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当测算综采面采空区瓦斯涌出量的几种方法

发布时间:2021-09-10 11:45:39 阅读: 来源:织带机厂家

测算综采面采空区瓦斯涌出量的几种方法

1采空区瓦斯涌出来源分析

采空区瓦斯涌出可分为几部分,即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出,如工作面周围有已采的老空区存在,也会向现采空区涌出瓦斯。这几部分瓦斯随着采场内煤层、岩层的变形或垮落而卸压,按各自的规律涌入采空区,混合在一起,在浓度(压力)差和通风负压的作用下涌向工作面,要想严格区分上述各部分涌出的瓦斯量,由于采场条件所限是很困难的,以往的研究是根据有关的瓦斯涌出资料进行统计分析,确定各部分瓦斯涌出系数来计算采面各涌出源的瓦斯涌出量,煤炭科学研究总院抚顺分院的国家重点科技攻关成果“分源预测法,”就是在统计的基础上提出的计算瓦斯涌出量的方法,但系数选择对结果影响很大。如果将上述的构成采空区瓦斯的几部分作为一个瓦斯源,采用切实可行的研究测定方法,来确定采空区的瓦斯涌出量是具有实际意义的,而且可降低系统误差。因此,将综采工作面采空区当做一个整体严研究。

以淮南矿业集团潘三矿1452(3)综采面为例,该面采空区除围岩瓦斯涌出外,由于煤层厚度3.8m,采高3.3m,有未采的薄层煤遗留在采空区内,一部分采落的煤块也丢落到采空区内,此外开采层上部1m 左右有1层厚1.1m的煤层,随工作面顶板垮落到采空区内,同时1452(3)综采面周围还有老空区存在。因此1452(3)综采面采空区瓦斯涌出构成关系如图1所示。

图1 14部份钒产能有望能够恢复52(3)综采面采空区瓦斯来源构成示意

2采空区瓦斯涌出量测算

采空区由于无法进入,瓦斯涌出又十分复杂,无法直接测量其瓦斯涌出量,只能采用间接法。有4种方法可以粗略的预测、推算采空区的瓦斯涌出量。

2.1分源计算法

根据工作面来源分类方法,工作面瓦斯涌出来源分为煤壁、落煤、采空区瓦斯涌出(包括邻近层瓦斯涌出),而分源预测法将工作面瓦斯来源分为本层及邻近层瓦斯涌出,采用2种不同分源方法时,工作面瓦斯涌出量分别计算如下:

对于开采层而言,采出煤瓦斯涌出可近似用下式估算:

式中W0——煤层原始瓦斯含量,m3/t;

WC——运出工作面后残存瓦斯含量,m3/t。

对于一次采全高(包括煤层不分层开采,且开采厚度小于煤层厚度)的工作面 ,当考虑开采层掘进巷道预排影响、围岩瓦斯涌出等因素时,根据分源预测法,其开采层瓦斯涌出量可用下式计算:

式中q开——开采层瓦斯相对涌出量,m3/t;

K1——围岩瓦斯涌出系数;

K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数,为回采率的倒数;

K3——采面巷道当实验机在做实验时预排瓦斯影响系数,K3=(L-2h)/L为工作面长度,h为掘进巷道预等值宽度;

m——开采层厚度,m;

M——开采层采高,m。

厚煤层分层开采时,开采层瓦斯涌出量计算公式如下:

q开=K1 K2 K3 Kf(W0-WC)(6)

式中 Kf——取决于煤层分层数量和顺序的分层瓦斯涌出系数;

其它符号意义同前。

邻近层瓦斯涌出量的计算:

n个邻近层总的相对瓦斯涌出量为:

式中q邻——邻近层瓦斯涌出量,m3/t;大约需要5年时间

mi——第i个邻近层煤层厚度,m;

M——开采采高,m;

ηi——第i个邻近层瓦斯排放率,%,

Woi——第i个邻近层煤层瓦斯含量,m3/t。

则采空区瓦斯涌出量为q采区= q开+q邻-(W 0 -WC)即:

