第 6期 轰 N o 6 第期 东北煤炭拄术 丁^ 1 、 水 I . 1999年 12月 CoalTechnolegyofNortheastChiti n l ’ Ik .1999 平煤集 团十三矿 己一、己二采 区 J i,,, 煤 层瓦斯涌 出量预 测 i 己 15—17 兰 查 一 — _ - ● - — — 一 - — _ — _ 一 (煤 炭科 学研 究总院抚 顺分院 抚 顺 113001) (吉林 省万宝煤矿 ) T9 7f 摘 要 利 用 实 测 的煤 层 瓦 斯 基 础 参 数,用 分 源 预 测 法 对 己 一、己二 采 区 己l5一j7煤 层 瓦斯 涌出量进 行 了预测.为矿井投 产后 的 瓦斯防 治与 管理提供 了基 础 数 据。 关键词 煤层瓦 斯 参数 分析 涌 出量 预测 矿井瓦斯涌出量顶测是矿 井通风设计及 瓦斯防治与管理的基础,它决定着矿井主要 通风巷道的 断面 、通 风机 能 力、通风 系统 、采 煤方法 、开采顺 序及 煤层 瓦斯 抽放 方法 的选 择等。如果这 一环 节解决 得 好,不 仅矿 井 的 安全生产条件 有 了保证 .而且 可收 到 可观 的 经 济 、社会效益 。 1 采 区概况 己一采 区位 于矿井 东 部浅 部,地 面 地势 平坦,标高 在 +85m 左右 ,该 采 区南 部 、东部 以 一525m 煤底板等 高线 为 界.西部 是 断 层,北 部 以 防 水 煤 柱 为 界 。 采 区 走 向 长 3000m.东西各 1500m.倾 斜 宽西翼 820m,东 翼 680m.采 区工业储量 13780kt。 采区内煤层赋 存 较稳 定,厚 度变 化 无 明 显规律 ,西翼煤层平均厚 度 5.82m.倾 角平均 为 2r左右。 收稿 日期 ;1999.06.24 ·22 · 己二 采区位 于井 田中部 偏 东的 浅部,东 为 己一采区 ,中 间有 、F7断层 和 侯村煤 柱 相隔,地 面北 部平坦 .南 部为丘 陵.标 高 为 76 ~131m,该采 区南部 为工 业 广场 保 护带 ,北 部以防水煤 柱为 界。采 区走 向 长 2400m.倾 斜 宽 800m,工业 储量 10200kt。 采区 内煤层 赋存 较 复 杂,煤 层 分 叉合 并 并存,分 层 区 占 113,该 区 西 翼 合 层 煤 厚 4.36m,分 层 区 己I5煤 厚 2.05m,己l6 I7厚 2.9m;东 翼合 层煤厚 5.3m.分层 区 己Is煤厚 3.85m,己l 一l7厚 3.71m。采 区东 翼煤 层走 向变化不 大 .大 致 120。~ 130。。 采区 内煤层 倾角变化较 大,最大 38。.最小 1O。.平均 2l。 左右。 根据矿井优 化设 计 方 案,移 交 及达 产时 布置 2个采 区.初 期 投产 东翼 己一 采 区布置 一个放顶煤综 采 工作 面,生 产 能 力 750kt/a, 己二 采区布置一个放 顶煤 综采工作 面和一个 高档 普采工作面 .生产能力 1050kt/a。 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 2 煤层瓦斯基础参数 的测定 2.1 煤层瓦斯压力 瓦斯压 力测定 分别选 择在 二个 采区上部 和下部共 布 置 4个 钻场 打 7个钻 孔,测 定结 果 为 己一 、己二 采 区煤 层 瓦 斯 压 力 浅 部 为 0.2-0.52MPa,深 部 为 1.23~1.70MPa,均 随埋藏深度 的增 加而增 大,压 力增长 梯度 计 算公式为 m =吉螽 ㈩ 瓦_=瓦 ⋯ 式 中 m —— 煤层 瓦斯 压力梯度 ,MPa/m; Pl—— 在 深 度 Hi处 的 瓦 斯 压 力, M Pa: P2—— 在 深 度 H2处 的 瓦 斯 压 力 , M Pa。 将各钻孔 测定 的相应 数 据代 入式 (1)可 得,己一和己二 采 区煤层 瓦斯 压 力增长 梯 度 分别为 0.004MPdm 和 0.0038MPa/m。 2.2 煤层瓦 斯含量 为确定两采 区瓦 斯含 量 分布 规律,在 测 定出煤层瓦斯 压力 的情况 下 ,采用 间接 法 测 定煤层瓦斯含量。 煤层瓦斯含量计算公 式如下 = × × 1 0 31M o + (2) + d’y ⋯ 式 中 ——煤 层瓦斯含量, /t; a ——吸 附常 数,试验 温度下的极限 吸 附量 ,m /t; b —— 吸 附常数 ,MPa ; P —— 煤层瓦斯 压力,MPa; A —— 煤 的灰分 ,% ; Mod—— 煤 的水分 ,%; — —煤 的孔隙体积 ,m3/mS; y ——煤 的枧 密 度.t/m 。 