基于瓦斯含量的云岡礦“三量”可采期計(jì)算研究

任智敏

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 云崗礦，山西 大同 037000）

1 地質(zhì)概況

云岡礦井中含有高瓦斯氣體，在掘進(jìn)過程中，瓦斯涌出量在不斷增加，且礦井南部的涌出量明顯高于北部的涌出量，工作面上最大瓦斯涌出量可達(dá)1.5 m3/min，絕對(duì)瓦斯涌出量為28.93 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為3.23 m3/min，瓦斯壓力為0.275 MPa，鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)為0.043 4d-1，煤層透氣性系數(shù)為0.175λm2/(MPa2·d)，屬于可抽放煤層。

2 瓦斯抽采可采期

2.1 回采煤量合理可采期的計(jì)算

要及時(shí)準(zhǔn)確的反應(yīng)工作面的采掘接替關(guān)系，就需要對(duì)回采煤量的合理可采期進(jìn)行確定，采用掘進(jìn)速度統(tǒng)計(jì)參數(shù)法進(jìn)行計(jì)算[1]，為了讓采掘處于恒定狀態(tài)，回采期所消耗的巷道要等于去除接替準(zhǔn)備時(shí)間所掘進(jìn)的巷道，得到回采煤量合理可采期為：

式中：Th為開采范圍內(nèi)回采煤量合理可采期；η為回采煤量的有效系數(shù)；Vi為回采工作面每月平均速度；V0為采煤工作面每月平均速度；L0為回采工作面的總長(zhǎng)度。

在計(jì)算回采煤量有效系數(shù)時(shí)，要對(duì)礦井的多個(gè)工作面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到一個(gè)平均值。

2.2 準(zhǔn)備煤量合理可采期計(jì)算

考慮瓦斯抽采的影響，得到準(zhǔn)備煤量合理可采期為：

式中：Tzmin為開采范圍內(nèi)準(zhǔn)備煤量合理可采期的下限；Kp為準(zhǔn)備煤量的備用系數(shù)；AZ為每開采1 萬(wàn)t準(zhǔn)備煤量，巷道需要掘進(jìn)長(zhǎng)度；VZ為每月準(zhǔn)備巷道的掘進(jìn)速度；Qzi為第i 個(gè)計(jì)劃接替工作面的準(zhǔn)備煤量；Tz0為形成準(zhǔn)備煤量后到形成回采煤量前接替準(zhǔn)備時(shí)間；Tzl為準(zhǔn)備巷道揭露煤層前的預(yù)抽時(shí)間，主要針對(duì)高瓦斯和突出礦井，普通礦井中可忽略該參數(shù)。

2.3 開拓煤量合理可采期計(jì)算

考慮瓦斯抽采的影響，得到準(zhǔn)備煤量合理可采期為：

式中：Tkmin為開采范圍內(nèi)開拓煤量合理可采期的下限；Kp為開拓煤量的備用系數(shù)；Ak為每開采1 萬(wàn)t開拓煤量，巷道需要掘進(jìn)長(zhǎng)度；Vk為每月開拓巷道的掘進(jìn)速度；Qki為第i 個(gè)計(jì)劃接替工作面的開拓煤量；Tk0為形成開拓煤量后到形成回采煤量前的接替準(zhǔn)備時(shí)間；TZ2為開拓巷道進(jìn)入煤層前的預(yù)抽時(shí)間，主要針對(duì)高瓦斯和突出礦井，普通礦井中可忽略該參數(shù)；TZ3為井筒延伸進(jìn)入煤層前的預(yù)抽時(shí)間，主要針對(duì)高瓦斯和突出礦井，普通礦井中可忽略該參數(shù)[2]。

3 瓦斯抽放的分析研究

評(píng)價(jià)鉆孔預(yù)抽瓦斯效果的重要指標(biāo)是抽放率[3]，在恒定的抽放時(shí)間內(nèi)，預(yù)抽工作面內(nèi)瓦斯抽出量與抽放工作面的瓦斯總儲(chǔ)量的比就是抽放率抽放率，計(jì)算公式為：

