屯留煤矿瓦斯基础参数测定及工作面瓦斯涌出量预测
工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
回采 工作面 瓦斯 涌出量是 由开采 层 （ 围岩 ） 含 和 邻 近层瓦斯 涌 出量 ２部 分组 成 。５煤 层 开 采 时所 能 影 响到 的邻近层 煤层厚 度分 别为 １２０８ｍ， ．，． 间距 分 别 为 １ ． ｍ和 １． ３７ ５９ｍ。开采 过程 中 ， 近层 受采 动 邻 影 响卸压 而 向工作 面涌 出瓦 斯 ， 回采工 作 面 瓦斯 故
３ ．７ ， 均 ３ ．９ ， 重 １４ ／ ３上 距 ４煤 层 ５９ ％ 平 ４２％ 容 ．５ｔ ， ｍ １． ３ ７ ｍ。 煤 层 底 板 为 炭 质 泥 岩 层 ， 均 厚 度 平
出量 ， 具有 较 高 的预 测 准 确 率 。笔 者 采用 分 源 计算
法对 ５煤层 采掘工 作面 瓦斯涌 出情况 进行 预测 。 ２ １ 回采工作 面 瓦斯 涌 出量预测 ．
采掘 工作 面瓦斯 涌 出量进 行预 测 ， 析 了采 掘工 作面 瓦斯 涌 出影 响 因素和涌 出来源 ， 出 了针对 性 的 防 分 提 治措 施。
关 键词 ： 瓦斯 涌 出； 源 计算法 ； 分 瓦斯 治理
中图分 类号 ：Ｄ １ ２０ ）３ ０５ —０ １０ —４９ （０８０ — ０４ ３ 度与产 量 、 落煤工 艺与老 顶来 压距 、 风压 力 与采空 通
收 稿 日期 ：（７ １ ２ ２０ —０ —２ 修 回 ２ １—１ —１ ； ８ ２ ５ Ｋ ０ 作 者 简 介 ： 忠 奎 （９６ Ｉ ， ， 州 遵 义 人 ， 师 ， 要 王 １６＿ ） 男 贵 讲 主
＝
ｓ
（
）＋
∑
（。一Ｗ ） Ｗ
（） １
式中：。 ｇ 为开 采 煤层 （ 包括 围岩 ） 对 瓦斯 涌 出量 ， 相 ｍ ／；２ ３ｔｇ 为邻 近层相 对瓦斯 涌 出量 ， ３ ； 为围岩瓦 ｍ／ ． ｔ
矿井工作面瓦斯量预测及突出预警系统的设计
矿井工作面瓦斯量预测及突出预警系统的设计【摘要】针对高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井对煤与瓦斯突出危险的预警分析及瓦斯涌出量预测的需要，设计了一套基于矿井瓦斯浓度和风量信息为基础的矿井工作面瓦斯涌出预测及突出预警系统。
文章分别介绍了该系统对煤与瓦斯突出预警分析和工作面瓦斯涌出量预测的流程，介绍了各自所依托的基础模型和算法。
指出针对掘进工作面煤与瓦斯突出预警分析不但需要瓦斯浓度信息，同时需要将风流变化信息作为修正考虑进去。
瓦斯涌出量的预测需要根据几种主要的瓦斯涌出源，分成不同时间段和精度进行分别预测。
文章同时介绍了各自模块设计以及相对于现有瓦斯涌出量预测及突出预警系统所具备的优势。
【关键词】瓦斯浓度；风速；瓦斯涌出量；煤与瓦斯突出；预警引言煤炭在我国能源结构中占有特别重要的地位，随着对煤炭需求量的不断增加，各种煤矿重特大安全事故发生率居高不下，矿井煤与瓦斯突出以及瓦斯爆炸等灾害对煤矿安全形式的威胁尤为严重，对人员和财产都造成了较大的危害。
煤矿安监总局提出，瓦斯超限就是事故的理论，就对煤矿瓦斯管理提出了更高的要求。
国家安全监管总局国家煤矿安监局更是在2013年3月4日下发了关于加强煤与瓦斯突出事故监测和报警工作的第28号文件，文件要求各煤矿完善安全监控系统相关软件，建立煤与瓦斯突出事故自动报警系统，实现对突出事故及其发生时间、地点的自动判识和及时报警，以及瓦斯涌出量和波及范围自动预测，及时发出断电指令、通知相关人员。
