煤礦瓦斯湧出量預測實例
礦井瓦斯湧出量預測
一、礦井瓦斯湧出量預測依據
1、《礦井瓦斯湧出量預測方法》（AQ1018- 2006 ）
2、《煤礦瓦斯抽采規範》（AQ1027- 2006 ）
3、重慶一三六地質隊2009年3月提交的《貴州省桐梓縣吉源井田煤礦煤炭資源補充勘探地質報告》
二、礦井瓦斯湧出量預測方法
采用最新的國家行業標準《礦井瓦斯湧出量預測方法》（AQ1018- 2006 ），該標準由國家安全生產監督管理總局 2006年2月27日發布2006年5月1日實施，本礦井為新建井，故本次設計采用分源法預測礦井瓦斯湧出量。具體預測方法如下
1、回采工作麵瓦斯湧出量
回采工作麵瓦斯湧出量由開采層（包括圍岩）和鄰近層兩部份組成，計算式如下：
q采=q1+q2
式中：q采——回采工作麵相對瓦斯湧出量，m3/t；
q1——開采層相對瓦斯湧出量，m3/t；
q2——鄰近層相對瓦斯湧出量，m3/t；
（1）開采層瓦斯湧出量
式中：Ｋ1——圍岩瓦斯湧出係數；
Ｋ2——回采工作麵丟煤湧出係數，其值為回采率的倒數；
Ｋ3——順槽掘進預排係數，後退式回采，Ｋ3=(B-2b)/B，
B — —回采工作麵長度，m；
b — —順槽瓦斯預排寬度，m；
m——開采層厚度，m；
M——工作麵采高，m；
W0——煤層原始瓦斯含量，m3/t；
Wc——煤層殘存瓦斯含量，m3/t。
（2）鄰近層瓦斯湧出量
式中：q2——鄰近層相對瓦斯湧出量，m3/t；
——鄰近層瓦斯排放率，%；
W0i——各鄰近層原始瓦斯含量，m3/t；
Wci——各鄰近層殘存瓦斯含量，m3/t；
mi——各鄰近層煤厚，m；
其餘符號意義同前。
2、掘進麵瓦斯湧出量計算
掘進工作麵瓦斯湧出來源包括兩部份，一是暴露煤壁湧出瓦斯，二是破落煤塊湧出瓦斯，其湧出量計算公式如下：
q掘=q3+q4
q3=D×V×q0×(2)
q4=S×V×γ×(W0－Wc)
式中：q掘——掘進麵絕對瓦斯湧出量，m3/min；
q3——掘進巷道煤壁絕對瓦斯湧出量，m3/min；
q4——掘進巷道落煤絕對瓦斯湧出量，m3/min；
D——巷道斷麵內暴露煤壁麵周邊長度，m；
V——巷道平均掘進速度，m/min；
L——掘進煤巷長度，m；
q0——掘進麵煤壁瓦斯湧出初速度，m3/(m2·min)；
q0=0.026 [ 0.0004×(Vr)2+0.16 ] ×W0
式中：Vr——掘進煤層原煤揮發份，%
S——掘進煤巷斷麵積，m2；
γ——原煤容重，t/m3；
其餘符號意義同前。
3、采區瓦斯湧出量計算
式中：q區——生產采區相對瓦斯湧出量，m3/t；
K′——生產采區內采空區瓦斯湧出係數；
q采i——第i個回采工作麵相對瓦斯湧出量，m3/t；
Ai——第i個回采工作麵的日產量，t；
q掘i——第i個掘進工作麵絕對瓦斯湧出量，m3/min
Ao——生產采區平均日產量，t；
4、礦井瓦斯湧出量
式中：q井——礦井相對瓦斯湧出量，m3/t；
q區i——第i個生產采區相對瓦斯湧出量，m3/t；
Aoi——第i個生產采區平均日產量，t；
K"——已采采空區瓦斯湧出係數。
三、礦井瓦斯湧出量預測參數
1、煤層參數
煤層參數見表1。
表1煤層參數表
煤層 |
煤層厚度(m) |
層間距(m) |
容重(t/m3) |
首采區煤層厚度(m) |
||
C1 |
0.24-3.36 |
1.33 |
0 |
0 |
1.48 |
1.01 |
C5 |
0.0-3.55 |
1.43 |
37.0-55.0 |
48.07 |