式中：Qg為恒定時(shí)間內(nèi)預(yù)抽工作面瓦斯抽出量；Wg為抽放工作面的瓦斯總儲(chǔ)量。

3.1 礦井瓦斯抽放情況

對(duì)云岡礦幾個(gè)預(yù)抽工作面的瓦斯進(jìn)行抽放，繪制瓦斯抽放率曲線如圖1 所示。隨著時(shí)間的增加，瓦斯抽放率曲線趨于一條直線，瓦斯抽放率最高為0.46%，在外部采礦條件不變時(shí)，瓦斯抽放到一定值后，時(shí)間對(duì)抽放率幾乎沒有影響。

圖1 云岡礦瓦斯抽放率對(duì)比Fig.1 Comparison of gas drainage rate in Yungang Mine

目前，云岡礦工作面瓦斯預(yù)抽抽放率較低，如果預(yù)抽作業(yè)只是在工作面的順層、穿層以及回采順槽上，瓦斯抽放效果不好，工作面上瓦斯超限仍然難以解決，難以達(dá)到預(yù)抽的要求，為了解決工作面在回采過程中出現(xiàn)的瓦斯超限，根據(jù)相關(guān)抽放經(jīng)驗(yàn)，采用順層長(zhǎng)鉆孔抽放技術(shù)，合理布置鉆孔，鉆孔間距為4.0 m，長(zhǎng)度為60.70 m，抽放負(fù)壓在15~26 kPa；對(duì)高位頂板裂隙進(jìn)行鉆孔抽放，在裂隙帶中開掘出一條巷道，連接瓦斯抽放管道，在負(fù)壓的作用下，工作面上的瓦斯沿管道進(jìn)入抽放巷，將瓦斯氣體抽出地面；對(duì)采空區(qū)內(nèi)的瓦斯，采用埋管和卸壓方式進(jìn)行抽放，將回采過程中工作面的瓦斯涌出量降到最低。

3.2 礦井瓦斯預(yù)抽時(shí)間分析

進(jìn)行瓦斯抽放時(shí)，鉆孔抽放瓦斯的總量與時(shí)間成正比例關(guān)系，抽放鉆孔瓦斯涌出量與時(shí)間成反比例關(guān)系，在瓦斯抽放到一定程度后，隨著時(shí)間的增加，瓦斯抽放量會(huì)達(dá)到極限值[4]，不會(huì)一直增加，根據(jù)礦井實(shí)際開采以及工作面的接替關(guān)系，確定預(yù)抽時(shí)間，預(yù)抽時(shí)間不宜太長(zhǎng)，最終確定云岡礦工作面瓦斯預(yù)抽時(shí)間為8 個(gè)月。

4 “三量”關(guān)系確定

綜合云岡礦的地質(zhì)情況，根據(jù)對(duì)瓦斯抽采達(dá)標(biāo)煤量、瓦斯抽放量以及瓦斯抽放時(shí)間的分析，得到云岡礦“三量”之間的關(guān)系見表1。

表1 云岡礦“三量”之間的關(guān)系Table 1 Relationship between"three quantities"in Yungang Mine

在不進(jìn)行瓦斯預(yù)抽的情況下，要確保工作面正常接替，回采煤量合理可采期為5 個(gè)月、準(zhǔn)備煤量合理可采期為12 個(gè)月、開拓煤量合理可采期為3~5 a；而在進(jìn)行瓦斯預(yù)抽的情況下，工作面上回采煤量合理可采期在8 個(gè)月以上，且回采煤量波動(dòng)小，幾乎不受外界條件的影響，能消除工作面采掘接替緊張問題，保證礦井的正常生產(chǎn)，因此，確定最優(yōu)的“三量”關(guān)系為：工作面上回采煤量合理可采期為8 個(gè)月、準(zhǔn)備煤量合理可采期為12 個(gè)月、開拓煤量合理可采期為3~5 a。

5 結(jié) 論

（1） 針對(duì)云岡礦采掘期間瓦斯涌出量增加的問題，為滿足礦井開采接續(xù)需求，給出瓦斯抽采“三量”可采期的計(jì)算方法。

（2） 分析礦井瓦斯抽放情況以及礦井瓦斯預(yù)抽時(shí)間，確定最優(yōu)的“三量”關(guān)系，即工作面上回采煤量合理可采期為8 個(gè)月、準(zhǔn)備煤量合理可采期為12 個(gè)月、開拓煤量合理可采期為3~5 a 時(shí)“三量”關(guān)系最優(yōu)，較好地解決工作面采掘接續(xù)緊張的問題。