所以说各高瓦斯矿井及煤与瓦斯突出矿井对瓦斯涌出量的预测及煤与瓦斯突出危险性分析的需求就尤为迫切，本文就结合这种需求设计了一套基于矿井瓦斯浓度和风量信息为基础的的矿井工作面瓦斯涌出预测及突出预警系统。
1.预警流程1.1 掘进工作面瓦斯突出趋势预测采用传统防突参数预测和综合指标参数预测两种预测方法，使预测结果更加准确。
（1）以连续的掘进面瓦斯浓度和风筒风量数据为基础，日常防突检测参数为修正，综合计算得出该掘进工作面的瓦斯突出趋势。
一种矿井工作面瓦斯涌出量预测的方法[发明专利]
![一种矿井工作面瓦斯涌出量预测的方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/7ca69be4844769eae109ed5b.png)
专利名称：一种矿井工作面瓦斯涌出量预测的方法专利类型：发明专利
发明人：南华,廉红卫,王春
申请号：CN201810782963.X
申请日：20180717
公开号：CN109002919A
公开日：
20181214
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种矿井工作面瓦斯涌出量预测的方法，包括以下步骤：根据矿山压力对工作面的作用效果，把工作面前方煤体划分为初始压缩及塑性变形区A、煤体的强烈压缩及破坏区B和顶板回转作用区C。
由于应力的升高致使煤体内压力升高，从而使该部分煤体中部分游离态的瓦斯会变成吸附态瓦斯，不利于瓦斯的释放。
工作面瓦斯的释放可以看做是这两部分释放的，算出A区的瓦斯量与两帮的释放量就可以近似的表达工作面的瓦斯含量。
本发明通过将工作面前方煤层划分为不同的几个区域，通过计算破碎区域区域的瓦斯涌出含量，从而得到工作面的瓦斯涌出量。
通过计算得到的数据，用来指导矿井采取更加经济合适的措施预防瓦斯，从而提高矿井安全生产水平。
申请人：河南理工大学
地址：454000 河南省焦作市高新区世纪大道2001号
国籍：CN
代理机构：郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)
代理人：朱俊峰
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矿井瓦斯涌出量预测
矿山统计法
适用条件及存在的不足
分源预测法
基本原理
分源法预测法实质是按照矿井生产过程中瓦斯涌 出源的多少、各个涌出源瓦斯涌出量的大小来预 测矿井、采区、回采面和掘进工作面等的瓦斯涌 出量。各个瓦斯源涌出瓦斯量的大小是以煤层瓦 斯含量、瓦斯涌出规律及煤层开采技术条件为基 础进行计算确定的。
分源预测法
适用条件及存在不足
速度预测法是以现场实测的瓦斯涌出初速度 V0与衰减系数α为基础；
而其它5种方法都是建立在统计数据的基础上 的，只不过回归的方法不同而已，比如矿山 统计法采用的是一元回归，瓦斯地质数学模 型法是采用的多元统计分析，灰色系统预测 法是通过微分建模型，神经网络预测法实质 也是一种非线性回归方法。
三、矿山统计法
矿井瓦斯涌出构成
回采工作面瓦斯涌出量预测
回采面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表 示，以24 h为一个预测圆班，采用下式计算
