上部邻近层开采对本煤层瓦斯涌出影响研究.pdf

潘竞涛． 上部邻近层开采对本煤层瓦斯涌出的影响分析［ J］ ． 矿业安全与环保， 2013， 40 3 70 －73． 文章编号 1008 －4495 2013 03 －0070 －04 技技术术经经验验 上部邻近层开采对本煤层瓦斯涌出的影响分析 潘竞涛1， 2 1． 煤炭科学研究总院沈阳研究院 国家重点实验室， 辽宁 沈阳 110016; 2． 辽宁工程技术大学 安全科学与工程学院， 辽宁 阜新 123000 摘要 传统的瓦斯涌出量分源预测法未考虑到上部邻近层开采对本煤层煤体瓦斯涌出的影响， 其计 算结果误差较大。为此， 提出在计算回采工作面瓦斯涌出量时， 在传统计算公式中加入上部邻近层开采 对工作面煤体瓦斯涌出影响系数 K4， 将回采工作面瓦斯涌出量计算公式改为 q1 K1K2K3K4 m M W0－ Wc 。 加入上部邻近层开采瓦斯涌出影响系数后， 瓦斯涌出量计算方法更加合理， 计算结果更加准确。 关键词 分源预测法; 工作面瓦斯涌出量; 上部邻近层开采; 瓦斯涌出影响系数; 瓦斯排放率 中图分类号 TD712 ． 5文献标志码 B网络出版时间 2013 －05 －20 11 28 网络出版地址 http / /www． cnki． net/kcms/detail/50． 1062． TD． 20130520． 1128． 019． html Analysis on Impact of Upper Adjacent Seam Extraction on Gas Emission in Mined Seam PAN Jingtao1， 2 1． State Key Laboratory of Coal Mine Safety，Shenyang Branch of China Coal Ｒesearch Institute，Shenyang 110016，China; 2． College of Safety Science and Engineering，Liaoning Technical University，Fuxin 123000，China Abstract The traditional different － source prediction did not consider the impact of the upper adjacent seam extraction on the gas emission in the seam being mined，and the error of the calculated results was relatively larger． For this reason，the paper proposed to add the impact coefficient K4of the upper adjacent seam extraction on the gas emission in the working face into the traditional ula when the gas emission quantity in the working face was calculated， that is， the calculation ula of the gas emission quantity in working face was changed into q1 K1K2K3K4 m M W0－ Wc． After the impact coefficient K4of the upper adjacent seam extraction on the gas emission in the working face was added into the traditional ula，the calculation for gas emission quantity became more rational and the calculated results were more accurate． Key words different － source prediction ;gas emission quantity in working face;upper adjacent seam extraction; impact factor of gas emission;gas drainage rate 收稿日期 2012 －09 －30; 2013 －02 －26 修订 基金项目 国家自然科学基金项目 51204088 作者简介 潘竞涛 1976 ， 男， 新疆沙湾人， 硕士， 在读 博士， 工程师， 主要从事瓦斯预测、 瓦斯抽放设计、 煤与瓦斯突 出预测方面的工作。