【文章內(nèi)容簡介】 3 7431工作面瓦斯災(zāi)害及其防治對(duì)策 工作面煤層瓦斯賦存及涌出預(yù)測分析 煤層瓦斯含量 煤的瓦斯含量是指單位重量煤體中所含的瓦斯量(m3/t),它分為游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量。其計(jì)算式為：式中：—單位重量煤的孔隙容積，m3/t； —煤層瓦斯壓力，MPa； —標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度(℃)和壓力(MPa)； —瓦斯壓縮系數(shù)； —煤的極限瓦斯吸附量，m3/t； —吸附常數(shù)，MPa1； —實(shí)驗(yàn)室測定煤吸附常數(shù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)溫度，℃； —煤層溫度，℃； —煤的灰分和水分，%。 表31給出了不同地點(diǎn)7煤層和8煤層瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖31為7煤層瓦斯含量隨煤層瓦斯壓力的變化，圖32給出了煤層瓦斯壓力隨開采深度的變化。由上述結(jié)果可知，7431工作面開采7煤層距地表垂深為770～899m，平均垂深按850m計(jì)算。由于距7煤層無實(shí)際瓦斯壓力測定結(jié)果，故在工作面瓦斯涌出預(yù)測時(shí)，8煤層的瓦斯壓力取與7煤層相同的數(shù)據(jù)，8。表31 煤層瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果取樣地點(diǎn)吸附常數(shù)a/m3/t吸附常數(shù)b/MPa1灰份A /%水份W /%785m8＃煤層785m7＃煤層7337溜煤上山7335回5順槽圖31 7煤層瓦斯含量隨瓦斯壓力的變化（785m實(shí)驗(yàn)結(jié)果）圖32 7煤層瓦斯壓力隨開采深度的變化 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測 巷道煤壁瓦斯涌出量計(jì)算根據(jù)孔莊礦綜放7338工作面的掘進(jìn)工作面巷道煤壁瓦斯涌出量的參數(shù)考察，得出了孔莊礦掘進(jìn)工作面瓦斯涌出的預(yù)測公式如下：式中:－在掘進(jìn)速度為v，巷道長度為時(shí)的煤壁瓦斯涌出量，m3/min。－為掘進(jìn)巷道長度，m。 －為日平均掘進(jìn)速度，m/d。q0m－初始（相當(dāng)于t=0時(shí)）煤壁瓦斯涌出系數(shù)，（m3/），； β－線性常數(shù)。由上式可以得出不同掘進(jìn)速度下，不同巷道長度的煤壁瓦斯涌出量，見表32。表32 不同長度巷道長度的煤壁瓦斯涌出量 計(jì)算表 單位：m3/min 速度(v)長度(L)51015202530100200300400500600700800 落煤瓦斯涌出掘進(jìn)巷道中另一部分瓦斯來源是采落煤炭中涌出的，其落煤瓦斯涌出量主要取決于落煤量,煤層瓦斯含量與煤運(yùn)出采區(qū)巷道時(shí)的殘存瓦斯含量,單位時(shí)間內(nèi)掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量按下式計(jì)算:式中:190。掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量，m3/min。 S190。掘進(jìn)巷道毛斷面，m2。 190。日平均掘進(jìn)速度，m/d。 g190。煤的容重，t/m3。 190。煤層原始瓦斯含量，m3/t。 190。運(yùn)出采區(qū)巷道時(shí)，煤的殘存瓦斯含量，m3/t。 190。掘進(jìn)機(jī)開機(jī)系數(shù),即開機(jī)時(shí)間與整個(gè)掘進(jìn)時(shí)間之比。根據(jù)孔莊礦實(shí)際情況，S=12m2，g=，=，=3m3/t， =，則:=由上述計(jì)算可知,當(dāng)日掘進(jìn)速度為10m時(shí)。 根據(jù)上式可知，在不同的掘進(jìn)速度下，落煤瓦斯涌出量如下表33所示。表33 孔莊礦不同掘進(jìn)速度下落煤瓦斯涌出量計(jì)算 掘進(jìn)速度(m/d)510152025303540瓦斯涌出量(m3/mim) 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量包括掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出兩部分,由下式計(jì)算。=+0. 107v式中: －掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，m3/min。 －煤壁瓦斯涌出量，m3/min。－落煤瓦斯涌出量，m3/min。表34為不同掘進(jìn)速度，不同巷道長度下的掘進(jìn)瓦斯涌出量。表34 不同掘進(jìn)速度,不同巷道長度下的掘進(jìn)瓦斯涌出量L(m)V (m/d)510152030100(m3/min)(m3/min)(m3/min)200(m3/min)(m3/min)(m3/min)300(m3/min)(m3/min)(m3/min)500(m3/min)(m3/min)(m3/min)800(m3/min)(m3/min)(m3/min)*根據(jù)上表可以比較直觀地了解掘進(jìn)巷的瓦斯涌出量,可作為設(shè)計(jì)供風(fēng)量的參考。 工作面開采過程中瓦斯涌出量預(yù)測 目前，回采工作面瓦斯涌出量的預(yù)測方法很多，這里選用了基于分源預(yù)測的淮南礦務(wù)局法。 回采工作面的瓦斯涌出量分為本煤層瓦斯涌出量和鄰近層瓦斯涌出量，則：式中:—圍巖瓦斯涌出系數(shù)，全部冒落法，=； —工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，； —工作面回采率， %； —掘進(jìn)巷道預(yù)排瓦斯影響系數(shù)，； —工作面的長度，m； —巷道瓦斯預(yù)排寬度，m； —采高及煤層厚度，m； —煤層原始瓦斯含量，m3/t； —煤層殘存瓦斯含量，m3/t； —第鄰近層的厚度，m； —第鄰近層的原始瓦斯含量，m3/t； —第鄰近層的殘存瓦斯含量，m3/t； —第鄰近層的瓦斯排放率，%，8煤層的瓦斯涌出率達(dá)60%。開采煤層工作面具體參數(shù)為：=, =, =(140215)/140==，= m3/t 帶入預(yù)測公式得本煤層瓦斯涌出量 m3/t。 鄰近層8，瓦斯涌出率按60％計(jì)算。， m3/t，占85％； m3/t，占15％。工作面不同日產(chǎn)量條件下的絕對(duì)瓦斯涌出量如表35所示。表35 工作面絕對(duì)瓦斯涌出量計(jì)算結(jié)果匯總表工作面日產(chǎn)量/t10001500200025003000工作面絕對(duì)瓦斯涌出量/m3/min 注：以上瓦斯參數(shù)是在7339及7431工作面以外區(qū)域的測定結(jié)果，這些結(jié)果是否可靠，需要在7431工作面進(jìn)行驗(yàn)證性測定。 煤層突出危險(xiǎn)性根據(jù)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第30條的規(guī)定，可采用以下綜合指標(biāo)對(duì)煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測。式中:—煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)； —煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)； —開采深度，m； —煤層瓦斯壓力，MPa； —軟分層煤的瓦斯放散初速度； —軟分層煤的平均堅(jiān)固性系數(shù)。用上述綜合指標(biāo)對(duì)煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測時(shí)其臨界值如下表所示。表36 煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測綜合指標(biāo)臨界值煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)無煙煤其它煤種2015表37給出了三個(gè)不同區(qū)域7煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)測定結(jié)果。，綜合指標(biāo)大于表36中規(guī)定的臨界指標(biāo)，值小于表36中的臨界指標(biāo)。根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院的煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測結(jié)論：“孔莊礦煤層非構(gòu)造煤的測定結(jié)果全在10以下，從單項(xiàng)指標(biāo)表明煤層無突出危險(xiǎn)性。綜合指標(biāo)全部小于15，也無突出危險(xiǎn)性。”“石門揭煤工作面測定為10～11mm，遠(yuǎn)小于突出臨界指標(biāo)?！鄙鲜鼋Y(jié)果表明在目前的開采深度條件下孔莊礦煤層無突出危險(xiǎn)性?？v上所述，7煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。