1.47 |
|
C6 |
0.80-4.87 |
1.72/2.01 |
3.37-15.0 |
7.74 |
1.44 |
|
2、回采麵工作麵參數
回采麵工作麵參數見表2。
表2回采麵工作麵參數表
序號 |
煤層 |
工作麵長(m) |
年推進度(m) |
厚度 (m) |
容重(t/m3) |
產量(kt/a) |
回收率 (%) |
1 |
C1 |
170 |
1200 |
1.20 |
1.48 |
351 |
0.97 |
2 |
C6 |
170 |
1200 |
2.00 |
1.44 |
581 |
0.95 |
3、煤層瓦斯含量
煤層瓦斯含量見表3。
表3煤層瓦斯含量表
序號 |
投產初期（+ 740m ） 各煤層瓦斯含量 （m3/t） |
一水平（+ 620m ） 各煤層瓦斯含量 （m3/t） |
殘餘含量 m3/t |
C1 |
12.31 |
17.66 |
5.0 |
C5 |
17.69 |
23.06 |
5.0 |
C6 |
18.99 |
22.75 |
5.0 |
四、礦井瓦斯湧出量預測過程
（一）投產初期（+ 740m ）瓦斯湧出量
1、C1煤層回采麵瓦斯湧出量
(1)開采層瓦斯湧出量
圍岩瓦斯湧出係數按1.2考慮，回采工作麵回采率為97%，回采工作麵丟煤湧出係數為1.031，順槽瓦斯預排寬度按12m考慮，順槽掘進預排係數為0.86，則開采層瓦斯湧出量為：
q1=1.2*1.031*0.86*(12.31-5.0)= 7.78m3 /t
（2）鄰近層瓦斯湧出量
C5、C6煤層為C1煤層的上鄰近層，層間距分別為48.07m、55.81m。開采C1煤層時，C5、C6煤層瓦斯排放率分別為60%、51%。C5、C6煤層瓦斯湧出量為：
Q15=1.43/1.2*0.6*(17.69-5.0)= 9.07m3 /t
Q16=2.01/1.2*0.51*(18.99-5.0)= 11.95m3 /t
則C1煤層回采麵瓦斯湧出量為：
q采= 7.78+9.07 +11.95= 7.78+21.02= 28.8m3 /t
C1煤層回采麵平均年產量為322.1Kt，絕對瓦斯湧出量為:
322100/1440/330×28.8= 19.52 m3 /min
2、掘進麵瓦斯湧出量計算
C1煤層為薄煤層，煤層厚1.2m，掘進巷道寬度B為4.5m，D= 1.2m ，煤巷推進度為150m/月，巷道長度L取1050m；運輸順槽斷麵積為12.1m2，煤層容重1.48t/m3；C1煤層原煤揮發份9.41%，巷道煤壁瓦斯湧出初速度為：
0.026×（0.0004×9.412+0.16）×12.31= 0.06255m3 /m2·min
掘進巷道煤壁瓦斯湧出量：
q3=2.4×0.00772×0.06255×（2）= 0.86m3 /min
掘進巷道落煤瓦斯湧出量：
q4=4.5×1.2×0.00772×1.48×（12.31-5.0）= 0.45 m3 /min
掘進麵瓦斯湧出量：
q掘=0.86+0.45= 1.31m3 /min
3、采區瓦斯湧出量計算
根據《礦井瓦斯湧出量預測方法》（AQ 1018－2006），投產初期采空區瓦斯湧出量較小，係數K′取1.30。采區瓦斯湧出量為：
相對量：1.30×（28.8×976.06+1440×1.31）÷1024.86= 38.05m3 /t
絕對量：38.05×1024.86/1440= 27.08 m3 /min。
4、礦井預測結果