q采——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3／t； q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3／t； q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3／t。
开采层相对瓦斯涌出量计算
薄及中厚煤层不分层开采时，用下式计算
一水平
二水平
三水平
四水平
五水平
已开采完
鉴定
正在生产
正在生产
待延深水平
预测 待延深水平
二、预测方法简介
发展及传统方法
数理模型方法
矿井瓦斯涌出量预测实训项目指导书
实训项目：矿井瓦斯涌出量预测
1.任务与能力标准
2.任务实施要求
1）准备工作
（1）生产矿井开采时期的瓦斯涌出统计资料、地质资料、开采条件资料等（2）煤层瓦斯含量测定资料
（3）矿井生产技术图纸
2）矿山统计法预测瓦斯涌出量
（1）生产矿井统计资料整理分析
（2）编绘相对瓦斯涌出量与开采深度关系图
（3）瓦斯涌出量梯度的计算
（4）深部煤层瓦斯涌出量预测
（5）编绘煤层瓦斯涌出量等值线图
3）煤层瓦斯含量法预测瓦斯涌出量
（1）预测计算单一煤层开采时相对瓦斯涌出量（2）预测计算开采有邻近层时相对瓦斯涌出量4）分源计算法预测瓦斯涌出量
（1）预测采煤工作面瓦斯涌出量
（2）预测掘进工作面瓦斯涌出量
（3）预测生产采区瓦斯涌出量
（4）预测矿井瓦斯涌出量
3.任务考核评价标准
评价标准。
瓦斯涌出量预测方法及问题
化管理，基于 ＡｒｃＶ ｉｅｗ 的瓦斯预测 区瓦斯涌出量进行预测，其主要的
信息管理系统的总体结构及系统功 不可靠性来自数学方法和数学模型。
能进行了分析和设计。瓦斯预测信
二、预测指标的不完全性
由于预测影响因素比较多，在 具体的计算中也不可能考虑到所有的 预测影响因素。同时，由于预测系统 的灰色性，导致预测中许多影响因素 不可知。因此，预测指标是不完全的。
100 易安网
Ｍｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ 矿 山 安 全
“趋势”，就是排除了局部起伏后比 息管理系统是基于瓦斯地质理论预
较规则的变化。灰趋势面法的预测 测瓦斯的成果，着眼于运用现代化
结果优于同等条件下的矿山统计法 手段提高工作效率和管理水平，对
和瓦斯含量法。
瓦斯预测进行信息化管理提供矿用
数学方法，建立预测瓦斯涌出量的多 涌出量方面，近年来确实发挥出了
变量数学模型，利用所建立的数学模 显著的效用，但各种预测方法都有
型，对矿井未采区域的瓦斯涌出量进 它的适用条件。实际上，这些预测方
行预测。在数学模型建立之后，未采 法在使用过程中都可能产生较大的
区域的瓦斯涌出量预测可根据不同情 误差，瓦斯涌出量预测技术本身还
矿 山 安 全 Ｍｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ
瓦斯涌出量预测方法及问题
文 景兴鹏 李彬刚 郑登锋
今年７月底，国家煤矿安全监察 局针对一些高瓦斯和低瓦斯矿井相 继发生了煤与瓦斯突出事故的情况， 要求强化煤矿瓦斯防治基础工作， 立即组织开展矿井瓦斯等级鉴定。 而开展矿井瓦斯等级鉴定，必须掌 握瓦斯涌出量预测方法。
况采用不同的方法进行。①未采区域 存在着一些需要改进的问题。
有完整的设计图。对深部未采工作面
一、瓦斯涌出量预测方法本身