表37 煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測綜合指標(biāo)測定結(jié)果測試采樣地點(diǎn)/m/MPa785測壓3鉆孔8007338掘進(jìn)工作面8007337掘進(jìn)工作面750注：以上煤與瓦斯突出參數(shù)是在7339及7431工作面以外區(qū)域的測定結(jié)果，這些結(jié)果是否可靠，需要在7431工作面進(jìn)行驗(yàn)證性測定。 7431工作面煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出過程分析 溜子道掘進(jìn)期間瓦斯涌出 我們對(duì)掘進(jìn)期間煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示從2004年2月至9月份，%，%，%；掘進(jìn)期間最大風(fēng)量在498m3/t，最小風(fēng)量為450m3/t，平均為469m3/t；， m3/min。從現(xiàn)場數(shù)據(jù)看數(shù)據(jù)顯示，7431工作面溜子道總體瓦斯涌出量不大，原始煤體內(nèi)掘進(jìn)瓦斯災(zāi)害小。圖33為溜子道掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量隨時(shí)間的變化規(guī)律圖，圖34為溜子道掘進(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量隨時(shí)間的變化規(guī)律圖。圖33 溜子道掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量隨時(shí)間變化圖圖34 溜子道掘進(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量隨時(shí)間變化圖 材料道掘進(jìn)期間瓦斯涌出 我們對(duì)掘進(jìn)期間煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)為2004年9月份數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，%，%，%；掘進(jìn)期間風(fēng)量為360m3/t；， m3/min。從現(xiàn)場數(shù)據(jù)看數(shù)據(jù)顯示，7431工作面材料道總體瓦斯涌出量相比溜子道較大，可以看出除了從原始煤體內(nèi)的瓦斯涌入掘進(jìn)巷道，從相鄰18m煤柱外的7339工作面采空區(qū)內(nèi)也有部分瓦斯涌入巷道內(nèi)，18m的煤柱起到了向巷道涌入的屏障。圖35為溜子道掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛取L(fēng)量隨時(shí)間的變化規(guī)律圖，圖36為溜子道掘進(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量隨時(shí)間的變化規(guī)律圖。圖35 材料道掘進(jìn)期間瓦斯?jié)舛?、風(fēng)量隨時(shí)間變化圖圖36 材料道掘進(jìn)期間絕對(duì)瓦斯涌出量隨時(shí)間變化圖 7431工作面開采過程中瓦斯涌出過程分析我們對(duì)7431工作面2006年1月1日～2006年5月31日之間的煤炭產(chǎn)量、通風(fēng)情況、瓦斯?jié)舛?、絕對(duì)瓦斯涌出量和相對(duì)瓦斯涌出量等參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。圖37給出了回采工作面回風(fēng)量、回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛燃吧嫌缃峭咚節(jié)舛入S回采時(shí)間的變化。從圖中可以看出，回采工作面風(fēng)量變化范圍為950～1180m3/min、平均為993m3/min，～%、%，～%，%。從回風(fēng)瓦斯?jié)舛瓤矗谀壳肮ぷ髅娈a(chǎn)量條件下，現(xiàn)有的通風(fēng)量能夠滿足工作面生產(chǎn)的需要，統(tǒng)計(jì)期間的上隅角瓦斯?jié)舛任船F(xiàn)超限現(xiàn)象，可見7431工作面通風(fēng)量的合理性。但在U型通風(fēng)條件下采空區(qū)漏風(fēng)攜帶采空區(qū)瓦斯主要從工作面上隅角附近涌出，而上隅角附近又是風(fēng)流出現(xiàn)渦旋的地點(diǎn)，工作面風(fēng)流和采空區(qū)風(fēng)流的傳質(zhì)過程較弱，從而會(huì)導(dǎo)致回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛容^小、上隅角附近瓦斯?jié)舛瘸?