【文章內容簡介】 K=，因地質報告中無不可采煤層的煤炭地質儲量數(shù)據，本設計中根據礦井 不可采煤層厚度，取不可采煤層瓦斯儲量為可采煤層瓦斯儲 量的 20%。 西溝二號井目前設計開采 中央采區(qū) +800m～ +680m水平之間的煤層， +740m水平正好處于中間水平，因此取 +740m水平的煤層瓦斯含量作為 +800m～ +680m水平之間的煤層的平均瓦斯含量是合適的。因此 +800m～ +680m水平煤層平均瓦斯含量取8m3/t， 經計算得出西溝二號井 +800m～ +680m水平煤層 的瓦斯儲量 ， 表 221 礦井瓦斯儲量計算結果表 開采水平 瓦斯含量 (m3/t) 煤炭地質儲量 (kt) 圍巖含量系數(shù) 瓦斯儲量 (km3) 備 注 +800～ +740 8 K= +740～ +680 8 合計 52888 第 三 節(jié) 礦井瓦斯涌出量預測 根據《礦井瓦斯涌出量預測方法》（ AQ1018—— 20xx）對礦井瓦斯涌出量進行預測分為分源預測法和礦山統(tǒng)計法。分源預測法是根據時間和地點的不同，分成數(shù)個向礦井涌出的瓦斯源，在分別對這些瓦斯涌出源進行預測的基礎上得 出礦井瓦斯涌出量的方法。 一、 分源預測法 預測數(shù)學模型 1．回采工作面瓦斯涌出量計算 回采工作面的瓦斯涌出量由開采層、鄰近層瓦斯涌出量兩部 分組成，其相對瓦斯涌出量按下式確定： Q采 ＝ Q1＋ Q2 （ 23） 式中 Q1—— 開采層相對瓦斯涌出量， m3/t d； Q2—— 鄰近層相對瓦斯涌出量， m3/t d； 開采層相對瓦斯涌出量按下式確定： )( 03211 cWWMmKKKQ ????? （ 24） 式中 K1—— 圍巖瓦斯涌出系數(shù)； 瓦斯抽采系統(tǒng)方案設計說明書 12 K2—— 工作面丟煤系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來計算； K3—— 采區(qū)內準備巷道預排瓦斯對開 采層瓦斯涌出影響系數(shù)； L hLK 23 ?? （ 25） L—— 回采工作面長度； h—— 巷道煤體瓦斯排放帶寬度； m—— 開采層厚度； M—— 工作面采高； W0—— 煤層原始瓦斯含量； Wc—— 運出礦井后煤的殘存瓦斯含量； 鄰近層相對瓦斯涌出量按下式確定： ?? ?? ni iicii MmWWQ 1 02 )( ? （ 26） 式中 mi—— 第 i鄰近層厚度， m； M—— 工作面采高， m； W0i—— 第 i個鄰近層的原始瓦斯含量， m3/t； Wci—— 第 i個鄰近層殘余瓦斯含量， m3/t； η i—— 第 i個鄰近層瓦斯排放率； 2．掘進工作面瓦斯涌出量計算 掘進工作面的瓦斯涌出量由落煤瓦斯涌出量和煤壁瓦斯涌出量兩部分組成，其絕對瓦斯涌出量按下式確定： Q掘 ＝ Q3＋ Q4 （ 27） 式中 Q掘 —— 掘進工作面絕對瓦斯涌出量， m3/min； Q3—— 掘進巷道煤壁瓦斯涌出量， m3/min； Q4—— 掘進巷道落煤瓦斯涌出量， m3/min； )12(03 ???? vLQvDQ （ 28） 式中： D—— 巷道斷面內暴露煤面的周邊長度， m。對于厚煤層， D=2h+b， h及 b分別為巷道的高度及寬度； 瓦斯抽采系統(tǒng)方案設計說明書 13 v—— 巷道平均掘進速度， m/min； L—— 巷道長度， m； Qo—— 暴露煤壁初始瓦斯涌出初速度， m3/m2 min，按下式計算： Q0＝ [(Vr)2＋ ]W0 （ 29） 式中 Vr—— 煤的揮發(fā)份， %。 Q4＝ Svγ (W0－ WC) （ 210） 式中 S—— 煤巷掘進斷面積， m2； v—— 掘進速度， m/min； γ —— 煤的密度， t/m3。 3． 采區(qū)瓦斯涌出量 采區(qū)內瓦斯涌出量除了回采和掘進涌出外，還包括采區(qū)內已采區(qū)段老空區(qū)瓦斯涌出。其計算公式為： 011)1 4 4 0(AQAQkQniiniii ???????