瓦斯涌出量预测
附件一瓦斯涌出量预测(一) 类比法参考公式:q=q参+Δh×a式中:q一回采工作面相对瓦斯涌出量(m3//t);q参一参考工作面(己采)相对瓦斯涌出量(m3//t);Δh一预测工作面与参考工作面标高差(m);a一瓦斯涌出量梯度(m3/t/m)。
(二) 分源预测法根据工作面具体条件和已采区实测资料，分别计算各种瓦斯涌出源涌出量（与采煤同时抽采的抽采量也要计入工作面瓦斯涌出量）。
无实测资料的，可参考下列公式。
参考公式：Q= Q本+Q邻Q本=k l k z k3k4k5(M/m)(X0-X C)nQ邻=k6∑ηi (M i/m)(X0-X C)i=1式中:Q一回采工作面相对瓦斯涌出量(m3//t);Q本一本煤层相对瓦斯涌出量(m3//t);Q邻—邻近煤层相对瓦斯涌出量(m3//t);K1—围岩瓦斯涌出系数,全部垮落法取值=1.2;k2—工作面残煤瓦斯涌出系数,取值=1/工作面回采率;k3—掘进工作面预排瓦斯影响系数,取值=(L-xb)/L,式中：L为工作面长度,b 为巷道宽度,x为预排系数,x=3～4；k4—不同通风方式的瓦斯涌出系数,U型通风取值=1.0,Y型通风取值=1.3～1.5;K5—本煤层抽采瓦斯影响系数,取值=1.1～1.5,具体:顺层孔抽采取值=1.05～1.1，老塘埋管取值工1.2～1.3,顶板或穿层钻孔取值=1.2～1.3,巷道抽采取值=1.2～1,4,综合抽采取值=1.3～1.5:K6—邻近煤层抽采瓦斯综合影响系数,取值=1.2～1.⒋M、m—本煤层的煤层厚度与回采高度(m);残存瓦斯含量与原始瓦斯含量换算关系X C—本煤层残存瓦斯含量(m3//t);X0 —本煤层原始瓦斯含量(m3//t);X C=0.15×X0(m3//t) , (一般)。
ηi—第i上邻近煤层或第i下邻近煤层的瓦斯排放率(%), ηi取实测值;若无实测值,可根据层间距、岩性、采厚、工作面面长、回采推进度、瓦斯含量、瓦斯压力等因素综合确定ηi，一般ηi<85%。
矿井瓦斯涌出量预测计算公式
一、预测原则1、根据矿井瓦斯涌出量预测方法(AQ 1018-2006标准)。
2、本矿井处于基建阶段，瓦斯涌出主要来源为回采工作面、煤巷掘进面及煤壁涌出。
3、岩巷瓦斯涌出量一般按照工作面配风量和工作面瓦斯浓度进行计算。
4、全矿井的瓦斯涌出量由煤、岩巷掘进工作面、其他巷道或硐室和瓦斯抽采量组成。
二、预测依据1、回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达，以24h 为一个预测圆班，采用式（1-1）计算。
21q q q +=采式（1-1）式中：q 采一回采工作面相对瓦斯涌出量,m 3/t ；q 1一开采层相对瓦斯涌出量，m 3/t ；q 2一邻近层相对瓦斯涌出量，m 3/t 。
开采层和邻近层相对瓦斯涌出量计算方法如下：a.不分层开采时，开采层瓦斯涌出量由式（1-2）计算： ()c W W Mm k k k q -••••=03211 式（1-2） 式中：q 1一开采层相对瓦斯涌出量，m 3/t ；K 1一围岩瓦斯涌出系数，取；K 2—工作面丢煤瓦斯涌出系数，取；K 3—采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，取；m 一开采层厚度,6m ；M 一工作面采高，；W 0—煤层原始瓦斯含量,m 3/t ；Wc —运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m 3/t 。
