2023年《安全技术》之测算综采面采空区瓦斯涌出量的几种方法.docx

测算综采面采空区瓦斯涌出量的几种方法 1采空区瓦斯涌出来源分析 采空区瓦斯涌出可分为几局部，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出，如工作面周围有已采的老空区存在，也会向现采空区涌出瓦斯。这几局部瓦斯随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压，按各自的规律涌入采空区，混合在一起，在浓度（压力）差和通风负压的作用下涌向工作面，要想严格区分上述各局部涌出的瓦斯量，由于采场条件所限是很困难的，以往的研究是根据有关的瓦斯涌出资料进行统计分析，确定各局部瓦斯涌出系数来计算采面各涌出源的瓦斯涌出量，煤炭科学研究总院抚顺分院的国家重点科技攻关成果“分源预测法，〞就是在统计的根底上提出的计算瓦斯涌出量的方法，但系数选择对结果影响很大。如果将上述的构成采空区瓦斯的几局部作为一个瓦斯源，采用切实可行的研究测定方法，来确定采空区的瓦斯涌出量是具有实际意义的，而且可降低系统误差。因此，将综采工作面采空区当做一个整体严研究。 以淮南矿业集团潘三矿1452（3）综采面为例，该面采空区除围岩瓦斯涌出外，由于煤层厚度3.8m，采高3.3m，有未采的薄层煤遗留在采空区内，一局部采落的煤块也丢落到采空区内，此外开采层上部1m 左右有1层厚1.1m的煤层，随工作面顶板垮落到采空区内，同时1452（3）综采面周围还有老空区存在。因此1452（3）综采面采空区瓦斯涌出构成关系如图1所示。 图1 1452（3）综采面采空区瓦斯来源构成示意 2采空区瓦斯涌出量测算 采空区由于无法进入，瓦斯涌出又十分复杂，无法直接测量其瓦斯涌出量，只能采用间接法。有4种方法可以粗略的预测、推算采空区的瓦斯涌出量。 2.1分源计算法 根据工作面来源分类方法，工作面瓦斯涌出来源分为煤壁、落煤、采空区瓦斯涌出（包括邻近层瓦斯涌出），而分源预测法将工作面瓦斯来源分为本层及邻近层瓦斯涌出，采用2种不同分源方法时，工作面瓦斯涌出量分别计算如下： 对于开采层而言，采出煤瓦斯涌出可近似用下式估算： 式中W0——煤层原始瓦斯含量，m3/t； WC——运出工作面后残存瓦斯含量，m3/t。 对于一次采全高（包括煤层不分层开采，且开采厚度小于煤层厚度）的工作面　，当考虑开采层掘进巷道预排影响、围岩瓦斯涌出等因素时，根据分源预测法，其开采层瓦斯涌出量可用下式计算： 式中q开——开采层瓦斯相对涌出量，m3/t； K1——围岩瓦斯涌出系数； K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，为回采率的倒数； K3——采面巷道预排瓦斯影响系数，K3=（L-2h）/L为工作面长度，h为掘进巷道预等值宽度； m——开采层厚度，m； M——开采层采高，m。 厚煤层分层开采时，开采层瓦斯涌出量计算公式如下： q开=K1 K2 K3 Kf（W0-WC）（6） 式中　Kf——取决于煤层分层数量和顺序的分层瓦斯涌出系数； 其它符号意义同前。 邻近层瓦斯涌出量的计算： n个邻近层总的相对瓦斯涌出量为： 式中q邻——邻近层瓦斯涌出量，m3/t； mi——第i个邻近层煤层厚度，m； M——开采采高，m； ηi——第i个邻近层瓦斯排放率，％， Woi——第i个邻近层煤层瓦斯含量，m3/t。 那么采空区瓦斯涌出量为q采区= q开＋q邻－（W 0 －WC）即： 1452（3）综采面配风量2022m3/min左右，回风平均瓦斯浓度0.8%左右，风排瓦斯量16m3/min，采空区抽放瓦斯量20～25m3/min，工作面瓦斯涌出总量在35～40 m3/min。