基于分源預(yù)測法對基建礦井瓦斯涌出量的研究

韋 雷

（晉煤集團(tuán) 鄭莊煤礦籌建處，山西 沁水048200）

晉煤集團(tuán)鄭莊煤礦規(guī)劃面積107.67km2，煤層埋藏深度為600～1000m，回采煤層為3＃煤層，設(shè)計可采儲量319.7Mt，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力4.0Mt／a。礦井平均日產(chǎn)量為12121t，采用長壁大采高綜合機(jī)械化采煤工藝，煤巷采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)施工工藝，巖巷采用放炮落矸，多功能鏟運（斗）車裝矸、運輸，錨網(wǎng)噴支護(hù)。

晉煤集團(tuán)鄭莊煤礦目前正處于基建階段，沒有條件進(jìn)行井下實測煤層瓦斯含量，地質(zhì)勘探送檢的70個煤樣的平均殘存瓦斯含量為9.52m3／t，接近于高瓦斯礦井的相對瓦斯涌出量?；诖?，在對鄭莊井田大量地勘瓦斯資料和地質(zhì)資料分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合地面瓦斯抽采鉆井?dāng)?shù)據(jù)對地勘測定結(jié)果進(jìn)行修正，而后根據(jù)礦井開拓方式、煤層賦存及煤質(zhì)、煤層瓦斯含量分布規(guī)律等條件，運用分源預(yù)測法對該礦瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測對指導(dǎo)該礦的通風(fēng)設(shè)計、瓦斯抽放設(shè)計及瓦斯管理等工作是非常必要的。

1 分源法預(yù)測瓦斯涌出量的原理分析

分源預(yù)測法是一種以煤層瓦斯含量為主要依據(jù)預(yù)測瓦斯涌出量的一種方法，該方法通過對煤礦井下各個瓦斯涌出源頭的瓦斯涌出量進(jìn)行計算后，對整個礦井的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。礦井生產(chǎn)實踐表明：受礦井生產(chǎn)過程的影響，煤層及其周邊圍巖瓦斯賦存的平衡條件被打破，導(dǎo)致失衡區(qū)域內(nèi)圍巖、所采煤層及相鄰采空區(qū)內(nèi)的瓦斯向巷道內(nèi)涌入，各個瓦斯涌出量構(gòu)成整個礦井的瓦斯涌出量。其本質(zhì)為根據(jù)煤礦生產(chǎn)不同時期，各個瓦斯涌出源頭瓦斯涌出量的大小來預(yù)測礦井不同時期的瓦斯涌出量。分源法預(yù)測瓦斯涌出量的原理為：在掌握礦井煤層賦存及開采技術(shù)條件的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井各個地點瓦斯涌出規(guī)律，計算采掘工作面及周邊圍巖的瓦斯涌出量，在該計算結(jié)果的基礎(chǔ)之上礦井采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，達(dá)到預(yù)測礦井或一個采區(qū)的瓦斯涌出量的目的。

2 瓦斯賦存規(guī)律分析

2.1 地勘鉆孔瓦斯含量修正

鄭莊煤礦地面瓦斯抽采井鉆孔取樣采用的是比較先進(jìn)的繩索取芯技術(shù)。該技術(shù)是美國Long year公司開發(fā)的旨在減少取芯過程煤樣損失瓦斯量的一種快速取芯技術(shù)。縮短了取芯時間、減少取芯過程煤樣損失瓦斯量，所以，地面井鉆孔瓦斯含量數(shù)據(jù)相對比較準(zhǔn)確。以地勘測定結(jié)果為基礎(chǔ)、以地面井實測結(jié)果為依據(jù)，對地面井實測不同埋深下的瓦斯含量與地勘鉆孔相同、相近埋深的瓦斯含量的比值進(jìn)行加權(quán)平均，得到鄭莊煤礦3＃煤層地面井實測瓦斯含量為地勘瓦斯含量的2.38倍，根據(jù)此修正系數(shù)對地勘鉆孔瓦斯含量進(jìn)行修正。在對地勘鉆孔瓦斯含量進(jìn)行修正過程中，考慮到地勘鉆孔和地面井鉆孔測定存在一些偶然性誤差，因此，在煤層地質(zhì)構(gòu)造及賦存條件無較大變化情況下，對少數(shù)測定數(shù)據(jù)明顯不符合瓦斯帶賦存趨勢的測點進(jìn)行剔除，修正后的瓦斯含量見表1。

