回采工作面瓦斯涌出规律及涌出量预测方法的研究

③式 (3) 中 ,未考虑邻近层围岩的瓦斯含量和瓦 斯涌出 ;
④邻近层的瓦斯涌出为卸压涌出 ,沿倾向采场 顶板岩层的卸压范围向上以梯形发展 ,采用式 (3) 计 算邻近层的瓦斯涌出量 ,以预测回采工作面的瓦斯 涌出量 ,显然不够准确 。
从以上 4 点可以看出 ,采用 (1) ～ (4) 式预测回 采工作面的瓦斯涌出量 ,分析不够严密 ,考虑不够全 面 ,预测的精确度值得探讨 。
采空区采落的残煤瓦斯含量由 (5) 、(6) 式得
W落残
=
W壁残 (1 +
t)
-
n
=
W含
e-
b
h v
(1 +
t)
-
n
(9)
采空区采落的残煤瓦斯涌出量为
Q = Kad m1L4′ 4v0γ(1 - K回 ) ( W落残 - W残 )
= Kad m1L4′ 4v0γ( 1 -
K回 ) [ W含
e-
b
h v
h —采煤机截深 ,m ;
v —工作面推进速度 ,mΠd 。
因此 ,煤壁绝对瓦斯涌出量 (m3Πmin) 为
Q=
Kad m1L4′ 4v0γW含 (1 -
e-
b
h v
)
(7)
式中 L′= L - 2 l ;
L —回采工作面长度 ,m ;
l —掘进巷道预排等值宽度 ,m ; γ—煤的密度 ,tΠm3 。 312 采落煤的瓦斯涌出量
表 1 12 # 煤层及邻近层的瓦斯赋存参数
煤层 煤层厚度 距 12 # 煤层 原始瓦斯含 原始瓦斯 Mad Aad Vdaf Kad
Πm
间距Πm 量Πm3 ·t - 1 压力ΠMPa / % / % / % / %
8#
0187
50147
9上#
0150
35137
9#
0196
29168
12165
115 1198 10137 10125 01877
(10) 式 ,得 :工作面煤壁瓦斯涌出量 3192 m3 / min ;采 落煤瓦斯涌出量 5120 m3Πmin ;采空区残煤的瓦斯涌 出量 1118 m3Πmin 。
将上下邻近层的各有关原始参数代入 (13) 式 , 得 :9 # 煤层的瓦斯涌出量 1819 m3Πmin ; 9上# 煤层的瓦 斯涌出量 914 m3Πmin ;8 # 煤层的瓦斯涌出量 714 m3Π min ;13 # 煤层的瓦斯涌出量 611 m3Πmin 。
梯度场 ,产生层间瓦斯越流 。邻近层瓦斯涌出量主 要取决于邻近层瓦斯含量 、层间距和采长等 。
3 回采工作面瓦斯涌出量预测
计算瓦斯涌出量时 ,由于实测煤层的原始瓦斯含
·3 ·
1999 年第 6 期
中州煤炭
总第 102 期
量为可燃基吨煤瓦斯含量 ,而预测瓦斯涌出量时 ,所 采用的是矿井生产的原煤产量 。因此 ,在计算吨煤
通过以上计算 ,回采工作面的瓦斯涌出总量为 5211 m3Πmin ,开采层的瓦斯涌出量为 1013 m3Πmin ;邻 近层 的 瓦 斯 涌 出 量 为 4118 m3Πmin , 占 总 涌 出 量 的 8012 % 。计算结果与现场实践经验相吻合 。
5 结 论
(1) 通过对现有回采工作面瓦斯涌出量预测计 算方法存在问题的分析 ,确定了回采工作面瓦斯涌 出的 4 个来源 :开采煤层煤壁瓦斯涌出 、采落煤瓦斯 涌出 、邻近层及围岩的瓦斯涌出以及采空区残煤解 吸瓦斯涌出 。
(1 +
t) - n
-
W残 ]
(10)
式中 K回 量 ,m3 / t 。
314 邻近层瓦斯涌出量
受煤层开采的卸压作用 ,邻近层的瓦斯解吸涌 出 ,其排放率 η排 受多种因素影响 ,但主要取决于层 间距 。第 i 层邻近层排放率η排 与层间距有如下关
系
η排 = 1 -
hi hp
(11)
式中 hi —第 i 层邻近层至开采层的层间距离 ,m ;
hp —受开采层采动影响顶板岩层的破坏范围 ,
hp = Ky m (112 + cosα) ;
α—开采层的倾角 , (°) ;
Ky —取决于顶板管理方法的系数 。
邻近层的相对瓦斯涌出量 (m3Πt) 为
q=
m邻 γ邻 mγ
( W邻含
-
W邻残 )η排
(12)
式中 m邻 —邻近层的厚度 ,m ;
W邻含 —邻近层的原始瓦斯含量 ,m3Πt ;
W邻残 —邻近层的残余瓦斯含量 ,m3Πt ;
γ邻 —邻近层煤的密度 ,tΠm3 。
邻近层绝对瓦斯涌出量为
·4 ·
Q = kad kv
mLvγ邻 1440
·m邻 m
W邻含η排
(2) 以瓦斯源的瓦斯涌出规律的研究为基础 ,建 立了回采工作面瓦斯涌出量的分源预测法 ,经实例 验证 ,与现场实践经验相吻合 。 ⑤
参考文献