将各煤 样 测 定 的 相 应 数 据 ,代 入式 (2) 中,计算 出己一 、己二 采 区煤 层 瓦斯 含 量,列 于表 1中。 表 1 煤层瓦斯含量计算结果 己一 采区井 底 车场 绕道 己一 采 区上部 皮带检修 道 己 二 采 区 上 部 皮 带柱恪 道 己二 采区轨道 上 山下车 场 590 590 326 5 —228 313 6 — 503 625 7 — 503 625 3 采 区瓦斯涌出量预测 预测方法为分 源 预 测法 ,该 法 的 实质是 根据煤 层瓦 斯 含量,按矿 井瓦斯 主 要涌 出源 一回采(包括开采层 、围岩和 邻近 层 ),掘进及 采 空区瓦斯涌 出规律 对 矿井 各 回采工 作面 , 掘进工作面进行 预测计算 ,达到顶测 各采区 、 全矿井 瓦斯 涌出量之 目的 。 3.1 回采工 作面瓦斯 涌出量预 测方法 回采工 作面 瓦斯 涌 出来源 包 括两部 分 : (1)开 采层瓦斯 涌出 ;(2)邻近 层瓦斯 涌出。 应该 指出 的是 ,十 三 矿 己15ul7煤 上 距 戊10可 采煤 层 178m,下 距 庚20局 部 可采 煤 层 57m, 由开采 层顶 底板 的影 响范围可知 ,戊 。及庚2。 煤 层对工作 面 开采 影响 不 大,另外 己 煤 层采动 可 影响 到 的 其 它 上 下 邻 近 层虽 有 多 层 .但 是这 些邻近 层 均属 煤 线和 不 可采煤 层 而且分布不连续 ,平均 累计 厚度不大 ,为简化 计算,故未 单独列 出,而将其作 为围岩瓦斯涌 出的一部分 。因此 ,己 1 煤 开 采时 瓦 斯涌 出可按单一煤层计算 。其计算 公式 为 分 层开 采 q目 = kIk2 3 ,( 0一 ) (3) 式中 口目—— 回采工 作面瓦斯涌 出量 , m /t; ·23 · 如 帅 口: 口: ∞ ∞ 拍 } 维普资讯 http://www.cqvip.com l—— 围岩瓦 斯涌 出系数 ,取 kl= 1.3; z——工作面丢煤 瓦斯涌出系数,其 值为工 作面 回采率 的倒 数,取 k2 1.11; 3——掘进巷 道 预 排影 响 系数 .k3= (L一2h)/L:0.833(L 为工 作面长 度,取 L=120,h为掘 出 预 排 等 值 宽 度,取 h = lOm); ,——分 层开采 瓦 斯涌 出 系数,按 表 2选取 ; o——开 采 层 煤 层 原 始 瓦 斯 含 量, m3/t; — —残存瓦斯含量,取 =2.5r / to 衰 2 不周 分层 开 采时工 作 面瓦 斯涌 出系 敷 2分 层开采 3分层 开采 一次采全高 口目=klk2k3嚣( o一 ) (4) 式中 口目—— 回采工作 面瓦斯涌出量 . mVt; — —围岩 瓦斯涌出 系数 , ·=1.3; 2——工作面 丢 煤瓦 斯涌 出系 数,其 值为工 作面 回采 率 的倒 散.取 k2= 1.43; 3——掘 进巷道 预 排 影响 系数.k3= (L一2h)/L=0.846(L 为工 作面长 度,取 L=130.h为掘 出 预 排 等 值 宽 度,取 h = lor e); m——开采 层煤 厚,m; — —开 采层采 高,m; ·24 · 其余符号意 义同前 。 3.2 掘 进工 作面瓦斯 涌出量预 壤 方 法 掘进工 作面的 瓦斯主要 来 自煤壁 和落煤 两部分 ,其计算公 式为 Q掘 = Ql+ Q2 (5) 式 中 QI——煤壁 瓦斯涌 出量,lq' l3/r ain; Q2——落 煤瓦斯涌出量 ,m3/min。 3.2.1 掘进I作 面_ 堞壁 瓦斯 涌 出量 在巷道掘进 过程 中,巷道 周 围煤 层 中的 瓦斯 平衡状态 遭到破 坏 .煤 体 内部到 煤壁 间 存在着压力梯 度,瓦斯 沿煤 体裂 隙 及孔 隙 向 巷道 泄出。单位时 间单位面积暴露煤 壁泄出 的 瓦斯量随 着煤 壁 暴露 时 间的 延 长而 降低。 通常暴露 6个月后,煤壁瓦斯涌出 已基本稳 定。 Ql= " ·m ·V ·Q0(2(L/V)。~一1] (6) 式 中 Q.——煤 壁瓦 斯涌 出量 ,m3/min; — —暴露 煤 壁 面 个 数,单 巷掘 进 时 "=2; — —掘 进 地 点 煤 壁 厚 度,对 于 练 放开 采厚 煤 层 而 言 ,直 接 取 用煤 层 厚 度 进 行 计 算 .其 结 果与 实 际 偏 差 太 大,如 取 掘 进高 度 (含 冒 落 带 高 度 ),其 计算 结 果 与实 际 比较 接 近. 