4講煤層瓦斯流動(dòng)及涌出規(guī)律_第1頁(yè)
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1、第四講煤層瓦斯流動(dòng)及涌出規(guī)律安全工程專(zhuān)業(yè)核心課程中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院2013年3月程遠(yuǎn)平 教授李 偉 博士礦井瓦斯防治課程第四講課程目標(biāo)一、掌握煤層瓦斯流動(dòng)理論二、掌握煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法三、掌握煤礦瓦斯等級(jí)鑒定方法章節(jié)提綱一、煤層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)二、瓦斯流動(dòng)理論三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定礦井瓦斯防治課程第四講第一部分 煤層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)礦井瓦斯防治課程第四講煤層瓦斯流動(dòng)方式孔隙直徑為10-510-4,瓦斯流動(dòng)表現(xiàn)為自由擴(kuò)散或慢速的層流滲透孔隙直徑為10-4210-4 cm,瓦斯流動(dòng)為層流滲透孔徑大于 210-4 cm,瓦斯流動(dòng)表現(xiàn)為層流滲透或?qū)恿髋c紊流的混合過(guò)渡流孔隙直徑

2、小于10-5 cm,瓦斯流動(dòng)屬于分子擴(kuò)散孔徑小于310-7cm,出現(xiàn)瓦斯表面擴(kuò)散和固體中的擴(kuò)散一、煤層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)煤層瓦斯流動(dòng)單向流動(dòng)示意圖1- 流線;2-等壓線;3-巷道單向流動(dòng)煤層瓦斯沿單一方向流動(dòng),流線相互平行一、煤層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)煤層瓦斯流動(dòng)形態(tài)徑向流動(dòng)示意圖1- 流線;2-等壓線;3-鉆孔徑向流動(dòng)等瓦斯壓力線為一組同心圓,瓦斯流線沿圓的徑向發(fā)展一、煤層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)煤層瓦斯流動(dòng)形態(tài)球向流動(dòng)示意圖1- 揭開(kāi)煤層的掘進(jìn)工作面;2-等壓線;3-流線球向流動(dòng)等瓦斯壓力線為一組同心球狀,瓦斯流線沿球的徑向發(fā)展一、煤層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)煤層瓦斯流動(dòng)形態(tài)上述三種流動(dòng)是按照流場(chǎng)的空間流向分類(lèi)的基本形式。在實(shí)際

3、煤礦中,由于煤層的非均質(zhì)性、煤層頂?shù)装鍘r性的多變性等自然條件的不同,實(shí)際井巷和鉆孔中的瓦斯流動(dòng)是復(fù)雜的,有時(shí)可能是幾種基本流動(dòng)的綜合。工程分類(lèi)煤層中的位置流場(chǎng)類(lèi)型備注巷道巷道高度 煤層厚度單向流動(dòng)開(kāi)始為徑向流動(dòng),排放一段時(shí)間后,轉(zhuǎn)化為單向流動(dòng)巷道高度煤層厚度單向流動(dòng)鉆孔穿層鉆孔(包括地面鉆孔)徑向流動(dòng)順層鉆孔單向流動(dòng)開(kāi)始為徑向流動(dòng),抽采一段時(shí)間后,轉(zhuǎn)化為單向流動(dòng)一、煤層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)煤礦常見(jiàn)的流場(chǎng)分類(lèi)按流場(chǎng)的穩(wěn)定性分類(lèi)分類(lèi)定義特點(diǎn)穩(wěn)定流場(chǎng)在穩(wěn)定流場(chǎng)中,任何一點(diǎn)的瓦斯流速、流向和壓力均不隨時(shí)間而變化,故而稱(chēng)其中的瓦斯流動(dòng)為穩(wěn)定性流動(dòng)具有固定的瓦斯源;出口和入口的瓦斯壓力不隨時(shí)間而變化;煤層僅僅是瓦

4、斯流過(guò)的通道,所以流場(chǎng)各個(gè)點(diǎn)的瓦斯壓力也不變。非穩(wěn)定流場(chǎng)在非穩(wěn)定性流場(chǎng)中,流場(chǎng)中任何一點(diǎn)的瓦斯流速、流向和壓力都隨時(shí)間而發(fā)生變化,其內(nèi)的瓦斯流動(dòng)為非穩(wěn)定性流動(dòng)沒(méi)有固定的瓦斯源,煤層既是瓦斯的來(lái)源又是瓦斯流過(guò)的通道;隨著瓦斯的不斷流出,煤層內(nèi)瓦斯壓力不斷降低,流動(dòng)場(chǎng)不斷擴(kuò)大;各點(diǎn)的瓦斯壓力和壓力梯度也在改變。一、煤層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)2成面后4d1成面后幾小時(shí)3成面后10d4成面后15d5面后55d6成面后150d (穩(wěn)定)煤層內(nèi)瓦斯流動(dòng)的穩(wěn)定過(guò)程就是煤壁瓦斯涌出速率的穩(wěn)定過(guò)程,這一過(guò)程受到多種因素的影響,主要有煤層瓦斯壓力梯度、煤層的透氣性、煤壁外的大氣壓力等,其中最關(guān)鍵的一個(gè)是煤層的透氣性。一、煤