表1 根據(jù)地面井瓦斯含量修正后的地勘瓦斯含量

2.2 瓦斯賦存規(guī)律模型確定

對表1中修正后的地勘測點的原煤瓦斯含量與煤層埋藏深度進(jìn)行擬合，結(jié)果見圖1。

圖1 煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系

根據(jù)地勘鉆孔測定的瓦斯含量、地面井鉆孔瓦斯含量與埋深關(guān)系圖，得到鄭莊煤礦3＃煤層瓦斯含量與煤層埋深的基本數(shù)學(xué)關(guān)系式：W＝0.029H－6.145 R2＝0.784式中：W為煤層瓦斯含量，m3／t；H為煤層埋深，m。

瓦斯含量具有隨煤層埋深的增加而增大的趨勢。根據(jù)模型預(yù)測煤層埋深每增加100m，瓦斯含量增加2.9 m3／t。參照煤層底板等高線圖及井上下對照圖，按鄭莊礦3＃煤設(shè)計采深580～1100m計算出井田內(nèi)不同地點的煤層瓦斯含量，預(yù)測3＃煤層瓦斯含量分布為10.97～25.47 m3／t。

3 礦井瓦斯涌出量預(yù)測

根據(jù)修正后的瓦斯參數(shù)及確定的瓦斯賦存規(guī)律，采用分源預(yù)測法對鄭莊煤礦瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果見表2，在預(yù)測過程中，因井田內(nèi)地面布置大量的地面瓦斯抽采井，受地面瓦斯抽采井的影響，為確保預(yù)測結(jié)果更為準(zhǔn)確，在預(yù)測計算時應(yīng)將地面瓦斯抽采井抽采的瓦斯量予以核減，否則預(yù)測結(jié)果要比井下實際瓦斯含量要大。所以，本次進(jìn)行礦井瓦斯涌出量預(yù)測時，對地面瓦斯抽采井的抽采量進(jìn)行統(tǒng)計，并對其進(jìn)行核減。

表2 礦井瓦斯涌出量預(yù)測一覽

由表2瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果可以看出，鄭莊煤礦為高瓦斯礦井，采區(qū)最大相對瓦斯涌出量為51.04m3／t，最大絕對瓦斯涌出量為429.58m3／min；礦井最大相對瓦斯涌出量為70.43m3／t，最大絕對瓦斯涌出量為592.84m3／min，在以后的生產(chǎn)過程中應(yīng)加強礦井瓦斯治理。

4 結(jié)語

1）根據(jù)地勘瓦斯含量的測定數(shù)據(jù)，結(jié)合鄭莊煤礦地面抽采井測定的煤層瓦斯含量值預(yù)測3＃煤層的最大瓦斯含量為25.47m3／t。

2）通過瓦斯賦存規(guī)律研究，得出了3＃煤層瓦斯含量（W）與埋藏深度（H）的關(guān)系，根據(jù)模型預(yù)測煤層埋深每增加100m，瓦斯含量增加2.9m3／t。

3）在鄭莊煤礦處于基建階段，沒有條件進(jìn)行井下實測煤層瓦斯含量，這種瓦斯涌出量預(yù)測方法對該礦的通風(fēng)設(shè)計、瓦斯抽放設(shè)計、瓦斯管理提供了技術(shù)支持，對該礦瓦斯防治工作具有重要的指導(dǎo)意義。