，并且由于沿工作面進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)流攜帶采空區(qū)的瓦斯大部分從上隅角附近返回工作面，致使上隅角附近的瓦斯?jié)舛容^高。因此對(duì)上隅角瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)控尤為重要。開采數(shù)據(jù)顯示，～%時(shí)，在工作面的上隅角就可能出現(xiàn)瓦斯?jié)舛瘸蕃F(xiàn)象。圖37 工作面風(fēng)量、回風(fēng)及上隅角瓦斯?jié)舛茸兓瘓D38給出了工作面日產(chǎn)量及絕對(duì)瓦斯涌出量隨時(shí)間的變化，圖39給出了工作面日產(chǎn)量及相對(duì)瓦斯涌出量隨時(shí)間的變化。從圖中可以看出，工作面產(chǎn)量在444～3050t/d變化，平均日產(chǎn)量為1852t；；、。工作面瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與預(yù)測結(jié)果相比（），實(shí)際測定值小于預(yù)測值，說明預(yù)測方法和預(yù)測時(shí)所選用的參數(shù)與孔莊礦7煤層及其附近煤巖層瓦斯賦存及瓦斯涌出特征存在差異。要想瓦斯涌出預(yù)測結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確，需要實(shí)際測定瓦斯涌出預(yù)測所需參數(shù)隨孔莊礦開采條件的變化。圖38 工作面日產(chǎn)量及絕對(duì)瓦斯涌出量隨時(shí)間的變化圖39 工作面日產(chǎn)量及相對(duì)瓦斯涌出量隨時(shí)間的變化 工作面可能存在的瓦斯災(zāi)害分析根據(jù)7339工作面開采過程的瓦斯災(zāi)害及其表現(xiàn)形式，綜合7431工作面煤層賦存情況、瓦斯賦存情況、構(gòu)造分布情況、與7339工作面的相互關(guān)系，并結(jié)合國內(nèi)外深部開采過程中的瓦斯災(zāi)害特點(diǎn)，經(jīng)綜合分析后確定7431工作面可能存在的瓦斯災(zāi)害如下：1）綜采放頂煤工作面初采過程中可能出現(xiàn)的異常瓦斯涌出；2）綜采放頂煤工作面瓦斯涌出及局部地點(diǎn)的瓦斯超限問題（主要是工作面上隅角附近）；3）7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出的瓦斯災(zāi)害問題（7339與7431工作面之間的隔離煤柱發(fā)生沖擊破壞）；4）深部開采過程中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性（特別是在斷層構(gòu)造帶及殲滅處附近）。針對(duì)上述問題，我們提出了以下方面的研究內(nèi)容及防治對(duì)策。1）綜采放頂煤工作面初采過程中可能出現(xiàn)的異常瓦斯涌出及其防治對(duì)策；2）綜采放頂煤工作面采空區(qū)及局部高瓦斯區(qū)域瓦斯防治對(duì)策；3）綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及其防治對(duì)策；4）7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出的可能性及其防治對(duì)策；5）深部開采過程中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性及其防治對(duì)策。 綜放面初采過程中可能出現(xiàn)的異常瓦斯涌出及其防治對(duì)策 初采過程中異常瓦斯涌出原因分析由于在7339工作面回采時(shí)，至開切眼35～42m時(shí)，由于老頂大面積來壓造成采空區(qū)瓦斯瞬時(shí)大量涌出，在通風(fēng)量600m3/min條件下，工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)3%，上隅角瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)8%，持續(xù)時(shí)間為1h，此次異常涌出的瓦斯量為1080m3/min，假設(shè)這些瓦斯量均來自于采空區(qū)。工作面長度為136m，工作面平均推進(jìn)距離為40m，則由于工作面開采形成的采空區(qū)體積為24480m3。在老頂初次來壓之前，假設(shè)由于直接頂垮落使采空區(qū)體積減少20%，這樣采空區(qū)的體積為19584m3，%，而實(shí)際測定工作面上隅角瓦斯?jié)舛葹?%，