5、層瓦斯流場(chǎng)分類(lèi)按流場(chǎng)的穩(wěn)定性分類(lèi)第二部分 瓦斯流動(dòng)理論礦井瓦斯防治課程第四講二、瓦斯流動(dòng)理論線性瓦斯?jié)B流理論認(rèn)為,煤層內(nèi)瓦斯運(yùn)移基本符合線性滲透定律達(dá)西定律(Darcys law)達(dá)西定律:v流速,m/s瓦斯動(dòng)力粘度系數(shù),Pa sK 煤層的滲透率,m2dx 與流體流動(dòng)方向一致的極小長(zhǎng)度,mdp 在dx長(zhǎng)度內(nèi)的壓差,Pa非線性瓦斯流動(dòng)理論二、瓦斯流動(dòng)理論煤是一種典型的多孔介質(zhì),根據(jù)氣體在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散機(jī)理的研究,可以用表示孔隙直徑和分子運(yùn)動(dòng)平均自由程相對(duì)大小的諾森數(shù)Kn:d孔隙平均直徑,m氣體分子的平均自由程,m擴(kuò)散分類(lèi)諾森數(shù) KnKn10Kn0.10.1Kn10分類(lèi)菲克型擴(kuò)散諾森型擴(kuò)散過(guò)渡性

6、擴(kuò)散瓦斯擴(kuò)散理論二、瓦斯流動(dòng)理論對(duì)于含瓦斯煤體來(lái)說(shuō),一般Kn 10,由于孔隙直徑遠(yuǎn)大于瓦斯氣體分子的平均自由程,因此擴(kuò)散是由于瓦斯氣體分子之間的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起的,可以用菲克擴(kuò)散定律去描述。 J瓦斯氣體通過(guò)單位面積的擴(kuò)散速度,kg/(s m2) C/X沿?cái)U(kuò)散方向的濃度梯度Df 菲克擴(kuò)散系數(shù),m2/sC 瓦斯氣體的濃度, kg/ m2菲克定律:瓦斯氣體分子在煤層內(nèi)有效擴(kuò)散系數(shù):擴(kuò)散路徑因孔隙通道的曲折而增長(zhǎng),孔截面收縮使擴(kuò)散流動(dòng)阻力增大,實(shí)際擴(kuò)散通量減少。J瓦斯氣體在煤層內(nèi)的有效擴(kuò)散系數(shù),m2/s有效表面孔隙率 曲折因子,為修正擴(kuò)散路徑變化而引入的。二、瓦斯流動(dòng)理論 瓦斯?jié)B透與擴(kuò)散理論認(rèn)為,煤層內(nèi)

7、瓦斯運(yùn)動(dòng)是包含了滲透和擴(kuò)散的混合流動(dòng)過(guò)程。煤層中存在相互溝通的裂隙網(wǎng)絡(luò),沿著這些裂隙網(wǎng)絡(luò),游離瓦斯流向低壓工作面,而煤體的滲透率與該裂隙網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)。與此同時(shí),塊煤內(nèi)部的瓦斯解吸,向裂隙擴(kuò)散,因此煤層中瓦斯的滲透率和介質(zhì)的擴(kuò)散性共同決定了瓦斯的流動(dòng)狀況。 瓦斯?jié)B透-擴(kuò)散理論二、瓦斯流動(dòng)理論低雷諾數(shù)區(qū),Re100 ,為紊流,慣性力占優(yōu)勢(shì),流動(dòng)阻力和流速的平方成正比。多孔介質(zhì)中流動(dòng)狀態(tài)及其規(guī)律的變化非線性瓦斯流動(dòng)理論二、瓦斯流動(dòng)理論隨著煤層瓦斯流動(dòng)機(jī)理研究的深化,許多學(xué)者用流體巖石相互作用機(jī)制認(rèn)識(shí)煤層內(nèi)瓦斯運(yùn)移過(guò)程,充分發(fā)展和考慮地應(yīng)力場(chǎng)、地溫場(chǎng)以及地電場(chǎng)等地球物理場(chǎng)作用下的煤層瓦斯運(yùn)移耦合模型及