投產初期開采首采區，無老采空區，首采區瓦斯湧出量即礦井瓦斯湧出量。預測結果見表4。
（二）一水平（+ 620m ）最大瓦斯湧出量
1、C1煤層回采麵瓦斯湧出量：
(1)開采層瓦斯湧出量
圍岩瓦斯湧出係數按1.2考慮，回采工作麵回采率為97%，回采工作麵丟煤湧出係數為1.031，順槽瓦斯預排寬度按12m考慮，順槽掘進預排係數為0.86，則開采層瓦斯湧出量為：
q1=1.2*1.031*0.86*(17.66-5.0)= 13.47m3 /t
表4投產初期礦井瓦斯湧出量預測表
采區 編號 |
采掘 工作麵 |
工作麵湧出量 |
本層、下鄰近層相對瓦斯湧出量及所占百分比 |
||||||
絕對量 （m3/min） |
相對量 （m3/t） |
本煤層 （m3/t） |
百分比 （%） |
上鄰近層 （m3/t） |
百分比 （%） |
下鄰近層 （m3/t） |
百分比 （%） |
||
一 采 區 |
綜采 |
19.52 |
28.80 |
7.78 |
27.0 |
21.02 |
73.0 |
/ |
/ |
掘進 |
1.31 |
||||||||
采空區 |
6.25 |
||||||||
小計 |
采區絕對瓦斯湧出量27.08 m3/min，相對瓦斯湧出量38.05m3/t。 |
||||||||
合計 |
礦井絕對瓦斯湧出量27.08m3/min，相對瓦斯湧出量38.05m3/t。 |
||||||||
（2）鄰近層瓦斯湧出量
C5、C6煤層為C1煤層的上鄰近層，層間距分別為48.07m、55.81m。開采C1煤層時，C5、C6煤層瓦斯排放率分別為60%、51%。C5、C6煤層瓦斯湧出量為：
Q15=1.43/1.2*0.6*(23.06-5.0)= 12.91m3 /t
Q16=2.01/1.2*0.51*(22.75-5.0)= 15.16m3 /t
則C1煤層回采麵瓦斯湧出量為：
q采= 13.47+12.91 +15.16= 13.47+28.07= 41.54m3 /t
C1煤層回采麵平均年產量為322.1Kt，絕對瓦斯湧出量為:
322100/1440/330×41.54= 28.16 m3 /min
2、掘進麵瓦斯湧出量計算
C1煤層為薄煤層，煤層厚1.2m，掘進巷道寬度B為4.5m，D= 1.2m ，煤巷推進度為150m/月，巷道長度L取1050m；運輸順槽斷麵積為12.1m2，煤層容重1.48t/m3；C1煤層原煤揮發份9.41%，巷道煤壁瓦斯湧出初速度為：
0.026×（0.0004×9.412+0.16）×17.66= 0.08904m3 /m2·min
掘進巷道煤壁瓦斯湧出量：
q3=2.4×0.00772×0.08904×（2）= 1.25m3 /min
掘進巷道落煤瓦斯湧出量：
q4=4.5×1.2×0.00772×1.48×（17.66-5.0）= 0.78 m3 /min
掘進麵瓦斯湧出量：
q掘=1.25+0.78= 2.05m3 /min
3、采區瓦斯湧出量計算
根據《礦井瓦斯湧出量預測方法》（AQ 1018－2006），采空區瓦斯湧出係數K′=1.30。采區瓦斯湧出量為：
相對量：1.30×（41.54×976.06+1440×2.03）÷1024.86= 55.14m3 /t
絕對量：55.14×1024.86/1440= 39.24 m3 /min。
4、礦井預測結果
根據《礦井瓦斯湧出量預測方法》（AQ 1018－2006），開采二、三采區時已采采區瓦斯湧出係數K′′=1.30，礦井瓦斯湧出量為：