E － mail 163tao163． com。 矿井瓦斯抽放、 瓦斯管理和通风设计需要矿井 瓦斯涌出量的数据支持。传统的矿井瓦斯涌出量分 源预测法是根据煤层瓦斯含量， 按回采、 掘进和采空 区瓦斯涌出源分别进行计算， 其中回采瓦斯涌出包 括开采层、 邻近层及围岩瓦斯涌出。最终将回采、 掘 进和采空区瓦斯涌出量汇总， 得出矿井瓦斯涌出量 预测结果。笔者利用贵州省盘县红果镇仲恒煤矿数 据 ［1 ］， 分析比较了传统分源预测法瓦斯涌出量预测 与考虑上部邻近层开采瓦斯涌出影响系数的瓦斯涌 出量计算方法的科学性和准确性。 1工作面瓦斯涌出量预测 1． 1工作面瓦斯来源分析 瓦斯来源就是涌出瓦斯的地点， 各瓦斯源涌出 瓦斯量的大小和瓦斯源的多少直接影响着工作面的 07 Vol. 40 No. 3 Jun. 2013 矿业安全与环保 MINING SAFETY ＆ ENVIＲONMENTAL PＲOTECTION 第 40 卷第 3 期 2013 年 6 月 瓦斯涌出量 ［2 －4 ］。工作面瓦斯来源组成见图 1。 图 1工作面瓦斯来源组成示意图 工作面瓦斯涌出量分为开采层瓦斯涌出量和围 岩、 邻近层瓦斯涌出量两部分［2 －7 ］， 即 q采 q1 q2 1 式中q采 工作面瓦斯涌出量， m3/t; q1 开采层部分相对瓦斯涌出量， m3/t; q2 围岩、 邻近层部分相对瓦斯涌出量， m3/t。 1． 2开采层瓦斯涌出量 未考虑上部邻近层开采影响系数的开采煤层瓦 斯涌出量计算公式如下 q1 K1K2K3 m M W0－ Wc 2 考虑上部邻近层开采影响系数的开采煤层瓦斯 涌出量计算公式如下 q1 K1K2K3K4 m M W0－ Wc 3 式中K1 围岩部分的瓦斯涌出系数， K1取值为 1． 1 ～1． 3， 取 K11． 2; K2 工作面丢煤部分瓦斯涌出系数， 等于 工作面回采率的倒数， 仲恒煤矿煤层 工作面回采率为 95， K21． 05; K3 准备巷道预排瓦斯涌出影响系数， 由 采区内准备巷道的几何尺寸按 K3 L －2H /L 计算; H 巷道瓦斯预排的等效宽度， 根据文 献［ 8］ ， 仲恒煤矿各煤层取 H 18． 0 m; L 工作面长度， m; K4 上部邻近层开采瓦斯涌出影响系 数 ［9 ］， 取 K 4 1 － ηi ， η i为开采层向上 部邻近层排放瓦斯的瓦斯排放率［10 ］; m 开采层厚度， m; M 工作面采高， m; W0 煤层瓦斯含量， m3/t; Wc 煤的残存瓦斯含量， m3/t。 根据公式 2～ 3 计算所得开采煤层瓦斯涌 出量结果见表 1 ～2。 表 1未考虑上部邻近层开采影响系数的 开采煤层瓦斯涌出量计算结果 主采煤 层编号 开采层厚 度 m/m 工作面采 高 M/m 预排瓦斯涌出 影响系数 K3 开采煤层相对瓦斯 涌出量 q1/ m3/t 12－11．541．540．554．66 15－1 2．002．000．554．23 20－1 2．072．070．554．91 221．121．120．554．44 表 2考虑上部邻近层开采影响系数的 开采煤层瓦斯涌出量计算结果 主采煤 层编号 上部开采煤层距 本煤层距离/m 瓦斯排 放率 ηi 影响 系数 K4 开采煤层相对瓦斯 涌出量 q1/ m3/t 12－1 21．880．580．421． 96 15－127．850．500．502． 11 20－1 54．280．220．783． 83 2217．920．620．381． 69 1． 3邻近层瓦斯涌出量 邻近层瓦斯涌出量计算公式如下 q2∑ n i 1 W0i－ Wci mi M ηi 4 式中mi 第 i 个邻近煤层的厚度， m; M 工作面采高， m; W0 i 第 i 个邻近煤层瓦斯含量原始值， m3/t; Wci 第 i 个邻近煤层瓦斯含量残存值， m3/t。 