8、數(shù)值方法,使理論模型更能反映客觀事實(shí),以及進(jìn)一步完善理論模型及測(cè)試技術(shù)和手段,成為當(dāng)今推動(dòng)煤層瓦斯?jié)B流力學(xué)向前發(fā)展的主流方向。地物場(chǎng)效應(yīng)的煤層瓦斯流動(dòng)理論第三部分 煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法礦井瓦斯防治課程第四講瓦斯涌出量指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量。它是確定礦井瓦斯等級(jí)、進(jìn)行礦井通風(fēng)計(jì)算等方面的依據(jù)。對(duì)應(yīng)于整個(gè)礦井的叫礦井瓦斯涌出量,對(duì)應(yīng)于翼、采區(qū)或工作面的,叫翼、采區(qū)或工作面的瓦斯涌出量。三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法基本概念q相對(duì)量,m3/t; 絕對(duì)量,m3/d; A日產(chǎn)量,t/d。相對(duì)瓦斯涌出量絕對(duì)瓦斯涌出量絕對(duì)瓦斯涌出量,在單位時(shí)間內(nèi)涌出的瓦斯量,單位 m3/min或 m

9、3/d;相對(duì)瓦斯涌出量,平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量,單位 (m3/d)/t/d), 即 m3/t。基本概念三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法瓦斯涌出量的表達(dá)方法 計(jì)算出礦井在一定生產(chǎn)時(shí)期、生產(chǎn)方式和配產(chǎn)條件下的瓦斯涌出量,并繪制反映瓦斯涌出規(guī)律的涌出量等值線圖。 單位時(shí)間內(nèi)從煤層以及采落的煤(巖)體涌入礦井中的氣體總量,礦井進(jìn)行瓦斯抽放時(shí)包括抽放瓦斯量。 屬于絕對(duì)瓦斯涌出量?相對(duì)瓦斯涌出量? 基本概念三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法礦井瓦斯涌出量礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)瓦斯涌出的形式是指礦井瓦斯在時(shí)間、空間上的分布形式。普通涌出 長(zhǎng)時(shí)間地、均勻地從煤體中涌出瓦斯。 特點(diǎn):時(shí)間上:連續(xù)不斷 空間上:普遍存在

10、涌出強(qiáng)度:緩慢、均勻。特殊涌出礦井生產(chǎn)過(guò)程中,在某些特定地點(diǎn)、突然地于一段時(shí)間內(nèi)大量涌出 瓦斯的現(xiàn)象。特點(diǎn):時(shí)間上:突然地、不均勻的間斷涌出 空間上:非普遍存在 涌出強(qiáng)度:產(chǎn)生動(dòng)力破壞。 特殊涌出分為瓦斯噴出和煤與瓦斯突出。煤層瓦斯涌出形式三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法(1)煤層和圍巖的瓦斯含量 煤層瓦斯含量越高,瓦斯涌出量也越大。單一的薄煤層和中厚煤層開(kāi)采時(shí),瓦斯主要來(lái)自煤層暴露面和采落的煤炭。對(duì)于煤層群或單一煤層附近有瓦斯含量較大的巖層,受采動(dòng)的影響,除了開(kāi)采煤層涌出外,還有鄰近層的瓦斯通過(guò)裂隙涌出。在這種情況下,瓦斯涌出量會(huì)大于煤層瓦斯含量。例如淮南謝二、謝三兩個(gè)礦井,開(kāi)采13號(hào)煤層,采區(qū)相

11、對(duì)瓦斯涌出量是該煤層瓦斯含量的1.581.73倍。 影響瓦斯涌出的因素自然因素 三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法(2)地面大氣壓變化地面大氣壓變化引起井下大氣壓的相應(yīng)變化,對(duì)于從煤層暴露面涌出的瓦斯量影響甚微,但對(duì)采空區(qū)或冒落處瓦斯涌出的影響比較顯著。當(dāng)?shù)孛娲髿鈮和蝗幌陆禃r(shí),井巷空氣絕對(duì)壓力減小,采空區(qū)瓦斯積存區(qū)的氣體壓力不變,使得采空區(qū)與井巷的氣體壓力差增加,瓦斯會(huì)更多地涌入風(fēng)流中,使礦井的瓦斯涌出量增大。反之,礦井的瓦斯涌出量將減少。影響瓦斯涌出的因素自然因素 三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 (1)開(kāi)采規(guī)模 開(kāi)采規(guī)模指開(kāi)采深度、開(kāi)拓與開(kāi)采范圍和礦井產(chǎn)量。 在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)開(kāi)采的礦井,相對(duì)瓦斯涌出量與深