相對量：1.30×55.14= 71.68m3 /t
絕對量：1.30×39.24= 51.01 m3 /min。
預測結果見下表5。
表5一水平最大瓦斯湧出量預測表
采區 編號 |
采掘 工作麵 |
工作麵湧出量 |
本層、下鄰近層相對瓦斯湧出量及所占百分比 |
||||||
絕對量 （m3/min） |
相對量 （m3/t） |
本煤層 （m3/t） |
百分比 （%） |
上鄰近層 （m3/t） |
百分比 （%） |
下鄰近層 （m3/t） |
百分比 （%） |
||
二 采 區 |
綜采 |
28.16 |
41.54 |
13.47 |
32.4 |
28.07 |
67.6 |
/ |
/ |
掘進 |
2.03 |
||||||||
采空區 |
9.05 |
||||||||
小計 |
采區絕對瓦斯湧出量39.24 m3/min，相對瓦斯湧出量55.14m3/t。 |
||||||||
已采采區 |
11.77 |
||||||||
合計 |
礦井絕對瓦斯湧出量51.01m3/min，相對瓦斯湧出量71.68m3/t。 |
||||||||
五、抽采後瓦斯湧出量預測
1、C1煤層回采麵抽采後瓦斯湧出量：
(1)開采層瓦斯湧出量
一水平C1煤層最大瓦斯含量為17.66 m3/t，按《煤礦瓦斯抽采基本要求》（AQ1026- 2006 ）的要求，C1煤層在開采前必須將瓦斯含量降到8.0 m3/t以下，本煤層瓦斯含量預抽率為54.7%，則本煤層預抽後其瓦斯湧出量降為：
q1=1.2*1.031*0.86*(8.0-5.0)= 3.19m3 /t
C5、C6上鄰近層瓦斯湧出量為28.07m3/t，設計在C1、C5煤層之間布置專用瓦斯抽采巷，在專用抽采巷內布置上向穿層鑽孔，在開采C1保護層的同時抽采C5、C6臨近層卸壓瓦斯，C5、C6煤層瓦斯抽采率按70%，則C1煤層回采麵瓦斯湧出量為：
q采= 3.19+28.07×（1-70%）= 11.61m3 /t
采空區埋管抽采率按20%，抽采後C1煤層回采麵瓦斯湧出量為：
q采= 11.61×（1-20%）= 9.29 m3 /t
C1煤層回采麵平均年產量為322.1Kt，絕對瓦斯湧出量為：
322100/1440/330×9.29= 6.30 m3 /min
2、C6煤層回采麵瓦斯湧出量：
(1)開采層瓦斯湧出量
圍岩瓦斯湧出係數按1.2考慮，回采工作麵回采率為95%，回采工作麵丟煤湧出係數為1.053，順槽瓦斯預排寬度按12.0m考慮，順槽掘進預排係數為0.86。另外C6煤層是在受到C1煤層卸壓後的情況下再開采，C1與C6煤層間距為55.81m，C1與C5煤層層間距為48.07m，開采C1煤層後C5、C6煤層瓦斯自然排放率為60%和51%，再考慮瓦斯抽采後，C5、C6煤層瓦斯排放率按72%和55%，則開采層瓦斯湧出量為：
Q6=1.2*1.053*0.86*(22.75-5.0)（1-0.72）= 5.40m3 /t
⑵鄰近層瓦斯湧出量
C5煤層為C6煤層的下鄰近層，層間距為7.74m，C5鄰近層瓦斯排放率為100%，C5煤層瓦斯湧出量為：
Q13=1.43/2.01*100%*(23.06-5.0)(1-0.62)= 4.88m3 /t
則C6煤層回采麵瓦斯湧出量為：
q采= 5.40+4.88 = 10.28m3 /t
C6煤層回采麵平均年產量為422.3kt，絕對瓦斯湧出量為:
422300/1440/330×10.28= 9.14 m3 /min