b. 未开采邻近层，故不计算邻近层瓦斯涌出量。
2、掘进工作面煤壁和落煤瓦斯涌出量a.掘进巷道煤壁瓦斯涌出量掘进巷道煤壁瓦斯涌出量采用式(1-1)计算。
30q (21)L D v q v=•••- (1-1) 式中：q 3—掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m 3／min ；D —巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m ；本矿主采3#煤层，煤层平均厚度为；对于厚煤层，D =2h+b ，h 及b 分别为巷道的高度及宽度。
υ—巷道平均掘进速度，m ／min ；L —巷道长度，m ；q 0—煤壁瓦斯涌出强度，m 3／(m 2?min )，如无实测值可参考式(1-2)计算。
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屯 留矿井 属高 瓦斯 矿井 。地质 报告 虽对 矿井 的
③ 封 孔 过 程 ：在 钻 孔 成 形 并 清 洗 完 其 内煤 粉
后， 实施 封孔工 艺 。 ３ 压 力读 取及 瓦斯 压力 的确定 ）
煤层瓦斯含量进行 了采样 ， 对瓦斯成分等提供了资
料 ， 对 矿 井 瓦 斯 涌 出量 的预 测 不 够 充 分 ， 乏 瓦 但 缺 斯 的可 抽放 性 预测 和瓦斯 抽 放参 数 。因 此 ， 矿井 对 瓦斯 进 一 步进 行探 测 和研 究 ， 条 件许 可 的情况 下 在 考虑 瓦 斯抽 放 ， 提 高矿 井 安全 可 靠性 的一 项 重要 是
１钻 孔 的形成 ）
钻 孔 位 置 选 择 在 掘 进 巷 道 距 掘 进 工 作 面 ８ｍ ０
的地 方 ， 巷道 未受 采 动影 响 的一 帮 以 ５ ～７ 的 在 。 。
７２ｍ。一般 ５９ ｍ， 层稳 定 ， ．５ ．９ 煤 属结 构简单 至 较简单
煤层 。
仰 角钻进 ， Ｌ 钻孑 深度 ２ ２ ｍ。 ０～ ５
式 中 ：一给 定 温度 下 ， ｘ 瓦斯压 力 为 Ｐ时 ， 位 质 单 量 可燃物 的吸 附瓦斯 量 ， ／（ 燃 物 ） ｍｌ 可 ｇ ； ａｂ Ｌｎｍ ｉ吸 附常数 ； ，－ ａｇ ｕｒ 单位 分 别为 ｍｌ（ ／ 可燃 物 ）ＩＭＰ ； ｔ ，／ ａ Ｐ 吸 附平衡 时的瓦 斯压 力 ， ａ 一 ＭＰ 。 为 了对 实 验结 果 进 行 检查 及 误 差 分 析 ， 们将 我 Ｌｎｍ ｉ吸 附方程 改 写成 直线 方程 的形 式 ， ａｇ ｕｒ 即有 ：
２ １ 年 ５月 ０１
山西煤 炭管 理干部 学 院学报
Ｊ ｕｎ ｌ ｆ ｈ ｎ ｉ ａ－ ｎｎ ｄ ｎｓｒｔｒ ｌ ｇ ｏ ｒ ａ ａ ｘ ｌＭｉｉｇＡ ｍｉｉｔ ｏｓ ｏＳ Ｃｏ ａ Ｃｏｌ ｅ ｅ
Ｍ ａ ２０１ ｙ， １
第 ２ ４卷
第 ２ 期
Ｖｏ ．４ Ｎｏ２ １ ２ ．
课题。
钻孑 封 闭完 毕 后 即安 装 压力 表 ，并 开始 读数 ， Ｌ 读 数 间 隔 时 间应 根据 压力 的变化 情 况 而定 ， 当压 力
上升 迅 速 时可 几 分钟 记 录一 次 ， 随着 压 力 上 升速 度
的减缓 ， 步将 间 隔时间 加大 。根据 实测 结果 ， 终 逐 最 确 定 屯 留煤 矿 ３号 煤 层 原 始 瓦 斯 压 力 为 Ｐ Ｏ４ ＝． ７