12、度無(wú)關(guān)。在甲烷帶內(nèi),隨著開(kāi)采深度的增加,相對(duì)瓦斯涌出量增大。 開(kāi)拓與開(kāi)采的范圍越廣,煤巖的暴露面就越大,因此,礦井瓦斯涌出量也就越大。 礦井產(chǎn)量與礦井瓦斯涌出量間的關(guān)系比較復(fù)雜,一般情況下: a.礦井達(dá)產(chǎn)之前 b.礦井達(dá)產(chǎn)后 c.開(kāi)采工作逐漸收縮絕對(duì)瓦斯涌出量隨著開(kāi)拓范圍的擴(kuò)大而增加,絕對(duì)瓦斯涌出量大致正比于產(chǎn)量。絕對(duì)瓦斯涌出量基本隨產(chǎn)量變化并在一個(gè)穩(wěn)定數(shù)值上下波動(dòng)。相對(duì)瓦斯涌出量,若瓦斯涌出主要來(lái)源于采落煤炭,影響不大;若瓦斯主要來(lái)源于采空區(qū)和圍巖,產(chǎn)量變化時(shí),相對(duì)瓦斯涌出量有明顯變化。絕對(duì)瓦斯涌出量又隨產(chǎn)量的減少而減少,并最終穩(wěn)定在某一數(shù)值,這時(shí)相對(duì)瓦斯涌出量數(shù)值又會(huì)因產(chǎn)量低而偏大。 影響

13、瓦斯涌出的因素開(kāi)采技術(shù)因素 三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法(2)開(kāi)采順序與回采方法首先開(kāi)采的煤層瓦斯涌出量大。采空區(qū)丟失煤炭多,回采率低的采煤方法,瓦斯涌出量大。頂板管理采用陷落法比充填法能造成頂板更大范圍的破壞和卸壓,鄰近層瓦斯涌出量就比較大?;夭晒ぷ髅嬷芷趤?lái)壓時(shí),瓦斯涌出量也會(huì)大大增加。(3)生產(chǎn)工藝瓦斯從煤層暴露面(煤壁和鉆孔)和采落的煤炭?jī)?nèi)涌出的特點(diǎn)是,初期瓦斯涌出的強(qiáng)度大,然后大致按指數(shù)函數(shù)的關(guān)系逐漸衰減;落煤時(shí)瓦斯涌出量大于其它工序。綜合機(jī)械化工作面推進(jìn)度快,產(chǎn)量高,在瓦斯含量大的煤層內(nèi)工作時(shí),瓦斯涌出量很大。影響瓦斯涌出的因素開(kāi)采技術(shù)因素 三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 (4)風(fēng)量變化礦

14、井風(fēng)量變化時(shí),瓦斯涌出量和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葧?huì)發(fā)生擾動(dòng),但很快就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环€(wěn)定狀態(tài)。單一煤層回采時(shí),瓦斯主要來(lái)自煤壁和采落的煤炭,采空區(qū)積存的瓦斯量不大時(shí),回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛入S風(fēng)量減少而增加或隨風(fēng)量增加而減少,絕對(duì)瓦斯涌出量變化不大。煤層群開(kāi)采,采空區(qū)積存大量瓦斯,風(fēng)量增加時(shí),因負(fù)壓和采空區(qū)漏風(fēng)的加大,絕對(duì)瓦斯涌出量迅速增加,回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛瓤赡芗眲∩仙?。然后,?jīng)過(guò)一段時(shí)間,絕對(duì)瓦斯涌出量恢復(fù)到或接近原有值,回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔拍芙档偷皆狄韵隆oL(fēng)量減少時(shí),情況相反。所以采區(qū)風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí),特別是增加風(fēng)量時(shí),應(yīng)注意風(fēng)流中瓦斯的濃度。為了降低風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí)回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛鹊姆逯?,可以采取分次增加風(fēng)量的

15、方法。影響瓦斯涌出的因素開(kāi)采技術(shù)因素 三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法(5)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)內(nèi)和回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛确植加兄匾绊憽?U型通風(fēng)系統(tǒng)的回采工作面,其上隅角容易聚集瓦斯。采用U型加尾巷的通風(fēng)系統(tǒng),瓦斯聚積點(diǎn)移至采空區(qū)內(nèi)的尾巷入風(fēng)口,提高工作面的安全性。U型通風(fēng)系統(tǒng) 帶尾巷的U型通風(fēng)系統(tǒng)1-回風(fēng)巷2-尾巷3-頂板冒落區(qū)影響瓦斯涌出的因素開(kāi)采技術(shù)因素 三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 Y形與W型通風(fēng)系統(tǒng)由于采空區(qū)內(nèi)有漏風(fēng)通道,采空區(qū)與鄰近層涌出的瓦斯很少會(huì)涌入工作面,加之進(jìn)風(fēng)多了一條風(fēng)路,工作面的瓦斯?jié)舛容^低,適用于高瓦斯高產(chǎn)要求。影響瓦斯涌出的因素開(kāi)采技術(shù)因素 三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

