礦井瓦斯湧出量預測方法（AQ 1018－2006）

礦井瓦斯湧出量預測方法

AQ 1018－2006　　

國家安全生產監督管理總局

2006－02－27發布2006－05－01實施

前言

本標準的附錄A、附錄B、附錄C、附錄D均為資料性附錄。
　　本標準由國家安全生產監督管理總局提出。
　　本標準由國家安全生產監督管理總局歸口。
　　本標準起草單位：煤炭科學研究總院撫順分院。
　　本標準主要起草人：薑文忠、秦玉金、閆斌移、薛軍峰

1範圍
　　本標準規定了采用分源預測法與礦山統計法進行礦井瓦斯湧出量預測的方法。
　　本標準適用於新建礦井、生產礦井新水平延深、新采區以及采掘工作麵(放頂煤工作麵除外)的瓦斯湧出量預測。
2規範性引用文件

下列文件中的條款通過本標準的引用成為本標準的條款。凡是注冊日期的引用文件，其隨後所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用於本標準，然而，鼓勵根據本標準達。

MT/T 77煤層氣測定方法（解吸法）

《建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采01manbetx 》

3術語及定義

3.1　　

礦井瓦斯湧出量預測prediction of mine gas emission rate　　

計算出礦井在一定生產時期、生產方式和配產條件下的瓦斯湧出量，並繪製反映瓦斯湧出規律的湧出量等值線圖。

3.2　　

礦井瓦斯湧出量absolute gas emission rate　　

單位時間內從煤層以及采落的煤（岩）體湧入礦井中的氣體總量，礦井進行瓦斯抽放時包括抽放瓦斯量。

3.3　　

絕對瓦斯湧出量absolute gas emission rate　　

單位時間內從煤層和岩層以及采落的煤（岩）體所湧出的瓦斯量，單位采用m²/min。

3.4　　

相對瓦斯湧出量relative gas emission rate　　

平均每產1t煤所湧出的瓦斯量，單位為m²/t　　

3.5礦山統計法statistical predicted method of mine gas　　

根據對本礦井或鄰近礦井實際瓦斯湧出資料的統計03manbetx 得同的礦井瓦斯湧出量隨開采深度變化的規律，預測新井或新水平瓦斯的方法。

3.6　　

分源預測法predicted method by different gas source　　

根據時間和地點的不同，分成數個向礦井湧出的與瓦斯源，在分別對這些瓦斯湧出源進行預測的基礎上得出礦井瓦斯湧出量的方法。

4一般要求
4.1新建礦井或生產礦井新水平，都必須進行瓦斯湧出量預測，以確定新礦井、新水平、新采區投產後瓦斯湧出量大小，作為礦井和采區通風設計、瓦斯抽放及瓦斯管理的依據。
4.2礦井瓦斯湧出量預測采用分源預測法或礦山統計法。
4.3礦井瓦斯湧出量預測應包括以下資料：
a)礦井采掘設計說明書：
1)開拓、開采係統圖、采掘接替計劃；
2)采煤方法、通風方式；
3)掘進巷道參數、煤巷平均掘進速度；
4)礦井、采區、回采工作麵及掘進工作麵產量。
b)礦井地質報告：
1)地層剖麵圖、柱狀圖等；
2)各煤層和煤夾層的厚度、煤層間距離及頂、底板岩性。
c)煤層瓦斯含量測定結果、風化帶深度及瓦斯含量等值線圖；
d)鄰近礦井和本礦井已采水平、采區(盤區)以及采掘工作麵瓦斯湧出測定結果；
e)煤的工業03manbetx 指標(灰分、水分、揮發分和密度)以及煤質牌號。
4.4新建礦井或生產礦井新水平瓦斯湧出量預測由具有國家規定資質的專業機構和生產單位共同完成，預測結果經專家審定後以報告形式提供給生產單位和有關部門。

5礦井瓦斯湧出量預測方法
5.1分源預測法
5.1.1礦井瓦斯湧出構成關係
　　礦井瓦斯湧出構成關係如圖1所示。

圖1礦井瓦斯湧出構成關係關係圖

5.1.2回采工作麵瓦斯湧出量
　　回采工作麵瓦斯湧出量預測用相對瓦斯湧出量表達，以24 h為一個預測圓班，采用式(1)計算。

　　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。
　　開采層和鄰近層相對瓦斯湧出量計算方法見附錄A。
5.1.3掘進工作麵瓦斯湧出量
　　掘進工作麵瓦斯湧出量預測用絕對瓦斯湧出量表達，采用式(2)計算。

　　式中：
q_掘——掘進工作麵絕對瓦斯湧出量，m³／min；
q₃——掘進工作麵巷道煤壁絕對瓦斯湧出量，m³／min；
q₄——掘進工作麵落煤絕對瓦斯湧出量，m³／min。
　　掘進工作麵巷道煤壁和落煤瓦斯湧出量計算方法見附錄B。
5.1.4生產采區瓦斯湧出量
　　生產采區瓦斯湧出量采用式(3)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，如無實測值可參照附錄D選取；
q_采i——第i個回采工作麵相對瓦斯湧出量，m³／t；
A_i——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／rain；
A_o——生產采區平均日產量，t。
5.1.5礦井瓦斯湧出量
　　礦井瓦斯湧出量采用式(4)計算。