采面平均日产量4000t，那么工作面相对瓦斯涌出量约为14m3/min。煤层瓦斯含量8m3/min，残存瓦斯含量2m3/min，根据公式（4），煤壁及落煤瓦斯涌出量为W0-WC=8-2=6m3/t，由公式（3），采空区相对瓦斯涌出量16-4=8m3/t,采空区瓦斯涌出量占工作面总涌出的57％。对于未开采的工作面，其采空区瓦斯涌出量可参考相邻工作面按上面公式进行预测。 2.2用老顶垮落前后回风瓦斯涌出量的变化来估算 其计算公式为： Q3= Q4＋（Q2－Q1）采空区瓦斯涌出量占工作面总瓦斯涌出量的比例为： 式中Q3——采空区瓦斯出量，m3/min； Q1——老顶垮落前回风巷风排瓦斯量，m3/min； Q2——老顶垮落后，受采空区瓦斯影响的回风巷风排瓦斯量（含引排瓦斯），m3/min； Q4——采空区瓦斯抽放量，m3/min； R——采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的比例，％。 以平顶山一矿戊－21191综采面为例计算采空区瓦斯涌出量，当戊－21191工作面推进30m左右时，老顶初次垮落，工作面回风流中瓦斯急剧增大，回风流中的瓦斯浓度由老顶垮前的0.26％增加到0.58％，此时工作面供风量885m3/min，可以推算，开采初期采面煤壁和落煤的瓦斯涌出量合计为2.3m3/min，采空区瓦斯涌出量为2.83m3/min，采空区的瓦斯涌出量占采面总瓦斯涌出量的55％，煤壁和落煤合计点45％。 2.3作图法估算采空区瓦斯涌出量 在工作面正常生产期间的非生产班，在工作面回风侧煤壁到支架间均匀的布置测点，屡次测定各测点的瓦斯浓度，找出浓度最低的测点，并测量浓度最低点到煤壁和到采空区的距离。将数据处理后绘制成图，用作图法来求采空区瓦斯涌出量。以潞安局常村矿S1-6综采工作面为例。选择检修班时间，在S1-6综采工作面回风侧（96架、121架、141架处，支架合计１45架）由煤壁到采空区等距离布置测点，屡次测定风流中的瓦斯浓度，将数据处理后绘制成图2，根据图2，求出煤壁、采空区涌出瓦斯在工作面风流瓦斯中所占的比例。 图2 S1-6工作面横截面瓦斯浓度分布图 由图中可以得出，不考虑抽放时采空区向采面涌出瓦斯所占比例为： 煤壁涌出瓦斯所占比例为： S1-6工作面回风巷在检修班平均绝对瓦斯涌出量（风排）为7.08m3/min，尾巷排放瓦斯量3.5m3/min，此时采空区向采面涌出瓦斯为7.08×34.3％＝2.43m3/min左右，应为5.93m3/min，因此检修班时，采空区瓦斯涌出量占工作面总瓦斯涌出量的56％。生产班采面平均绝对瓦斯涌出量又增加了落涌出量3.11m3/min（假设生产时采空区瓦斯涌出量不变）此时，工作面瓦斯总涌出量13.69m3/min。采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出的43％，测算结果与工作面实际情况根本相附。 2.4采空区抽放量较大条件下涌出量估算 进行采空区瓦斯抽放的工作面，如果抽放量较大时，抽出的瓦斯绝大局部为采空区内涌出的瓦斯，进行抽放后，上隅角仍然涌出一局部采空区瓦斯，理论上采空区瓦斯应为抽放的瓦斯加上上隅角涌出的一局部瓦斯，但是由于抽放，使采空区的涌出强度增加，比不抽放更多涌出一局部瓦斯，这两局部瓦斯如果大致相抵消，我们粗略的把抽放量作为采空区的瓦斯涌出量，考察其所占的比例。 式中R——采空区瓦斯涌出占工作面总涌出量的比例； Q1——采空区（含邻近层）瓦斯抽放量，m3/min； Q——工作面瓦斯涌出量（包括抽放量），m3/min。