第 i 个邻近煤层的瓦斯排放率 ηi与邻近煤层至 开采层的间距有关。当邻近层位于垮落带中， ηi1; 当邻近层位于裂隙带以上时， 可以利用图2 选取ηi值。 1倾斜、 急倾斜下邻近层;2缓倾斜下邻近层;3上邻近层。 图 2煤层间距与瓦斯排放率的关系曲线 17 第 40 卷第 3 期 2013 年 6 月 矿业安全与环保 MINING SAFETY ＆ ENVIＲONMENTAL PＲOTECTION Vol. 40 No. 3 Jun. 2013 根据公式 4 计算所得各主采煤层邻近层瓦斯涌出量结果见表 3。 表 3各主采煤层邻近层瓦斯涌出量计算结果 煤层 编号 与 12－1煤层 间距/m ηi q2/ m3/t 与 15－1煤层 间距/m ηi q2/ m3/t 与 20－1煤层 间距/m ηi q2/ m3/t 与 22 煤层 间距/m ηi q2/ m3/t 172． 390． 22 354． 650． 4084． 040． 15 441． 930． 5671． 320． 26 821． 880． 8251． 270． 48 12－100027． 850．7284．130． 15 15－127． 850．503．9600054．280． 4074．270．22 15－237． 260．401．827． 410．802．8145．720． 501．6965．710．30 20－184． 130．020．1954． 280． 211．5400017．920．88 2274． 270．100．3617．920． 642．22000 2327．750． 501．058．720．803． 11 2439．580． 381．5120．540．584． 25 2546．200． 300．8427．170．522． 68 合计5． 974．717．3110．04 2掘进瓦斯涌出量预测［ 1 －2， 6］ 掘进瓦斯主要来自落煤和煤壁［2， 10 －11 ］， 其计算 公式如下 q掘 q3 q4 5 式中q3 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量， m3/min; q4 掘进落煤瓦斯涌出量， m3/min。 2． 1掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 仲恒煤矿 12－1煤层 2 个炮掘工作面， 月进度 90 m， 其他煤层参考12－1煤层数据， 掘进煤壁瓦斯涌 出量计算公式如下 q3 Dvq02 L 槡 v －1 6 式中D 掘进暴露煤壁面的周边长度， m; 中厚 及薄煤层， D 2m0， m0为开采煤层厚 度; 厚煤层， D 2h b， b 和 h 为巷道的 宽度和高度; L 掘进巷道瓦斯有效释放长度， 仲恒煤矿 各煤层均取 500 m; v 平均掘进速度， 仲恒煤矿各煤层均为 0． 008 75 m/min; q0 煤壁的瓦斯涌出强度， m3/ m2min 。 q00． 026 0． 000 4 V2 daf0． 16 W0 7 式中Vdaf 煤中挥发分， 12－1煤层为 29． 96， 15－1煤层为 30. 22， 20－1煤层为 29. 26， 22 煤层为 31. 34; W0 煤层瓦斯含量， m3/t。 2． 2掘进落煤瓦斯涌出量 掘进落煤瓦斯涌出量计算公式如下 q4 Svγ W0－ Wc 8 式中S 巷道断面面积， 仲恒煤矿各煤层巷道断 面面积为 4． 2 m2; γ 煤的密度， t/m3。 3采区瓦斯涌出量计算 采区瓦斯涌出量采用下式计算 q区 K ∑ n i 1 q 采i Ai 1 440∑ n i 1 q掘 i A0 9 式中q区 采区瓦斯涌出量， m3/t; K 生产采区的采空区瓦斯涌出系数， 取 1． 30; q 采i 第 i 个工作面相对瓦斯涌出量， m3/t; Ai 第 i 个工作面的日均产量， t; q 掘i 第 i 个掘进工作面绝对瓦斯涌出量， m3/min; A0 采区日均产量， 取 872． 73 t/d。 未考虑上部邻近层开采影响系数的采区瓦斯涌 出量 12－1煤层为 20. 95 m3/t， 15 －1煤层为 20. 