特厚煤層綜采工作面瓦斯涌出量計(jì)算方法研究

特厚煤層綜采工作面瓦斯涌出量計(jì)算方法研究

1采空區(qū)瓦斯釋放量的確定因素,主要有資采空區(qū)的磚瓦可分為幾個(gè)部分，即從圍巖磚瓦、未采層開(kāi)采、回采區(qū)廢物排放和相鄰層開(kāi)采。如果工作面周圍有尋找開(kāi)采空間的舊區(qū)域，它也會(huì)涌到當(dāng)前的采空區(qū)。這幾部分瓦斯隨著采場(chǎng)內(nèi)煤層、巖層的變形或垮落而卸壓,按各自的規(guī)律涌入采空區(qū),混合在一起,在濃度(壓力)差和通風(fēng)負(fù)壓的作用下涌向工作面,要想嚴(yán)格區(qū)分上述各部分涌出的瓦斯量,由于采場(chǎng)條件所限是很困難的,以往的研究是根據(jù)有關(guān)的瓦斯涌出資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,確定各部分瓦斯涌出系數(shù)來(lái)計(jì)算采面各涌出源的瓦斯涌出量,煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷旱膰?guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)成果“分源預(yù)測(cè)法”,就是在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上提出的計(jì)算瓦斯涌出量的方法,但系數(shù)選擇對(duì)結(jié)果影響很大。如果將上述的構(gòu)成采空區(qū)瓦斯的幾部分作為一個(gè)瓦斯源,采用切實(shí)可行的研究測(cè)定方法,來(lái)確定采空區(qū)的瓦斯涌出量是具有實(shí)際意義的,而且可降低系統(tǒng)誤差。因此,將綜采工作面采空區(qū)當(dāng)做一個(gè)整體來(lái)研究。以淮南礦業(yè)集團(tuán)潘三礦1452(3)綜采面為例,該面采空區(qū)除圍巖瓦斯涌出外,由于煤層厚度3.8m,采高3.3m,有未采的薄層煤遺留在采空區(qū)內(nèi),一部分采落的煤塊也丟落到采空區(qū)內(nèi),此外開(kāi)采層上部1m左右有1層厚1.1m的煤層,隨工作面頂板垮落到采空區(qū)內(nèi),同時(shí)1452(3)綜采面周圍還有老空區(qū)存在。因此1452(3)綜采面采空區(qū)瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系如圖1所示。2瓦斯實(shí)際產(chǎn)出量測(cè)量法采空區(qū)由于無(wú)法進(jìn)入,瓦斯涌出又十分復(fù)雜,無(wú)法直接測(cè)量其瓦斯涌出量,只能采用間接法。有4種方法可以粗略的預(yù)測(cè)、推算采空區(qū)的瓦斯涌出量。2.1開(kāi)采層瓦斯實(shí)際產(chǎn)出量q開(kāi)根據(jù)工作面來(lái)源分類方法,工作面瓦斯涌出來(lái)源分為煤壁、落煤、采空區(qū)瓦斯涌出(包括鄰近層瓦斯涌出),而分源預(yù)測(cè)法將工作面瓦斯來(lái)源分為本層及鄰近層瓦斯涌出,采用2種不同分源方法時(shí),工作面瓦斯涌出量分別計(jì)算如下:q采面=q開(kāi)+q鄰(1)q采面=q空區(qū)+q煤壁+q落煤(2)則q空區(qū)=q開(kāi)+q鄰-q煤壁-q落煤或q空區(qū)=q采面-q煤壁-q落煤(3)對(duì)于開(kāi)采層而言,采出煤瓦斯涌出可近似用下式估算:即q煤壁+q落煤=(W0-WC)(4)式中W0——煤層原始瓦斯含量,m3/t;WC——運(yùn)出工作面后殘存瓦斯含量,m3/t。