16、方法 (6)采空區(qū)的密閉質(zhì)量 采空區(qū)內(nèi)往往積存著大量高濃度的瓦斯,如果封閉的密閉墻質(zhì)量不好,或進(jìn)、回風(fēng)側(cè)的通風(fēng)壓差較大,就會(huì)造成采空區(qū)大量漏風(fēng),使礦井的瓦斯涌出增大。 綜合以上所述,影響瓦斯涌出量的因素是多方面的,因各礦的條件不同,涉及各種因素的影響程度也不同,并非以上所說(shuō)的各因素對(duì)每一礦井來(lái)說(shuō)都是符合的。例如平頂山一礦由壓入式改為抽出式通風(fēng)時(shí),無(wú)論是瓦斯?jié)舛?,還是絕對(duì)瓦斯涌出量都影響不大。 但是對(duì)于某一具體礦山來(lái)說(shuō),以上各因素總有一種或幾種因素是主要的,應(yīng)找出主要影響因素的規(guī)律性,對(duì)加強(qiáng)通風(fēng)和瓦斯管理是很有必要的。影響瓦斯涌出的因素開(kāi)采技術(shù)因素 三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 煤礦瓦斯平衡是指各

17、種瓦斯來(lái)源在煤礦瓦斯涌出總量中所占的比重。它取決于自然因素與開(kāi)采技術(shù)因素,當(dāng)這些因素?zé)o大的變化時(shí),它保持相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值。煤礦瓦斯平衡決定著煤礦風(fēng)量分配和日常治理瓦斯工作的方向與重點(diǎn)。 煤礦瓦斯平衡針對(duì)瓦斯來(lái)源的不同有如下分類(lèi):按水平、翼、采區(qū)來(lái)進(jìn)行平衡(風(fēng)量分配依據(jù));按掘進(jìn)區(qū)、回采區(qū)與老空區(qū)進(jìn)行平衡(瓦斯治理工作的基礎(chǔ));按開(kāi)采層、鄰近層進(jìn)行平衡(瓦斯治理工作的基礎(chǔ))。三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法影響煤礦瓦斯平衡的主要因素:1)煤礦生產(chǎn)不同時(shí)期,平衡表不同(初期、中期和后期)2)采深不同,平衡表不同3)地質(zhì)條件不同,平衡表不同 煤礦瓦斯平衡三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法1)新建煤礦或生產(chǎn)煤礦新水平

18、,都必須進(jìn)行瓦斯涌出量 預(yù)測(cè);2)煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)依據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方 法,采用分源預(yù)測(cè)法或礦山統(tǒng)計(jì)法;3)煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)應(yīng)包括以下資料: (1)煤礦采掘設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) (2)煤礦地質(zhì)報(bào)告4)新建或生產(chǎn)煤礦新水平瓦斯涌出量預(yù)測(cè)由具有國(guó)家規(guī)定資質(zhì)的專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)單位共同完成。 煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的一般要求三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)方法礦山統(tǒng)計(jì)法 分源預(yù)測(cè)法 礦山統(tǒng)計(jì)法的實(shí)質(zhì)是根據(jù)對(duì)本井或鄰近礦井實(shí)際瓦斯涌出量資料的統(tǒng)計(jì)分析得出的礦井瓦斯涌出量隨開(kāi)采深度變化的規(guī)律,來(lái)推算新井或延深水平的瓦斯涌出量。 井下涌出瓦斯的地點(diǎn)即為瓦斯涌出源。瓦斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接決定著礦

19、井瓦斯涌出量的大小。 應(yīng)用分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量,是以煤層瓦斯含量、煤層開(kāi)采技術(shù)條件為基礎(chǔ),根據(jù)各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律,計(jì)算回采工作面、掘進(jìn)工作面、采區(qū)及礦井瓦斯涌出量。 煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法礦山統(tǒng)計(jì)法:分源預(yù)測(cè)法:按照煤礦生產(chǎn)過(guò)程中瓦斯涌出源的多少,各個(gè)瓦斯源涌出瓦斯量的大小,來(lái)預(yù)計(jì)煤礦各個(gè)時(shí)期(如投產(chǎn)期、達(dá)標(biāo)期、萎縮期等)的瓦斯涌出量。 根據(jù)煤礦已往生產(chǎn)中獲得的大量的相對(duì)瓦斯涌出量與開(kāi)采深度的數(shù)據(jù),按統(tǒng)計(jì)規(guī)律預(yù)測(cè)深部水平瓦斯涌出量的方法。三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法的分類(lèi)溫特爾法根據(jù)瓦斯涌出率的不同,分為重慶煤科院-陽(yáng)泉礦