　　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；
A_oi——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，如無實測值可參照附錄D選取。
5.1.6瓦斯不均衡性湧出
　　考慮各區域瓦斯湧出的不均衡性，利用分源預測法預測的各區域的瓦斯湧出量需乘以瓦斯湧出不均衡係數K_n，如無實測值可參照附錄D選取。
5.2礦山統計法
5.2.1采用礦山統計法必須具備所要預測的礦井或采區煤層開采順序、采煤方法、頂板管理、地質構造、煤層賦存、煤質等與生產礦井或生產區域相同或類似的條件。
5.2.2礦山統計法預測瓦斯湧出量外推範圍沿垂深不超過200 m，沿煤層傾斜方向不超過600 m。
5.2.3礦井相對瓦斯湧出量與開采深度的關係由式(5)表示。

　　式中：
q——礦井相對瓦斯湧出量，m³／t；
H——開采深度，m；
H_o——瓦斯風化帶深度，m；
a——相對瓦斯湧出量隨開采深度的變化梯度，m／(m³•t^-1)。
a) a值確定
1)當有瓦斯風化帶以下兩個水平的實際相對瓦斯湧出量資料時，a值由式（6）確定。

　　式中：
H₂——瓦斯帶內2水平的開采深度，m；
H₁——瓦斯帶內1水平的開采深度，m；
q₂——在H₂深度開采時的相對瓦斯湧出量，m³/t;
q₁——在H₁深度開采時的相對瓦斯湧出量，m³/t。
2)當有瓦斯風化帶以下多個水平的實際相對瓦斯湧出量的資料時，a的加權平均值由式（7）確定。

　　式中：
H_i——第i個水平的開采深度，m；
q_i——第i個水平的相對瓦斯湧出量，m³/t；
n——統計的開采水平個數。
b) H₀
1) H₀可由式（8）確定。

　　式中符號同前。
2） 根據實測煤層瓦斯基本參數確定，瓦斯風化帶的下部邊界可參照下列條件確定：
　　甲烷及重烴的濃度之和占氣體組分的80%（按體積）；
　　瓦斯壓力P=0.1MPa~0.15MPa；
　　相對瓦斯湧出量q_CH4=2m³/t~3m₃/t；
　　煤層的瓦斯含量：
•W=1.0m³t.r~1.5m³t.r(長焰煤)
•W=1.5m³t.r~2.0m³t.r(氣煤)
•W=2.0m³t.r~2.5m³t.r(肥、焦煤)
•W=2.5m³t.r~3.0m³t.r(瘦煤)
•W=3.0m³t.r~4.0m³t.r(貧煤)
•W=5.0m³t.r~7.0m³t.r(無煙煤)
5.2.4當礦井相對瓦斯湧出量與開采深度之間不呈線性關係時，即a值不是常數時，應首先根據實測資料確定a值與開采深度的變化規律，然後再進行預測。

附 錄A
(資料性附錄)
開采層和鄰近層瓦斯湧出量計算方法

A.1開采層瓦斯湧出量
A.1.1薄及中厚煤層不分層開采時，開采層瓦斯湧出量可由式(A.1)計算。

　　式中：
q₁——開采層相對瓦斯湧出量，m。／t；
K₁——圍岩瓦斯湧出係數；K₁值選取範圍為1.1～1.3；全部陷落法管理頂板，碳質組分較多的圍岩，K₁取1.3；局部充填法管理頂板K₁取1.2；全部充填法管理頂板K₁取1.1；砂質泥岩等致密性圍岩K₁取值可偏小；
K₂——工作麵丟煤瓦斯湧出係數，用回采率的倒數來計算；
K₃——采區內準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯湧出影響係數，如無實測值可按參照附錄D選取；
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，參照附錄C選取；
W_c——運出礦井後煤的殘存瓦斯含量，m³／t，如無實測值可參照附錄C選取。
A.1.2厚煤層分層開采時，開采層瓦斯湧出量計算采用式(A.2)計算。

　　式中：
K_f——取決於煤層分層數量和順序的分層瓦斯湧出係數，如無實測值可按參照附錄D選取；其他符號意義同前。

A.2鄰近層瓦斯湧出量
　　鄰近層瓦斯湧出量采用式(A.3)計算。

　　式中：
q₂——鄰近層相對瓦斯湧出量，m³／t；
m_i——第i個鄰近層煤層厚度，m；
M——工作麵采高，m；
　η_i——第i個鄰近層瓦斯排放率，%，如無實測值可參照附錄D選取；
W_0i——第i個鄰近層煤層原始瓦斯含量，m³／t，如無實測值可參照開采層選取；
W_ci——第i個鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m³／t，如無實測值可參照開采層選取。