1 煤炭科学研究总院抚顺分院 1 煤矿安全手册 1 北京 :煤 炭工业出版社 ,1994
2 郭凡进 ,辛新平 1 回采工作面瓦斯涌出量预测的实践与 探讨 1 煤矿安全 ,1998 (2)
瓦斯涌出量和绝对瓦斯涌出量时 ,应附加一修正系 数 Kad = (100 - Mad - A ad ) Π100 ,式中 Mad 和 Aad 分别为 吨煤中分析水分和灰分的含量 。
311 煤壁瓦斯涌出量 由 (5) 式 ,开采 1 t 煤的煤壁瓦期涌出量为
q = Kad ( W含 - W壁残) = Kad W含 (1 - e - bt ) 式中 t —采煤机循环时间 , t = hΠv ;
1 研究概况
从目前国内的研究状况看 ,矿井瓦斯涌出量预 测方法主要有两类 : 一类是建立在数理统计基础上 的矿山统计法 ; 一类是以煤层瓦斯含量为基础参数 的分源 预 测 法 。矿 山 统 计 法 存 在 严 重 的 应 用 局 限 性 ,无法保证预测结果的可靠性 。分源预测法是根 据矿井各个瓦斯源的涌出规律 ,进行预测 。分源预 测法中 ,将回采工作面瓦斯涌出分为开采层和邻近 层两部分 ,计算公式如下 。
出影响系数 ;
m0 —煤层厚度 (夹矸按层厚 1Π2 计算) ,m ;
m1 —煤层开采厚度 ,m ;
X0 —煤层原始瓦斯含量 ,m3Πt ;
X1 —煤运至地表时的残存瓦斯含量 ,m3Πt 。
②厚煤层分层开采时按下式计算
q1 = k1 k2 k3 kf i ( X0 - X1 )
(2)
式中 kf i —分层开采瓦斯涌出系数 ,取决于煤层分
(1) 开采层瓦斯涌出量 ①薄及中厚煤层不分层开采时按下式计算
q1 = k1 k2 k3
m0 m1
( X0
-
X1 )
(1)
式中 q1 —开采层 (包括围岩) 相对瓦斯涌出量 ,m3Πt ;
k1 —围岩瓦斯涌出系数 ;
k2 —工作面丢煤瓦斯涌出系数 ,其值为工作
面采出率的倒数 ;
k3 —准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌
工作面瓦斯涌出源划分为 4 个 :开采层煤壁 、采落煤 的瓦斯涌出 、邻近层及围岩的瓦斯涌出以及采空区
残煤解吸瓦斯涌出 。
211 煤壁瓦斯涌出规律
煤壁暴露 t 时间后的瓦斯含量 W壁残 与时间 t 之
间为负指数函数关系
W壁残 = W含 e - bt
(5)
式中 W含 —煤层原始瓦斯含量 ;
b —取决于矿山压力和煤层透气性的系数 。 212 采落煤的瓦斯涌出规律
采落煤的残余瓦斯含量 W落残 与暴露时间 t 之间
为双曲线函数关系
W落残 = W壁残 (1 + t) - n
(6)
式中 t —采落煤在工作面的暴露时间 ; n —采落的煤炭瓦斯放散速度系数 。
213 邻近层瓦斯涌出规律 当开采煤层的顶底板卸压带内有邻近层时 ,通
过采动裂隙使采空区与邻近层贯通 ,形成瓦斯压力
2 回采工作面瓦斯涌出规律
根据以上分析 ,为了准确地预测回采工作面的
瓦斯涌出量 ,对工作面的瓦斯源应进行更细致地划
分 ,并根据各瓦斯源涌出规律的不同 ,分别予以预测
计算 。以一定深度的煤壁 (取采煤机截深) 为研究对
象 ,从新鲜煤壁到采落煤 ,到一部分运出工作面另一
部分遗留采空区直至瓦斯解吸平衡 ,动态地将回采
21122
2127 2104 9115 8108 01888
21172
2130 2104 9115 8108 01888
12 # 1165
14175
1149 9162 10113 01889
13 # 0160
8121
12123
0164 2169 6103 9151 01913
412 回采工作面瓦斯涌出量计算 将 12 # 煤层的有关原始参数分别代入 (7) 、(8) 、
由 (5) 、(6) 式 ,可得采落 1 t 煤瓦斯涌出量为
q = Kad ( W壁残 -
W落残 )
=
Kad
W含
e-
b
h v
[1 -
(1 +
t) - n ]
因此 ,采落煤的绝对瓦斯涌出量为
Q=
Kad m1L4′ 4v0γW含
e-
b
h v
[1 -
(1 + t) - n ]
(8)
313 采空区残煤瓦斯涌出量
1999 年第 6 期
中州煤炭
总第 102 期
回采工作面瓦斯涌出规律及涌出量 预测方法的研究
梁运培 罗小林
(煤炭科学研究总院重庆分院 400037)
摘要 从对目前国内各种回采工作面瓦斯涌出量预测方法的分析 ,提出更为精确的预测 计算公式 ,并以阳泉一矿 12 # 煤层为例进行了预测验证 。 关键词 回采工作面 瓦斯涌出 分源预测法