則q空區(qū)=q開(kāi)+q鄰-(W0-WC)對(duì)于一次采全高(包括煤層不分層開(kāi)采,且開(kāi)采厚度小于煤層厚度)的工作面,當(dāng)考慮開(kāi)采層掘進(jìn)巷道預(yù)排影響、圍巖瓦斯涌出等因素時(shí),根據(jù)分源預(yù)測(cè)法,其開(kāi)采層瓦斯涌出量可用下式計(jì)算:q開(kāi)=K1K2K3mM(W0?WC)(5)q開(kāi)=Κ1Κ2Κ3mΜ(W0-WC)(5)式中q開(kāi)——開(kāi)采層瓦斯相對(duì)涌出量,m3/t;K1——圍巖瓦斯涌出系數(shù);K2——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù),為回采率的倒數(shù);K3——采面巷道預(yù)排瓦斯影響系數(shù),K3=(L-2h)/L,其中L為工作面長(zhǎng)度,h為掘進(jìn)巷道預(yù)排等值寬度;m——開(kāi)采層厚度,m;M——開(kāi)采層采高,m。厚煤層分層開(kāi)采時(shí),開(kāi)采層瓦斯涌出量計(jì)算公式如下:q開(kāi)=K1K2K3Kf(W0?WC)(6)q開(kāi)=Κ1Κ2Κ3Κf(W0-WC)(6)式中Kf——取決于煤層分層數(shù)量和順序的分層瓦斯涌出系數(shù);其它符號(hào)意義同前。鄰近層瓦斯涌出量的計(jì)算:n個(gè)鄰近層總的相對(duì)瓦斯涌出量為:q鄰=∑i=1nWoimiMηi(7)q鄰=∑i=1nWoimiΜηi(7)式中q鄰——鄰近層瓦斯涌出量,m3/t;mi——第i個(gè)鄰近層煤層厚度,m;M——開(kāi)采采高,m;ηi——第i個(gè)鄰近層瓦斯排放率,%;Woi——第i個(gè)鄰近層煤層瓦斯含量,m3/t。則采空區(qū)瓦斯涌出量為q采區(qū)=q開(kāi)+q鄰-(W0-WC)即:q采空=K1K2K3mM(W0?WC)+∑i=1nWoimiMηi?(W0?WC)(8)q采空=Κ1Κ2Κ3mΜ(W0-WC)+∑i=1nWoimiΜηi-(W0-WC)(8)1452(3)綜采面配風(fēng)量2000m3/min左右,回風(fēng)平均瓦斯?jié)舛?.8%左右,風(fēng)排瓦斯量16m3/min,采空區(qū)抽放瓦斯量20～25m3/min,工作面瓦斯涌出總量在35～40m3/min。采面平均日產(chǎn)量4000t,則工作面相對(duì)瓦斯涌出量約為14m3/t。煤層瓦斯含量8m3/t,殘存瓦斯含量2m3/t,根據(jù)公式(4),煤壁及落煤瓦斯涌出量為W0-WC=8-2=6m3/t,由公式(3),采空區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量為16-4=8m3/t,采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面總涌出的57%。對(duì)于未開(kāi)采的工作面,其采空區(qū)瓦斯涌出量可參考相鄰工作面按上面公式進(jìn)行預(yù)測(cè)。2.2采空區(qū)瓦斯治理其計(jì)算公式為:Q3=Q4+(Q2-Q1)采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面總瓦斯涌出量的比例為:R=Q3Q4+Q2×100%(9)R=Q3Q4+Q2×100%(9)式中Q3——采空區(qū)瓦斯涌出量,m3/min;Q1——老頂垮落前回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯量,m3/min;Q2——老頂垮落后,受采空區(qū)瓦斯影響的回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯量(含引排瓦斯),m3/min;Q4——采空區(qū)瓦斯抽放量,m3/min;R——采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的比例,%。以平頂山一礦戊—21191綜采面為例計(jì)算采空區(qū)瓦斯涌出量,當(dāng)戊—21191工作面推進(jìn)30m左右時(shí),老頂初次垮落,工作面回風(fēng)流中瓦斯急劇增大,回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛扔衫享斂迩暗?.26%增加到0.58%,此時(shí)工作面供風(fēng)量885m3/min,可以推算,開(kāi)采初期采面煤壁和落煤的瓦斯涌出量合計(jì)為2.3m3/min,采空區(qū)瓦斯涌出量為2.83m3/min,采空區(qū)的瓦斯涌出量占采面總瓦斯涌出量的55%,煤壁和落煤合計(jì)占45%。