故取 m=3m; v —— 平均掘进速 度,m3/r ain; L ——掘进巷道长度 .m; Q ——煤 壁瓦斯涌 出初速 度,rn3/m2 ·rain;由下式计 算 : Q =0.026[0.0004( ) 0.16]·XD 其中 是煤 的挥 发分 含量 , 取 =17.73%。 3.2.2 掘进I作 面落煤 瓦斯 涌 出量 Q2= S ·V ·r(X0一墨 ) (7) 维普资讯 http://www.cqvip.com I 式 中 Q —— 掘进工 作面落 煤瓦 斯涌 出量, m lmln; S—— 巷道断面积 ,m2; r — — 煤 的视密 度,t/m3; 其余符号意 义同前。 3.3 采区瓦斯 涌出量预 测方法 采区瓦斯 涌 出量 计算 :采 区内总瓦 斯 量 除了回采和掘 进 两部 分 瓦斯涌 出量 之外 。还 包括老空区一部分瓦斯涌 出量。其计算公式 如 下 ; 口果区=量采(∑q ·A +1440∑Q掘j)IA0 t I - 1 (8) 式 中 q ——采 区相 对 瓦 斯 涌 出 量 , m3/t; 染—— 采 区 内采 空 区瓦斯涌 出 系数,取 ^ =1.2; q目 、A —— 采区 内第 个 回采工 作 面相 对 瓦斯 涌 出量 及 设 计 日产量 , It,t; Q —— 采区 内第 掘进 工作 面 瓦斯涌 出量 ,m3It, A0——采 区平均 日产量,t。 3.4 分源预 测法预测结果 按设计说 明书要求 ,矿井总体布 局为 :矿 井年产量 1800kt.两个 生产 采 区总计 3个工 作 面同时生产(己一采区一个 面 。己二采 区两 个面 );己一 采 区年 产 量 750kt,布 置 一个 放 顶煤综采工作面保证采区生产能力,采用走 向长壁 一次采 全高 采煤法 开采,己二采 区年 产量 1050kt,布置一个 放 顶煤综 采工 作 面和 一个高 档普 采工作 面保证 采区 生产 能力 ,综 采工作面一次采全高,高档普采工作面采用 走 向长壁 倾斜 分层 采煤法 开 采,采高 2.2m。 工作 面运 、回巷掘进采用综掘 和炮掘方式 。月 掘进速 度分 别 为 200m 和 120m。采 掘 面 头 比 1:2。 表 3 采 区瓦斯 涌出 量预 爰j结果 采 区 瓦斯 涌 出量 采区 日产量 —面 ——丽i_ 垂 —— _ — 一 It/a tmVmln Im3tmi n ImVmlnlm ,tⅡin/ ^ 己 一 2500 14.71 4.21 3.79 22.71 13.08 己二 3500 18.93 3.94 4 58 27.45 11.29 己一 、己二采 区 出现最 大 瓦斯涌 出量 时 的采掘 工 作面 布 置 为t 11090放 顶煤 综 采 工 作 面。11080两个煤 巷掘 进 工 作面 (11080运 输巷和 回风巷 )。 己二 采 区出现 最大 瓦斯 涌 出量 时的 采掘 工 作面 布 置 为 12090放 顶 煤 工作 面及 12081高档 普 采第 1分层 工 作 面, 12050两个煤巷掘进工作面(12050运输 巷和 回风巷 ),12062第 2分层 两个 掘进煤 巷工 作 面瓦斯涌 出量忽 略不 计,预 测结 果 如表 3所 示 。由表 3可 以看 出,己一采 区最 大相 对 瓦 斯 涌 出 量 可 达 l3.08 /t,绝 对 量 可 达 22.71m3/rain;己二 采 区最 大 相 对 瓦 斯 涌 出 量为 11.29I /t,绝对 量 27 45m3lmin,两 采 区深部水平 生产时应按 高瓦斯 管理 。 一种小型挖掘机 13obeat公 司 推 出一 种 5t重 的 X337型 小 型挖 掘机 。最 大倾 斜 和 铲 斗 爆 发 力分 别 为 26.9lkN 和 41 2kN.X337型挖 掘 机 的 挖 掘 深度 为 3658mm.卸 载 高度 3810mm 地 面水 平 达 5725mm 重 量 4990kg。 X337型挖 掘 机 还有 ROPS/TOPs护 顶梁,悬置 底座,前 驾驶 室I作信 号灯 ,橡胶轮 胎 和一 套新 的附 加装 置安 装 未 兢。 动 力 为 一 台 34.3kw 液 冷 Kubota柴油发 动机 ,这 种 小型挖掘机 的 多功 能液 压能保证最佳 使用发动机功 率的地方 及 时提供 压 力,并正 用 了与 动 力输 出匹配 的 一 套调 节 良好 的载 荷传 感器 系统。 摘 自(煤 炭开 发信 息}[999 维普资讯 http://www.cqvip.com