1452(3)综采面配风量2000m3/min左右,回风平均瓦斯浓度0.8%左右,风排瓦斯量16m3/min,采空区抽放瓦斯量20~25m3/min,工作面瓦斯涌出总量在35~40 m3/min。采面平均日产量4000t,则工作面相对瓦斯涌出量约为14m3/min。煤层瓦斯含量8m3/min,残存瓦斯含量2m3/min,根据公式(4),煤壁及落煤瓦斯涌出量为W0-WC==6m3/t,由公式(3),采空区相对瓦斯涌出量=8m3/t,采空区瓦斯涌出量占工作面总涌出的57%。对于未开采的工作面,其采空区瓦斯涌出量可参考相邻工作面按上面公式进行预测。

2.2用老顶垮落前后回风瓦斯涌出量的变化来估算

其计算公式为:

Q3= Q4+(Q2-Q1)采空区瓦斯涌出量占工作面总瓦斯涌出量的比例为:

式中Q3——采空区瓦斯出量,m3/min;

Q1——老顶垮落前回风巷风排瓦斯量,m3/min;

Q2——老顶垮落后,受采空区瓦斯影响的回风巷风排瓦斯量(含引排瓦斯),m3/min;

Q4——采空区瓦斯抽放量,m3/min;

R——采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的比例,%。

以平顶山一矿戊-21191综采面为例计算采空区瓦斯涌出量,当戊-21191工作面推进30m左右时,老顶初次垮落,工作面回风流中瓦斯急剧增大,回风流中的瓦斯浓度由老顶垮前的0.26%增加到0.58%,此时工作面供风量885m3/min,可以推算,开采初期采面煤壁和落煤的瓦斯涌出量合计为2.3m3/min,采空区瓦斯涌出量为2.83m3/min,采空区的瓦斯涌出量止推圈磨擦副与销盘磨擦副类似通过大止推圈和小止推圈进行对磨占采面总瓦斯涌出量的55%,煤壁和落煤合计点45%。

2.3作图法估算采空区瓦斯涌出量

在工作面正常生产期间的非生产班,在工作面回风侧煤壁到支架间均匀的布置测点,多次测定各测点的瓦斯浓度,找出浓度最低的测点,并测量浓度最低点到煤壁和到采空区的距离。将数据处理后绘制成图,用作图法来求采空区瓦斯涌出量。以潞安局常村矿S综采工作面为例。选择检修班时间,在S综采工作面回风侧(96架、121架、141架处,支架合计145架)由煤壁到采空区等距离布置测点,多次测定风流中的瓦斯浓度,将数据处理后绘制成图2,根据图2,求出煤壁、采空区涌出瓦斯在工作面风流瓦斯中所占的比例。

图2 S工作面横截面瓦斯浓度分布图

由图中可以得出,不考虑抽放时采空区向采面涌出瓦斯所占比例为:

煤壁涌出瓦斯所占比例为:

S工作面回风巷在检修班平均绝对瓦斯涌出量(风排)为7.08m3/min,尾巷排放瓦斯量3.5m3/min,此时采空区向采面涌出瓦斯为7.08×34.3%=2.43m3/min左右,应为5.93m3/min,因此检修班时,采空区瓦斯涌出量占工作面总瓦斯涌出量的56%。生产班采面平均绝对瓦斯涌出量又增加了落涌出量3.11m3/min(假设生产时采空区瓦斯涌出量不变)此时,工作面瓦斯总涌出量13.69m3/min。采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出的43%,测算结果与工作面实际情况基本相附。

2.4采空区抽放量较大条件下涌出量估算

进行采空区瓦斯抽放的工作面,如果抽放量较大时,抽出的瓦斯绝大部分为采空区内涌出的瓦斯,进行抽放后,上隅角仍然涌出一部分采空区瓦斯,理论上采空区瓦斯应为抽放的瓦斯加上上隅角涌出的一部分瓦斯,但是由于抽放,使采空区的涌出强度增加,比不抽放更多涌出一部分瓦斯,这两部分瓦斯如果大致相抵消,我们粗略的把抽放量作为采空区的瓦斯涌出量,考察其所占的比例。

式中R——采空区瓦斯涌出占工作面总涌出量的比例;

Q1——采空区(含邻近层)瓦斯抽放量,m3/min;

Q——工作面瓦斯涌出量(包括抽放量),m3/min。

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