影響礦井瓦斯湧出量的因素

楊勇，王喬文
(內蒙古煤炭科學研究所，內蒙古 呼和浩特010020)

摘要:文章介紹礦井生產過程中，地質因素、開采因素和自然因素對礦井瓦斯湧出量的影響。
關鍵詞:瓦斯湧出量;瓦斯含量;瓦斯滲透性;通風壓力;大氣壓
中圖分類號:TD712 .52文獻標誌碼:B文章編號:1008-0155(2005) 04-0093-02
礦井瓦斯湧出量是指礦井生產過程中以普通湧出方式實際湧入采掘工作空間的瓦斯數量。研究影響礦井瓦斯湧出量的因素是為給礦井 設計和瓦斯 管理提供重要的依據，也是保證礦井 安全生產的需要。
1.地質因素
1. 1煤層和鄰近煤、岩層的瓦斯含量
開采煤層的瓦斯含量高，其瓦斯湧出量也必然大;開采煤層本身的瓦斯含量並不高，但在開采煤層的上部或下部賦存有瓦斯含量大的煤層(通常稱之為鄰近層)或岩層，由於受開采的影響，這些鄰近煤(岩)層中的瓦斯就要大量流入開采煤層的采空區和生產空間，從而增加了礦井的瓦斯湧出量。這些是礦井瓦斯湧出量的決定因素。此外，鄰近層的厚度、層數以及與開采層的間距等也都明顯地影響到礦井瓦斯湧出量。
1. 2煤層和圍岩的瓦斯滲透性
煤層與圍岩的滲透性對於礦井瓦斯湧出量的大小具有十分重要的影響。滲透性強的煤層，瓦斯易於在其中流動，流速快，瓦斯湧出強度大，礦井瓦斯湧出量就大;圍岩的瓦斯滲透性強，有利於鄰近
層的瓦斯向開采層的開采空間放散，礦井的瓦斯湧出量也隨之增大。
影響煤層和岩層滲透性的因素除與原生孔隙度、孔隙大小、後期遭受構造破壞的程度及構造裂隙的性質有關外，還與在受采動後煤層和圍岩所產生的采動裂隙的發育程度以及采動裂隙發育的範圍有關。采動裂隙的發育程度及發育範圍又與頂底板岩石的機械物理性質、鬆散比、工作麵長度、開采範圍、作業方式等因素有關。
2開采因素
2. 1開采規模
開采規模泛指開采深度、開拓和開采範圍、礦井產量以及工作麵個數、長度、推進速度等。在一定深度範圍內煤層瓦斯含量隨埋藏深度的增加而增大。在我國目前開采技術條件下，開采深度越深瓦斯湧出量也就越大。在相似的瓦斯地質條件下，開拓與開采範圍大、產量高的礦井、水平和采區其絕對瓦斯湧出量相對說比較大。當開拓與開采達到一定範圍，產量達到一定水平之後，礦井相對瓦斯湧出量達到一定數量後變化不大。
在生產工藝和瓦斯地質條件基本相似的條件下，隨著產量的增減礦井絕對瓦斯湧出量有明顯的增減，而相對瓦斯湧出量的變化則不明顯。
通過實測 03manbetx 認為，當礦井開采具有一定規模後，如果礦井湧出的瓦斯主要來源於采落的煤塊時，隨著產量的變化，對絕對瓦斯湧出的影響較為顯著;如果瓦斯主要來源於采空區和煤壁，隨產量的變化對相對瓦斯湧出量的影響較為顯著。
2. 2開采順序
近距離多煤層或厚煤層分層開采時，首采煤層(或首分層)瓦斯湧出量較高，除因本身的瓦斯湧出量外，鄰近層或其他分層的瓦斯，也會通過各種途徑湧入首采層的采空區和開采空間中來。
2. 3開采方法
頂板 管理采用全部垮落法，由於頂板的垮落和鬆動範圍較大，其瓦斯湧出量就比較大;而采用充填或部分充填法，其瓦斯湧出量相對比較小。采區煤柱多，工作麵采空區丟煤多，回采率低的采煤方法(如落垛采煤法)的采區，瓦斯湧出量比較大。回采工作麵初次來壓、周期來壓時，以及產生衝擊地壓時，瓦斯湧出量都會大大增加。據統計資料表明，周期來壓比正常生產時，其瓦斯湧出量增加60%左右。
2. 4生產工藝過程
在同一采掘工作麵中，由於不同的生產工藝過程，瓦斯湧出量差異很大，一般在落煤時瓦斯湧出量為最高。據實測資料表明，在采掘工作麵不同生產工藝過程中瓦斯湧出情況如表2－1，表2－2，表2－3所示。