2.3工作面瓦斯實(shí)際產(chǎn)出量計(jì)算在工作面正常生產(chǎn)期間的非生產(chǎn)班,在工作面回風(fēng)側(cè)煤壁到支架間均勻的布置測(cè)點(diǎn),多次測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛?找出濃度最低的測(cè)點(diǎn),并測(cè)量濃度最低點(diǎn)到煤壁和到采空區(qū)的距離。將數(shù)據(jù)處理后繪制成圖,用作圖法來(lái)求采空區(qū)瓦斯涌出量。以潞安局常村礦S1-6綜采工作面為例。選擇檢修班時(shí)間,在S1-6綜采工作面回風(fēng)側(cè)(96架、121架、141架處,支架合計(jì)145架)由煤壁到采空區(qū)等距離布置測(cè)點(diǎn),多次測(cè)定風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?將數(shù)據(jù)處理后繪制成圖2,根據(jù)圖2,求出煤壁、采空區(qū)涌出瓦斯在工作面風(fēng)流瓦斯中所占的比例。由圖中可以得出,不考慮抽放時(shí)采空區(qū)向采面涌出瓦斯所占比例為:k1=L2L1+L2=2.47=34.3%k1=L2L1+L2=2.47=34.3%煤壁涌出瓦斯所占比例為:k2=L2L1+L2=4.67=65.7%k2=L2L1+L2=4.67=65.7%S1-6工作面回風(fēng)巷在檢修班平均絕對(duì)瓦斯涌出量(風(fēng)排)為7.08m3/min,尾巷排放瓦斯量3.5m3/min,此時(shí)采空區(qū)向采面涌出瓦斯為7.08×34.3%=2.43m3/min左右,應(yīng)為5.93m3/min,因此檢修班時(shí),采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面總瓦斯涌出量的56%。生產(chǎn)班采面平均絕對(duì)瓦斯涌出量又增加了落煤的涌出量3.11m3/min(假設(shè)生產(chǎn)時(shí)采空區(qū)瓦斯涌出量不變)此時(shí),工作面瓦斯總涌出量為13.69m3/min。采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出的43%,測(cè)算結(jié)果與工作面實(shí)際情況基本相附。2.4瓦斯溢出量的分配進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽放的工作面,如果抽放量較大時(shí),抽出的瓦斯絕大部分為采空區(qū)內(nèi)涌出的瓦斯,進(jìn)行抽放后,上隅角仍然涌出一部分采空區(qū)瓦斯,理論上采空區(qū)瓦斯應(yīng)為抽放的瓦斯加上上隅角涌出的一部分瓦斯,但是由于抽放,使采空區(qū)的涌出強(qiáng)度增加,比不抽放更多涌出一部分瓦斯,這兩部分瓦斯如果大致相抵消,我們粗略的把抽放量作為采空區(qū)的瓦斯涌出量,考察其所占的比例。R=Q1Q×100%R=Q1Q×100%式中R——采空區(qū)瓦斯涌出占工作面總涌出量的比例;Q1——采空區(qū)(含鄰近層)瓦斯抽放量,m3/min;Q——工作面瓦斯涌出量(包括抽放量),m3/min。以1452(3)綜采面為例,將頂板走向孔抽放看做采空區(qū)抽放(因?yàn)槿绮怀榉?瓦斯都將涌出到采空區(qū)內(nèi)),瓦斯抽放量20～25m3/min,風(fēng)排瓦斯量16m3/min,工作面瓦斯涌出總量在35～40m3/min左右。則采空區(qū)瓦斯涌出量近似等于抽放量20～25m3/min,采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯總涌出量的60%,與