量仅占25.94，而采空区则占74.06。检修班与生产班具有类似的瓦斯涌出特点，说明工作面瓦斯涌出与生产关系不大。2 煤层基本瓦斯参数测定2.1 煤层瓦斯压力测定 研究中选用中国矿业大学最新研制的煤层瓦斯测压新方法，即胶囊-密封黏液泡沫封孔测压法。其测压过程及主要技术原理是 （1）在煤层中选定地点，平行煤层打测压钻孔，孔深15～20m、孔径90mm，并将测压仪送入 ［收稿日期］2004-11-01 ［基金项目］河南省科技攻关资助项目（9412004Y0462）［作者简介］王恩营（1963-），男，河南新乡人，硕士，副教授，主要从事煤矿地质与煤矿安全教学与研究工作。 钻孔，孔底留出2m长的空间作为测压室； （2）将乳化液注入胶囊，胶囊膨胀封住钻孔及胶囊间黏液泡沫，黏液泡沫封住测压室里的瓦斯。测压时，每8h观察记录瓦斯压力、胶囊乳化液压力和黏液段压力1次，如瓦斯压力连续3d没有变化，即视该稳定压力为煤层瓦斯压力。测压结果见表1。 2.2 煤层瓦斯含量测定 研究中采用直接法测定煤层瓦斯含量，即通过钻孔采集煤样装入密闭容器，在实验室内用脱气仪抽出全部瓦斯，确定煤层瓦斯含量。瓦斯含量测定采用的标准是MT/T77-49，瓦斯含量由损失量、解吸量、常温脱气量和加热脱气量4部分组成。测定地点和测压点相同，测定结果见表1。从表1中可以看出，测定点CH4及N2含量均在20～80之间，属于N2-CH4带，与井田勘探实测结果一致。 位置（耿村矿）西二采区12151下山 东三采区 瓦斯压力/MPa 0.950.35 为了检验测定结果，研究中又采用间接法计算了煤层瓦斯含量。鉴于测压点煤层处于瓦斯风化带，瓦斯中N2和CO2气体占有较大的比例，因此，将原来瓦斯含量计算公式修正为 X abPCH41Σbipi ・ 100-A-W1 ・exp［n 10010.31WTP0k （ts-t）］ KT0PCH4 计算结果显示（表1），与直接法差值很大，最大的超过50，最小的为25。分析造成误差的主要原因是温度对瓦斯含量有很大的影响，实验室测定Langmuir吸附常数的温度不一致，需要靠经验数据修正；煤层内气体成分复杂，仅仅测定CH4的吸附常数是不够的，还需要测定其他气体成分的吸附常数等。显然，间接法不确定因素多，数据误差大，因此，采用直接法测定结果。 表1 煤层瓦斯基本参数测定结果 CO20.941.02 瓦斯含量/m3・t-1 N2实测CH4/计算CH43.622.49 2.03/1.520.40/0.22 透气系数λ0.006/ 钻孔流量衰减系数 114.31d-1 / 2.3 煤层瓦斯透气系数计算 已有研究表明，钻孔径向流量法测定结果准确，不受煤层条件限制，实用性好，应用广泛。但这种测定方法，在计算透气系数时需要在一组公式里经过多次试算才能找到合适的计算公式，而且理论分析还表明，现有的计算方法还存在着无法找到合适计算公式，或存在两个互相矛盾的计算结果等问题。为此，我们用修正后的公式组对透气系数进行了计算，解决了存在的问题，并给出了不需要试算即可直接计算透气系数的优化算法（表2）。计算表明（表1），2-3煤层透气系数很低，属于低透气煤层。 表2 修正后的煤层透气系数优化计算 时间准数 系数a （F0Bλ）10-2-11-1010-102102-103103-105105-107 11 指数b-0.380000 AB的取值区间16233.63λ3.16A1.07B1.07 2.4 煤层瓦斯钻孔流量衰减系数 该系数是衡量煤层瓦斯抽放难易程度的重要指 王恩营低瓦斯矿井煤层基本瓦斯参数测定与应用2005年第3期 煤矿安全规程第145条和矿井瓦斯抽放管理规范第9条规定，采煤工作面瓦斯涌出量大于5m3/min，用通风方法解决不合理的，必须建立地面永久抽放系统或井下临时抽放系统。 目前，工作面最大瓦斯涌出量已经达到了13.23m3/min，并随着风量及埋深的增大而增大。