2.5通風壓力和風量
通風壓力的增減，必然影響到瓦斯湧出平衡壓力的變化，即影響到礦井瓦斯湧出量的變化。抽出式通風的礦井，瓦斯湧出量隨著礦井通風壓力(負壓)的提高而增大，壓入式通風的礦井，瓦斯湧出量隨著礦井通風壓力(正壓)的降低而增加。
如果瓦斯主要來自開采煤層(如單一煤層)，則風量變化時，絕對瓦斯湧出量變化不大，風流中的瓦斯濃度將因風量的增加而減少，反之增加。多煤層回采的采區內，采空區可能積存大量高濃度的瓦斯，風量變化將使原有的采空區瓦斯排出狀況改變。以抽出式通風礦井為例，風量增加時，起初由於負壓和采空區漏風量的加大，一定數量的瓦斯從采空區湧出，絕對瓦斯湧出量增加，回風流中瓦斯濃度也急劇上升。上升到一定高度便開始下降，但超過原有濃度要維持一段時間。經過一定時間絕對瓦斯湧出量才恢複接近原有濃度，而回風流中的瓦斯濃度比原有濃度要低。風量減小時，情況相反。可見風量變化，能引起短時間內瓦斯湧出量的變化。這一時間的長短決定於采空區漏風中瓦斯濃度和瓦斯湧出量強度，湧出強度越小延續時間越長。進行采區風量調節時，必須注意回風流中的瓦斯濃度。
2. 6采空區 管理
采空區是礦井瓦斯的一個重要來源。采空區內積存著大量的高濃度(60%-70％)瓦斯。如果采空區密閉的質量不好，或其進、回風巷兩側通風壓差較大，就會造成采空區大量漏風，而把更多的瓦斯帶出來，從而導致礦井瓦斯湧出量增大。
3.自然因素
3. 1大氣壓
大氣壓的變化是影響礦井瓦斯湧出量的一個重要因素。據美國有關資料統計，有50%以上的瓦斯 02manbetx.com 是發生在大氣壓急劇變化的時候。在我國不完全統計也有40%一50%的瓦斯 02manbetx.com 是發生在大氣壓急劇變化的時候。陰雨天，空氣中水蒸氣含量增加，使大氣壓變低，以抽出式通風而言，造成礦井瓦斯湧出速度加快，湧出量增大，從而容易造成瓦斯積存，引發瓦斯爆炸 02manbetx.com 。
原因 03manbetx ，以大氣壓力Po，井巷中任意一點的絕對壓力為P1，其通風阻力用hw表示。即:Po-P1＝hw。當大氣壓下降時，其值為△X。這時大氣壓為Po-△X，礦井通風機工作狀況不變，礦井的通風壓力也不變。那麼，這時P,的絕對壓力＝(Po-△X)－hw=P1－△X。顯而易見，現在P1點的壓力比原來小了△X，致使阻礙瓦斯向外湧出的能力下降，從而導致瓦斯向外湧出速度加快，湧出量增大。因此，在大氣壓發生變化的時候，我們必須密切注視瓦斯湧出量的變化，采取積極的 措施，以防止瓦斯積存造成瓦斯 02manbetx.com 。
3. 2地震
地震是一個增大瓦斯湧出量的因素。據前蘇聯謝布尼諾 煤礦在地震期間對瓦斯湧出量的觀測，是正常時瓦斯湧出量的3.5－5倍，最高時達到了10－15倍。
地震可以產生較大的地質構造變化，它破壞了原有瓦斯湧出的平衡:(1)破壞了采區與風流相隔離的密閉;;(2)增加了煤、岩層中的裂隙。其結果是增大了從頂底板及鄰近層向采空區湧出瓦斯的強度;增大了從破壞的密閉湧向風流的瓦斯;經過新形成的裂隙增大了圍岩和煤層流向生產區域的瓦斯。
地震還是誘發煤與瓦斯突出的重要因素。了解地震對瓦斯湧出的影響，可使我們在突發事情來臨時有所準備。
綜上所述，影響礦井瓦斯湧出量的因素是多方麵的，由於各礦區的條件不同，其因素的影響程度也不同，但總有幾種因素是主要影響因素。我們應該通過係統的深入研究，找出規律性，以便有針對性地采取控製和防範 措施。