20、務(wù)局科研所法英國(guó)采礦研究所法 蘇聯(lián)科學(xué)院礦業(yè)研究所法(.李金法)淮南礦務(wù)局法AQ1018-2006 分源預(yù)測(cè)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法煤礦瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系 回采工作面瓦斯涌出掘進(jìn)工作面瓦斯涌出q采=q1+q2q掘=q3+q4分源預(yù)測(cè)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法開(kāi)采層鄰近層鄰近層鄰近層分源預(yù)測(cè)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 回采工作面瓦斯涌出量(1)薄及中厚煤層不分層開(kāi)采時(shí) K1圍巖瓦斯涌出系數(shù),為1.11.3;K2工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù),用回采率的倒數(shù)來(lái)計(jì)算;K3 采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對(duì)開(kāi)采層瓦斯涌出影響系數(shù);m開(kāi)采層厚度,m;M工作面采高,m;X0煤層原始瓦斯含量,m3/t;X1煤的殘存瓦

21、斯含量,m3/t。1)開(kāi)采層瓦斯涌出量 分源預(yù)測(cè)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法采面巷道預(yù)排瓦斯影響系數(shù) K3:1)開(kāi)采層瓦斯涌出量 采用長(zhǎng)壁后退式回采時(shí) 采用長(zhǎng)壁前進(jìn)式回采時(shí), h掘進(jìn)巷道預(yù)排等值寬度,m。低變質(zhì)煤高變質(zhì)煤Lbh 分源預(yù)測(cè)法 回采工作面瓦斯涌出量三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法分源預(yù)測(cè)法 回采工作面瓦斯涌出量三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法煤的殘存瓦斯含量X1:1)開(kāi)采層瓦斯涌出量 低變質(zhì)煤、高變質(zhì)煤X010m3/t 高變質(zhì)煤X010m3/t分源預(yù)測(cè)法 回采工作面瓦斯涌出量三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法(2)厚煤層分層開(kāi)采時(shí) Kf取決于煤層分層數(shù)量和順序的分層瓦斯涌出系數(shù);1)開(kāi)采層瓦斯涌出量

22、分源預(yù)測(cè)法 回采工作面瓦斯涌出量三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法第i個(gè)鄰近層煤層厚度,m; 工作面采高,m; 第i個(gè)鄰近層瓦斯涌出率,% ;當(dāng)鄰近層位于冒落帶中時(shí),當(dāng)采高 4.5m時(shí),分源預(yù)測(cè)法1)鄰近層瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法分源預(yù)測(cè)法 回采工作面瓦斯涌出量三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法1上鄰近層;2緩傾斜煤層下鄰近層;3傾斜、急傾斜煤層下鄰近層鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量D巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長(zhǎng)度,m;v巷道平均掘進(jìn)速度,m/min;L巷道長(zhǎng)度,m;q0煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度,m3 /(m2min),Vz煤中揮發(fā)分含量,%;X0煤層原始瓦

23、斯含量,m3/t 。1)掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量 q4q3 分源預(yù)測(cè)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法S掘進(jìn)巷道斷面積,m2 ;v巷道平均掘進(jìn)速度,m/min; 煤的密度,t/m3;X0 煤層原始瓦斯含量,m3/t ;X1 煤的殘存瓦斯含量,m3/t 。2)掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量 q4q3分源預(yù)測(cè)法 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法K生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù),1.251.45;q采i第i個(gè)回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量,m3/t;Ai第i個(gè)回采工作面的日產(chǎn)量,t;q掘i第i個(gè)掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量,m3/min;A0生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量,t。分源預(yù)測(cè)法 采區(qū)瓦斯涌出量三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方

24、法 礦井瓦斯涌出量K已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù),1.151.25;q區(qū)i第i個(gè)采區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量,m3/t;A0i第i個(gè)采區(qū)的日產(chǎn)量,t。分源預(yù)測(cè)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法分源預(yù)測(cè)法 采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法瓦斯最大涌出量與平均涌出量的比值稱(chēng)為瓦斯涌出不均系數(shù)。礦井瓦斯涌出不均系數(shù)式中kg給定時(shí)間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù); Qmax該時(shí)間內(nèi)的最大瓦斯涌出量,m3/min; Qa該時(shí)間內(nèi)的平均瓦斯涌出量,m3/min。分源預(yù)測(cè)法 瓦斯涌出不均系數(shù)K區(qū)=1.21.5;K井=1.11.3.三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一礦東一采區(qū)2352 (1) B11工作面走向長(zhǎng)1640 m

