1、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
2、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1 145
3、2(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
4、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:
5、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; i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2025m3/min,工作面瓦斯涌出总量在3540 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=
6、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(Q2Q1)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
7、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
8、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45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7.0834.32.43m3/mi
9、n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。