掘回采采區(qū) （ 211） 式中： Q采區(qū) —— 采區(qū)瓦斯涌出量， m3/t； Ao —— 采區(qū)平均日產量， t； Q回 i—— 第 i回采工作面瓦斯涌出量， m3/t； Ai —— 第 i回采工作面平均日產量， t； k采 —— 采區(qū)內采 空區(qū)瓦斯涌出系數(shù) ； Q掘 i—— 第 i掘進面工作面瓦斯涌出量， m3/min。 4． 礦井瓦斯涌出量 ??????? niiniinAAQkQ11采區(qū)礦 （ 212） 式中： Q礦 —— 礦井瓦斯涌出量， m3/t； Q采區(qū) i—— 第 i采區(qū)瓦斯涌出量， m3/t； A i—— 第 i采區(qū)日平均煤炭產量， t； 瓦斯抽采系統(tǒng)方案設計說明書 14 Kn—— 已采采空區(qū)瓦斯涌出 系數(shù) 。 5． 礦井瓦斯涌出不均衡預測 考慮到礦井瓦斯涌出的不均衡性，礦井瓦斯涌出量應乘以瓦斯涌出不均衡系數(shù)，即： Q礦 ‘ = Kn‘ Q礦 （ 213） Kn‘ —— 礦井瓦斯涌出不均衡系數(shù) 。 6．分源預測法小結 根據公式 24，開采層瓦斯涌出量與系數(shù) K3（采區(qū)內準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)）成正比關系，西溝二號井 的回采工作面設計長度為 ，根據公式 25， K3值還與 h（巷道煤體瓦斯排放帶寬度）有關，查 《礦井瓦斯涌出量預測方法》（ AQ101820xx），得下表： 表 231 巷道預排瓦斯帶寬度值 巷道煤壁暴露時間 不同煤種巷道預排瓦斯寬度 T（ d） 無煙煤 瘦煤及焦煤 肥煤、氣煤及長焰煤 25 9 50 13 100 9 16 150 18 200 11 250 12 300 13 18 23 西溝二號井開采各煤層屬氣煤，根據表中各種煤種的巷道預排寬度值 和 西溝二號井 的掘進速度， 巷道煤壁暴露時間 在 100d以上，因此巷道預排寬度值取 16m。由公式25得 K3＝（ 2） /＝ 。此計算結果為負數(shù)說明本煤層瓦斯涌出量已經 基本釋放完畢 。 但 西溝二號井采用 水平分層開采 方法 ，開采 +791m水平時， 由于+791m水平煤層被開采，下部的煤層因為卸壓作用， 從 +782m水平到 +740m水平甚至更下水平煤層的瓦斯皆會涌向 +791m水平工作面的采空區(qū)，然后進入回風巷中， 本煤層瓦斯涌出是礦 井主要瓦斯來源， 這與計算結果中的本煤層瓦斯已經釋放完畢相矛盾，因此西溝二號井水平分層開采煤層時的瓦斯涌出量不適于采用 目前《礦井瓦斯涌瓦斯抽采系統(tǒng)方案設計說明書 15 出量預測方法》（ AQ101820xx） 分源預測法 中的公式 進行預測 。 二、礦山統(tǒng)計法 根據前面論述，西溝二號井不適于采用現(xiàn)分源預測法 中的 公式進行礦井瓦斯涌出量預測， 因此本設計中礦井瓦斯涌出量預測采用礦山統(tǒng)計法進行預測。 礦山 統(tǒng)計法是根據對本礦井或鄰近礦井實際瓦斯涌出資料的統(tǒng)計分析得出礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的規(guī)律，預測新井或新水平瓦斯涌出量的方法。 西溝一號井井田位于黃山街 倒轉向斜北翼，呈南傾單斜構造，傾角 48～ 64度，走向基本為東西向，井田內未發(fā)現(xiàn)有較大的斷層。中大槽煤層厚度 ～ ，平均 ，煤層穩(wěn)定，結構簡單，頂板為粉沙巖及細砂巖，局部為中粒砂巖，頂板為泥巖及粉沙巖。西溝二號井與西溝一號井通過對比其地質構造，煤層賦存及煤層埋藏深度，兩個礦井處于同一個地質單元，兩礦井之間無復雜的地質構造。 西溝一號井測定中大槽煤層瓦斯基本參數(shù)的標高為 +854m，其煤層埋深為 200多米， 測得中大槽煤層原始煤層瓦斯含量為 ， 20xx年開采水平到 +854m時 ，生產能力為 100kt/a，礦井瓦斯絕對涌出量為 ， 相對瓦斯涌出量為 ，采煤方法為 倉儲式采煤法 ，回采率為 45%。西溝二號井 在中央采區(qū) +740m水平測得中大槽煤層原始瓦斯含量為 ，測點埋深 240m。 