瓦斯涌出量中，本煤层约占20.0，邻近层约占80.0，并从上隅角集中涌出，用通风方法解决瓦斯问题已经不合理。另外，实测煤层透气性系数低，钻孔瓦斯流量小、衰减快，煤层瓦斯含量小等，根据矿井瓦斯抽放管理规范第19条对未卸压的原始煤层瓦斯抽放难易程度的分类标准及第10条煤层瓦斯抽放量和抽放服务年限要求，评价本煤层为极难抽放煤层。 为了解决工作面上隅角瓦斯严重超限问题，提出上隅角瓦斯抽放方法。该法通过抽放采空区上隅角瓦斯，使上隅角始终保留一个漏风汇，并改变该处的瓦斯流动方向，以排除其高浓度瓦斯和减少向工作面回风巷的涌入。该方法又分预埋管法和高位抽放采空区瓦斯的方法。埋管法是常用的采空区瓦斯抽放技术，其特点是简单易行，成本低廉。高位钻孔法是根据煤层瓦斯地质条件及瓦斯流动规律，在靠近回风巷的煤层顶板向采空区冒落带及裂隙带打钻孔，通过抽放负压在冒落带及裂隙带形成通风汇，进而改变采空区流场分布。现场实际抽放表明，高位钻孔法比埋管法抽放效果好，有效地解决了采空区瓦斯从上隅角一带大量涌出所造成的上隅角瓦斯大面积积聚和回风流瓦斯超限问题。3.2 下行风与UL通风系统治理工作面瓦斯 采用这样的通风系统可以起到以下3个方面的作用 一是增加漏风汇，变一源一汇为一源两汇，使采空区上隅角瓦斯从漏风汇中排出。注意漏风汇的位置对控制采空区上隅角瓦斯涌出具有重要作用； 二是对高浓度瓦斯实施了隔离。按照煤矿安全规程的规定，尾巷的瓦斯浓度最高可以保持在2.5，这样可大幅度增加回风巷和尾巷的综合排放瓦斯能力； 三是下行通风可以降低采空区的瓦斯涌出量。下行风时，瓦斯的上浮作用和自然风压可以降低采空区漏风，从而减少采空区瓦斯涌出。但应特别注意排除对煤层自燃的影响。 根据计算，在工作面风量为1350m3/min时，瓦斯涌出量为13.23m3/min，其中的8.0m3/min为风量增加导致漏风增大而造成的。可以考虑把风量调低到650m3/min，这样工作面瓦斯涌出量在6.0m3/min左右。对尾巷分配200m3/min左右，瓦斯浓度保持在2.0左右，这样回风巷的风量在450m3/min左右，瓦斯浓度在0.5以下，可以很好地解决上隅角超限和回风巷瓦斯一直处在临界状态的问题。4 结论 （1）工作面瓦斯涌出量比较高，最高达到了13.23m3/min，瓦斯涌出构成中本煤层约占26，采空区约占74，并从上隅角集中涌出。 （2）根据实测煤层基本瓦斯参数，评价本煤层属于极难抽放煤层。 （3）根据工作面采场瓦斯主要来源于采空区并在上隅角集中涌出的特点，提出了工作面瓦斯治理的两套治理措施，即下行风加专用排瓦斯巷和采空区瓦斯抽放。 （4）建议在目前的情况下，进一步开展煤层瓦斯基本参数的测定及工作面瓦斯涌出规律研究，尽快采取措施，通过试验探求适合低瓦斯矿井工作面瓦斯治理技术与方法。 ［参考文献］ ［1］刘明举，何学秋.煤层透气性系数的优化计算方法［J］.煤 炭学报.2004，29（1）74-77. ［2］俞启香，王 凯.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.2000，29（1）9-14. ［3］林柏泉，张仁贵.U型通风工作面采空区瓦斯涌出及其治理 ［J］.煤炭学报.1998，23（2）155-160. ［4］袁 亮.淮南矿区瓦斯治理技术与经验［J］.煤炭科学技术 .2000，28（1）7-11，50. ［责任编辑邹正立］ 第一届中国国际瓦斯治理及利用研讨会将在北京召开 今年10月26日至27日，第一届中国国际瓦斯治理及利用研讨会将在北京召开。 召开此次会议是为了更好地学习和借鉴国外的先进技术和成功经验，有效地促进瓦斯治理及利用技术的研究与开发，全面提升我国瓦斯抽放水平。会议将着重交流研讨煤矿瓦斯灾害防治技术、煤矿瓦斯管理、煤矿瓦斯利用的技术途径和市场发展预测以及相关法规及政策等。届时，会议将邀请世界主要采煤国家和我国的煤矿瓦斯治理专家出席会议，发表论文并开展广泛的技术交流与讨论。 （孙 芹）