２ 封 孔方 式 ）
区 内 主采 煤层 ３号 煤距 ９ １ 、５号煤 层 较 远 ， 、２ １ 其 上 覆 煤 层 １２号 煤 层 厚 度 仅 为 ０２ ｍ及 ０２ｍ， 、 ．９ ． ６ 分 布极 不 稳定 ， 析 ３号煤 开 采 时瓦 斯 主要 来 自本 分
煤层 。
①封孑长度 ：ｍ Ｌ ５ ②封孔措施 ：胶囊一密封液封孑 测压技术措 Ｌ
Ｎ Ｃ 水作 为封 闭液 ； ａ１
（— ） ４ ２
③高 压瓦斯瓶 ：内装 ５ Ｐ Ｍ ａ以上 的纯 Ｃ ４气 Ｈ
１ 矿 井概 况
应用 Ｍ Ⅱ型瓦斯压力测定仪进行瓦斯压 力的ｉ 一 贝 ０
定。
屯 留井 田位 于 沁 水煤 田东 部 中段 ， 层 走 向近 地 南 北 ， 向西 且 略有 起伏 ， 角 ３ ～１。 。３号煤 倾 倾 ｏ ５
层 位 于 二 叠 系 山西 组 下 部 ，为 上 煤 组 ，厚 ５０ ．０～
ＭＰ ａ。
２ 实验 研 究的 主要 内容
该 实 验项 目开 展 了以下 几方 面 的探 索 ： １ 的基 础参 数测 定 ； ． 煤
２煤 层 瓦斯压 力测 定 ； ． ３煤 样 吸附常 数测 定 ； ．
４ 煤样 吸 附常数 的测定
１煤样 来 源及工 业分 析 ） 煤 样取 自于屯 留矿 ３号煤层 。煤 样工 业分 析数
水分 灰分 挥发分 固定碳
１０２ ． ７５ ． １Ｉ １３８ ８ １ ０．
１４８ ．
ห้องสมุดไป่ตู้
ｌ３ ＿５
８． ８
收稿 日期 ：０ １０ — ０ ２ １－ ３ ２
作者简介 ： 毕安林 （９ ３ ）长治经坊煤业有限公司助Ｔ 。 １６一 ， ３ ６
２ 实验 设备 及装 置 ） （） １实验 主要 设 备及要 求
旦： ＋ 旦
Ｘ ａ ａ ｂ
①吸 附缸 ： 为盛装试样煤样 的高压容器 ， 容积
为９ ０—１ ０ ； ０ ｍｌ
②量管组 ：用来测量解吸或吸附瓦斯体积 ， 其 中， 低压吸附量管容积为 ２０ ｌ ０ ｍ ， ０ｍ ± ． ｌ ２ 使用水银作 封闭液 ；高压 吸附管容积 １０ｍ ± ｍ， ０ ０ ｌ ５ ｌ 使用饱 和
据 见表 １ 示 。 所
表 １ 煤 样 工 业 分 析 及 孔 隙 率表
４ ． 煤层瓦斯含量及含量系数的测算 ；
５预测 工作 面瓦斯 涌 出量 。 。
３ 煤层 瓦斯压 力测 定
Ｔ业分析 （
％）
真密度 视密度 孔隙
・ ｍ 率 ％
这 次 测 定 是 在 屯 留煤 矿 ３号煤 层 的掘 进 岩 巷 中垂 直煤 层 打钻 直 接进 行 测 定 ， 即在 掘 进 巷道 中 向 预定 测 量 瓦 斯 压 力 的 地 点 ， 钻机 打 一 钻孔 ， 后 用 然
・
煤炭 生产 与管理 ・
屯留煤矿瓦斯基础参数测定及工作面瓦斯涌出量预测
毕安 林
（ 治 经坊 煤 业 有 限公 司 ， 长 山西 长 治 ０ ７ ０ ） ４ １０
摘
要： 瓦斯是矿井 的重大危险源 ， 极易引发 重大矿井灾难 事故 ， 给国家和社会造成 巨大损失 ， 为此 ， 需要经 常
对 瓦斯参数进行测定 ， 预测瓦斯涌出量 ， 为矿井防治瓦斯 灾害事故提供科学依据。 关键词 ： 煤矿生产 ； 瓦斯涌出量 ； 测定 中图分类号 ：Ｄ １． Ｔ ７ ２５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ８ ８ ８ （０ １０ — ０ ６ ０ １０ — ８ １２ １ ）２ ０ ３ — ４