25、,傾斜長(zhǎng)190m,煤層平均厚度2.0m。煤層瓦斯含量為5.5m3/t,煤層賦存穩(wěn)定,地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,采用綜合機(jī)械化采煤。鄰近層瓦斯參數(shù)如下。預(yù)測(cè)當(dāng)工作面日產(chǎn)量1700t 時(shí)的絕對(duì)瓦斯涌出量。分源預(yù)測(cè)法 例題三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法1)開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量由于B11煤層厚2.0m,采用不分層開(kāi)采,工作面使用全部陷落法管理頂板,K1取1.2,K2 取1.05,該工作面為采用長(zhǎng)壁后退式回采,計(jì)算得K3=(190-210)/190 =0.9。 煤層厚度為2.0m,工作面采高為2.0m,X0-X1=5.5-2.0=3.5m3/t。分源預(yù)測(cè)法 例題三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法2)鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量 開(kāi)采煤

26、層回采工作面的瓦斯涌出量q=q1+q2=3.97+12=15.97 m3/t。分源預(yù)測(cè)法 例題三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法3)當(dāng)工作面日產(chǎn)量1700t,開(kāi)采煤層工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量 分源預(yù)測(cè)法 例題三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 礦山統(tǒng)計(jì)法是根據(jù)煤礦已往生產(chǎn)中獲得的大量的相對(duì)瓦斯涌出量與開(kāi)采深度的數(shù)據(jù),按統(tǒng)計(jì)規(guī)律預(yù)測(cè)深部水平瓦斯涌出量的方法。其外推范圍沿垂深不超過(guò)200m,沿煤層傾斜方向不超過(guò)600m。 步驟如下: 第一步計(jì)算相對(duì)瓦斯涌出量梯度值(剔除異常點(diǎn)); 第二步計(jì)算深部待采煤層的相對(duì)瓦斯涌出量。 礦山統(tǒng)計(jì)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法qc開(kāi)采深度(H)時(shí),月平均相對(duì)瓦斯涌出量,m/t;Qi該

27、月內(nèi)測(cè)得的回風(fēng)量, m/min;i風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋?;n該月內(nèi)測(cè)試次數(shù);A該月的產(chǎn)量,t。若是該月多水平開(kāi)采,qc為加權(quán)開(kāi)采深度(Hw)處的相對(duì)瓦斯涌出量。月平均相對(duì)瓦斯涌出量 礦山統(tǒng)計(jì)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法Hi、Ai第i個(gè)采區(qū)的開(kāi)采深度和產(chǎn)量;n該月開(kāi)采的采區(qū)數(shù)。計(jì)算加權(quán)開(kāi)采深度Hw 礦山統(tǒng)計(jì)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法相對(duì)瓦斯涌出量梯度的確定q2在H2深度開(kāi)采時(shí)的相對(duì)瓦斯涌出量,m3/t;q1在H1深度開(kāi)采時(shí)的相對(duì)瓦斯涌出量,m3/t。 H2瓦斯帶內(nèi)2水平的開(kāi)采深度,m;H1瓦斯帶內(nèi)1水平的開(kāi)采深度,m;n指數(shù)系數(shù),垂深在1000m內(nèi)時(shí)取1。礦山統(tǒng)計(jì)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法q礦

28、井相對(duì)瓦斯涌出量,m3/t;H開(kāi)采深度,m;H0瓦斯風(fēng)化帶深度,m; 相對(duì)瓦斯涌出量隨開(kāi)采深度的變化梯度,(m3/t)/m 。q0 瓦斯風(fēng)化帶邊緣的瓦斯含量,m3/t。推算深部開(kāi)采水平的瓦斯涌出量礦山統(tǒng)計(jì)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法加權(quán)開(kāi)采深度/m相對(duì)瓦斯涌出量/mt-120012.632025.737028.840033.0500?已知撫順龍鳳礦各水平開(kāi)采深度的瓦斯涌出量,試算該礦瓦斯涌出量梯度,并預(yù)測(cè)采深500m的瓦斯涌出量。 礦山統(tǒng)計(jì)法 例題三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 解:利用公式計(jì)算瓦斯涌出量梯度:500m處實(shí)測(cè)值為41.5m3/t,預(yù)測(cè)誤差為3.7%。500m處的相對(duì)瓦斯涌出量為:礦

29、山統(tǒng)計(jì)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法相似性。已回采2個(gè)以上水平,有一年以上的瓦斯涌出量。外推深度200m,沿煤層傾斜方向600m。 用來(lái)設(shè)計(jì)礦井所需風(fēng)量時(shí),須考慮瓦斯涌出不均系數(shù)。使用礦山統(tǒng)計(jì)法應(yīng)注意的問(wèn)題礦山統(tǒng)計(jì)法三、煤礦瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法第四部分 煤礦瓦斯等級(jí)鑒定礦井瓦斯防治課程第四講 礦井瓦斯等級(jí)劃分為: (一)煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井; (二)高瓦斯礦井; (三)瓦斯礦井。 取消低瓦斯礦井的概念 提高瓦斯管理的意識(shí) 曾考慮劃分為兩級(jí)四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定煤礦瓦斯等級(jí)劃分 具備下列情形之一的礦井為突出礦井: (一)發(fā)生過(guò)煤(巖)與瓦斯(二氧化碳)突出的; (二)經(jīng)鑒定具有煤(巖)與