二號井在開采東翼采區(qū)時， 20xx年礦井瓦斯等級鑒定結果為絕對瓦斯涌出量 m3/ min，相對涌出量 m3/ t；絕對二氧化碳涌出量 m3/ min, 相對二氧化碳涌出量 ，礦井瓦斯等級為低瓦斯礦井； 20xx礦井瓦斯等級鑒定結果為 相對瓦斯涌出量 m3/t，絕對涌出量 m3/min；相對二氧化碳涌出量 m3/t,絕對二氧化碳涌出量 m3/min，礦井瓦斯等級為高瓦斯礦井； 20xx年 礦井 開采深度 到 220m時，測得礦井 瓦斯相對涌出量為 22m3/t。西溝二號井開采東翼采區(qū)時采用倉儲式采煤法， 回采率為 45%，根據歷年的瓦斯等級鑒定結果看，煤層瓦斯涌出量承著開采深度的加深而增加。 根據西溝二號井對礦區(qū)內火燒區(qū)的勘察，東翼采區(qū)火燒區(qū)在 +860m水平以上，中央采區(qū)火燒區(qū)深度最深到了 +740m水平，最淺部 +850m水 平。由火燒區(qū)的深度可知在同一水平時中央采區(qū)相同煤層的瓦斯含量會低于東翼采區(qū)。 中大槽煤層中央采區(qū)在+791m水平巷道掘進時瓦斯涌出量為 ， +740m水平巷道掘進時瓦斯涌出量為 ，由此可證明中采采區(qū)受火燒區(qū)的影響，其瓦斯含量較低。如果中央采區(qū)與 東翼采區(qū)采用同樣的采煤方法通過對比可知中央采區(qū)的相對瓦斯涌出量會小于東翼采區(qū)相同水平煤層的相對瓦斯涌出量。 瓦斯抽采系統(tǒng)方案設計說明書 16 根據分源預測法的公式 24開采層瓦斯涌出量與丟煤系數(shù) K2（即回采率的倒數(shù)）成正比關系， 也即是與回采率成反比關系，說明礦井回采率越 低，相對 瓦斯涌出量越大， 井下實際開采中也證明 丟煤中所含瓦斯的絕大部分會涌入巷道或采空區(qū)。 西溝二號井中央采區(qū)采用水平分層采煤法，目前還沒有建立此種采煤方法的瓦斯涌出數(shù)學模型，經咨詢相關專家 暫時采用與鄰近礦井或采區(qū)回采率相對比的方法預測水平分層采煤法的瓦斯涌出量較合適。 西溝二號井經改擴建后設計生產能力為 90kt/a，采煤方法設計為水平分層走向長壁綜放采煤法，回采率可達到 75%。參考西溝一號井在煤層瓦斯含量為 井相對瓦斯涌出量為 時瓦斯涌出量為 22m3/t，取二者中較大的相對瓦斯涌出量 22m3/t作為中央采區(qū)瓦斯涌出量預測的參照數(shù)據， 并取 ， 經計算如下： /%75 %4522 3＝＝礦 ??Q 因此西溝二號井開采中央采區(qū) +740m水平以上煤層時，礦井相對瓦斯涌出量為，根據其礦井設計產量，則絕對瓦斯涌出量為 。 礦井在以后的生產中應隨時監(jiān)測礦井瓦斯涌出量，當實際礦井相對瓦斯涌出量超過 ，及時和 設計單位聯(lián)系，以便作出相應的調整。 西溝二號井中央采區(qū)設計開采深度為 +800m~+680m，但 目前西溝二號井還沒有+740m水平以下的相關瓦斯資料， 也沒有水平分層開采的瓦斯涌出梯度， 無法預測+680m水平的瓦斯涌出量， 因此在開采 +740m水平以上煤層，礦井需要做好各水平開采時瓦斯涌出量記錄，以便為預測 +680m水平 煤層開采時的瓦斯涌出量做指導。 第 四 節(jié) 瓦斯抽采規(guī)模及礦井瓦斯可抽量 1．礦井瓦斯抽采規(guī)模 西溝二號井 煤礦 開采中央采區(qū) +740m水平以上煤層時，礦井相對瓦斯涌出量為， 絕對瓦斯涌 出量為 ，根據《 煤礦瓦斯抽采基本指標 》礦井絕對瓦斯涌出量≤ 20m3/min，礦井瓦斯抽采率≥ 25%。 根據礦主提供的資料，西溝一號井抽采期間瓦斯抽采率為 40%~45%，為了穩(wěn)定抽放流量，設計礦井瓦斯抽采率為 35%。由于 小型 礦井 生產產量不均衡及 瓦斯涌出的不均衡性，設計礦井瓦斯抽采規(guī)模為。 瓦斯抽采系統(tǒng)方案設計說明書 17 2．礦井瓦斯可抽量 瓦斯可抽量是指在瓦斯儲量中能被抽出的最大瓦斯量，其計算公式如下： W抽 ＝ W0 Kg （ 214） 式中 W抽 —— 可抽瓦斯量， Mm3； Kg —— 礦井瓦斯抽采率， %。 設計礦井瓦斯抽采率 Kg=35%，經計算，礦井瓦斯可抽量為 。 第 五 節(jié) 礦井瓦斯抽采必要性和可行性分析 西溝二號井 礦井 相對瓦斯涌出量預計為 ，因此屬于 高瓦斯礦井 ，根據 國務院關于預防煤礦生產安全事故的特別規(guī)定（國務院令 446號） ，高瓦斯礦井必須建立瓦斯抽采系統(tǒng)，因此該礦需加強礦井瓦斯治理，進行瓦斯抽采工作。 同時 西溝二號井