附 錄B
(資料性附錄)
掘進工作麵煤壁和落煤瓦斯湧出量計算方法

B.1掘進巷道煤壁瓦斯湧出量
　　掘進巷道煤壁瓦斯湧出量采用式(B.1)計算。

　　式中：
q₃——掘進巷道煤壁瓦斯湧出量，m³／min；
D——巷道斷麵內暴露煤壁麵的周邊長度，m；對於薄及中厚煤層，D=2m_o，m_o為開采層厚度；對於厚煤層，D=2h+b，h及b分別為巷道的高度及寬度；
　　υ——巷道平均掘進速度，m／min；
L——巷道長度，m；
q₀——煤壁瓦斯湧出強度，m³／(m²•min)，如無實測值可參考式(B.2)計算。

　　式中：
q₀——巷道煤壁瓦斯湧出量初速度，m³／(m²•min)：
V^r——煤中揮發分含量，％；
W₀——煤層原始瓦斯含量，m³／t，參照附錄C選取。
B.2掘進落煤的瓦斯湧出量
　　掘進巷道落煤的瓦斯湧出量采用式(B.3)計算。

　　式中：
q₄——掘進巷道落煤的瓦斯湧出量，m³／min：
S——掘進巷道斷麵積，m²；
　　υ——巷道平均掘進速度，m／min；
　　γ——煤的密度，t／m³；
W₀——煤層原始瓦斯含量，m³／t，參照附錄C選取；
W_c——運出礦井後煤的殘存瓦斯含量，m³／t，如無實測值可按參照附錄C選取。

附錄C
（資料性附錄）
煤層原始瓦斯含量和殘存瓦斯含量的選定

C.1煤層瓦斯含量值是分源預測礦井瓦斯湧出量的核心參數，因此要求瓦斯含量測值盡可能接近真值。
C.2煤層原始瓦斯含量的測定與計算可采用直接法（地勘鑽孔解吸法）進行測定與計算，參見煤層氣測定方法（解吸法）（MT/T77—94）。
C.3地勘鑽孔解吸法測定煤層瓦斯含量時，當鑽孔深度小於500m時，按MT/T77—94標準測定瓦斯含量；當鑽孔深度500m~1000m或煤的解吸性能很強時，測定值必須進行校正。
C.4直接法測定的煤層瓦斯含量應與鄰近生產礦井和已生產水平井下鑽孔解吸法或間接法測定的瓦斯含量對比。
C.5煤的殘存瓦斯含量W_c。高變質煤瓦斯含量>10m³/t.r和低變質煤的W_c值可按表C.1選取；瓦斯含量<10m³/t.r的高變質煤的W_c值可按式（C.1）選取。

　　瓦斯含量<10m³/t.r的高變質煤的W_c按式（C.1）計算。

　　式中：
W_c——煤層殘存瓦斯含量，m³/t.r；
W₀——煤層原始瓦斯含量，m³/t.r。

附錄D
（資料性附錄）
分源預測法各種係數的確定

D.1采麵巷道預排瓦斯影響係數K₃
　　采用長壁後退式回采時，K₃按式（D.1）計算。
K₃=（L-2h）/L…………（D.1）
　　采用長壁前進式回采時，如上部相鄰工作麵已采，則K₃=1；上部相鄰工作麵未采，K₃按式（D.2）計算。

　　式中：
L——工作麵長度，m；
h——掘進巷道預排等值寬度，m，如無實測值可按表D.1取值；
b——巷道寬度，m。

D.2分層開采第i分層瓦斯湧出量係數K_fi
　　 分層（兩層或三層）開采時，K_fi按表D.2取值；分層（四層）開采時，K_fi值按表D.3取值。

表D.2分層（兩層或三層）開采K_fi值

表D.3分層（四層）開采K_fi值

D.3鄰近層受采動影響瓦斯排放率K_i
　　當鄰近層位於冒落帶中時，K_i=1。
　　當采高小於4.5m時，K_i按式（D.3）計算或按圖D.1選取。

　　式中：
h_i——第i鄰近層與開采層垂直距離，m；
h_p——受采動影響頂底板岩層形成貫穿裂隙，鄰近層向工作麵釋放卸壓瓦斯的岩層破壞範圍，m。

1－上鄰近層；2－緩傾斜煤層下鄰近層；3－傾斜、急傾斜煤層下鄰近層。

圖D.1鄰近層瓦斯排放率與層間距的關係曲線

　　開采層頂、底板的破壞影響範圍h_p按《建築物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采01manbetx 》中附錄六的方法計算。
　　當采高大於4.5m時，K_i按式（D.4）計算。

　　式中：
h_i——第i鄰近層與開采層垂直距離，m；
M——工作麵采高，m。
L——工作麵長度，m。
D.4采空區瓦斯湧出係數K′、K″
　　采空區瓦斯湧出係數K′、K″按表D.4選取。

D.5瓦斯湧出不均衡係數K_n
　　瓦斯湧出不均衡係數為該區域內最高瓦斯湧出量與平均瓦斯湧出量的比值。回采工作麵或掘進工作麵瓦斯湧出不均衡係數取K_n=1.2~1.5或實際計算值。礦井或采構瓦斯湧出不均衡係數取K_n=1.1~1.3或實際計算值。