30、瓦斯(二氧化碳)突出煤(巖)層的; (三)依照有關(guān)規(guī)定有按照突出管理的煤層,但在規(guī)定期限內(nèi)未完成突出危險(xiǎn)性鑒定的。 礦山統(tǒng)計(jì)法 突出礦井四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定 具備下列情形之一的礦井為高瓦斯礦井:(一)礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3/t;(二)礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3/min;(三)礦井任一掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于3m3/min;(四)礦井任一采煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于5m3/min。 高瓦斯礦井煤礦瓦斯等級(jí)劃分四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定 同時(shí)滿足以下條件的礦井為瓦斯礦井:(一)礦井相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3/t;(二)礦井絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于40m3/min;(三)礦井各掘進(jìn)工

31、作面絕對(duì)瓦斯涌出量均小于或等于3m3/min;(四)礦井各采煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量均小于或等于5m3/min。 瓦斯礦井煤礦瓦斯等級(jí)劃分四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定鑒定開(kāi)始前應(yīng)當(dāng)編制鑒定工作方案,做好儀器準(zhǔn)備、人員組織和分工、計(jì)劃測(cè)定路線等。鑒定時(shí)間應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件選擇在礦井絕對(duì)瓦斯涌出量最大的月份,且在礦井正常生產(chǎn)時(shí)進(jìn)行。參數(shù)測(cè)定工作應(yīng)當(dāng)在鑒定月的上、中、下旬各取1天(間隔不少于7天),每天分3個(gè)班(或4個(gè)班)、每班3次進(jìn)行。 鑒定組織 鑒定條件(時(shí)間、生產(chǎn)、測(cè)定)煤礦瓦斯等級(jí)劃分四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定 組織條件 鑒定前必須編制礦井瓦斯等級(jí)鑒定計(jì)劃,做好組織分工、進(jìn)行人員培訓(xùn); 儀器準(zhǔn)備條件 測(cè)定前

32、對(duì)采用的所有儀器、儀表進(jìn)行檢查,保證其準(zhǔn)確性,確保儀器儀表在其計(jì)量檢定證的有效期內(nèi)使用。 鑒定組織 鑒定條件(時(shí)間、生產(chǎn)、測(cè)定) 煤礦瓦斯等級(jí)鑒定方法四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定 生產(chǎn)條件 在正常生產(chǎn)條件下進(jìn)行鑒定; 礦井實(shí)際產(chǎn)量達(dá)到該區(qū)域正常產(chǎn)量的60以上的條件。 時(shí)間條件 根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件,選擇礦井絕對(duì)瓦斯涌出量最大的月份(一般選在 7、8、9三月的較多)進(jìn)行鑒定。 在鑒定月的上、中、下旬中各取一天(間隔10天),每天分三個(gè)班(或四個(gè)班)進(jìn)行測(cè)定工作,每班測(cè)三次,即“三個(gè)三”。 鑒定組織 鑒定條件(時(shí)間、生產(chǎn)、測(cè)定)煤礦瓦斯等級(jí)鑒定方法四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定 鑒定工作應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確測(cè)定風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?、二氧化碳濃度及溫度、氣壓等參?shù);統(tǒng)計(jì)井下瓦斯抽采量、月產(chǎn)煤量;全面收集煤層瓦斯壓力、動(dòng)力現(xiàn)象及預(yù)兆、瓦斯噴出、鄰近礦井瓦斯等級(jí)等資料。 鑒定實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與最近6個(gè)月以來(lái)礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、通風(fēng)報(bào)表和產(chǎn)量報(bào)表數(shù)據(jù)相差超過(guò)10%的應(yīng)當(dāng)分析原因,必要時(shí)應(yīng)當(dāng)重新測(cè)定。 煤礦瓦斯等級(jí)鑒定方法四、煤礦瓦斯等級(jí)鑒定 測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在進(jìn)、回風(fēng)巷測(cè)風(fēng)站(包括主通風(fēng)機(jī)風(fēng)硐)內(nèi),如無(wú)測(cè)風(fēng)站,則選取斷面規(guī)整并無(wú)雜物堆積的一段平直巷道作測(cè)點(diǎn)。每一測(cè)定班應(yīng)在同一時(shí)間段選定生產(chǎn)正常時(shí)間進(jìn)行測(cè)定。 鑒定組織 鑒定

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