19 m 3 / t， 20－1煤层为 25． 20 m3/t， 22 煤层为 24． 09 m3/t。 考虑上部邻近层开采影响系数的采区瓦斯涌出 量 12－1煤层为17． 63 m3/t， 15 －1煤层为17． 59 m 3 /t， 27 Vol. 40 No. 3 Jun. 2013 矿业安全与环保 MINING SAFETY ＆ ENVIＲONMENTAL PＲOTECTION 第 40 卷第 3 期 2013 年 6 月 20－1煤层为 23． 87 m3/t， 22 煤层为 20． 71 m3/t。 4矿井瓦斯涌出量预测 矿井瓦斯涌出量按下式计算 q井 K″∑ n i 1 q 区i A0i ∑ n i 1 A0i 10 式中q井 矿井相对瓦斯涌出量， m3/t; K″ 已采采区的采空区瓦斯涌出系数， 仲 恒煤矿为近距离煤层群开采， 各煤层 取 1． 30; q 区i 第 i 个采区相对瓦斯涌出量， m3/t; A0i 第 i 个采区日均产量， t/d。 计算所得矿井煤层瓦斯涌出量如表 4 所示。 表 4未考虑和考虑上部邻近层开采影响系数的矿井瓦斯涌出量计算结果比较 主采煤 层编号 影响系数 K4 未考虑上部邻近层开采 影响系数的 q1/ m3/t 考虑上部邻近层开采 影响系数的 q1/ m3/t 未考虑上部邻近层开采 影响系数的 q井/ m3/t 考虑上部邻近层开采 影响系数的 q井/ m3/t 误差/ 12－10．424． 661．9627．2322． 9218．80 15－1 0．504． 232．1126．2422． 8714．74 20－10．784． 913．8332．7531． 035．54 220．384． 441．6931．3226． 9316．30 从表 4 可看出， 在考虑了上部邻近层开采影响 系数的矿井相对瓦斯涌出量比起传统的矿井瓦斯涌 出量计算结果， 避免了 15 左右的误差。20－1煤层 由于掘进涌出量所占比重较大， 进而削弱了回采工 作面对矿井相对瓦斯涌出量的影响， 因此， 20－1煤层 的矿井相对瓦斯涌出量误差也在 5以上。 5结语 考虑上部邻近层开采影响的瓦斯涌出量预测方 法， 避免了传统方法的误差， 能够使得瓦斯涌出量预 测结果更加合理、 准确， 为矿井瓦斯预测、 防治提供 了真实可靠的数据。 参考文献 ［ 1］ 潘竞涛， 高坤． 贵州攀极瓦斯科技有限公司二号项目抽 放瓦斯可行性论证报告［ Ｒ］ ． 2010． ［ 2］ 刘媛爽． 金桥煤矿薄煤层工作面瓦斯涌出规律与防突 技术研究［ D］ ． 阜新 辽宁工程技术大学， 2010． ［ 3］ 许双泉． 钻孔预抽煤层瓦斯数值模拟及应用［D］ ． 西 安 西安科技大学， 2010． ［ 4］ 杨夺． 顺层倾向长钻孔区域性瓦斯预抽技术研究［ D］ ． 包头 内蒙古科技大学， 2011． ［ 5］ 刘纪坤， 杨威， 王翠霞， 等． 基于分源预测法的西冯街煤 矿 3煤层瓦斯涌出量预测［J］ ． 矿业工程研究，2010， 25 3 37 －41． ［ 6］ AQ 10182006， 矿井瓦斯涌出量预测方法［ S］ ． ［ 7］ 鲁义， 王曙勋， 蔡云龙． 分源预测法在整合矿井瓦斯涌出 量预测的应用［ J］ ． 山西焦煤科技，2011，35 8 27 － 31． ［ 8］ 于不凡． 煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册［K］ ． 修订 版． 北京 煤炭工业出版社， 2005． ［ 9］ 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 10 －13． ［ 10］ 刘南平， 刘春旺． 煤巷综掘工作面瓦斯涌出量预测与 分析［ J］ ． 能源技术与管理， 2009， 36 3 53 －54． ［ 11］ 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， 2000， 29 1 9 －14． 责任编辑 李 琴 37 第 40 卷第 3 期 2013 年 6 月 矿业安全与环保 MINING SAFETY ＆ ENVIＲONMENTAL PＲOTECTION Vol. 40 No. 3 Jun. 2013