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荆宝煤业30302综采工作面抽采可行性研究

2023-07-27 73 上传者：管理员

摘要：荆宝煤业有限公司为高瓦斯矿井，现已建立瓦斯抽采系统，由于现在浅部开采低瓦斯区域，特此针对30302综采工作面瓦斯赋存及涌出特点，评估其工作面通风能力是否能在不采取本煤层预抽的情况下可以用风排解决工作面瓦斯涌出问题，进一步分析30302综采工作面抽采必要性，为提高煤矿企业的经济效益和社会效益提供重要的理论基础。

关键词：
《煤矿安全规程》
可行性研究
涌出量预测
瓦斯赋存
综合机械化
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《煤矿安全规程》第一百四十五条、《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ 1027-2006）及《煤矿瓦斯抽采达标规定》第七条均规定了建立瓦斯抽放系统的条件。虽然2011年荆宝煤矿被鉴定为高瓦斯矿井，但是在实际中现开采的工作面属于矿井的浅部区域,瓦斯含量很小，达不到建立抽采系统的条件，通过对井下相关参数进行测定，根据数据计算以及对瓦斯涌出及赋存情况进行分析，对30302工作面进行通风能力验证，在不采取本煤层预抽的情况下可以用风排解决工作面瓦斯涌出问题。对于高瓦斯矿井来说，瓦斯抽采相关费用可以占到矿井安全费用的50%以上,在低瓦斯区域没有达到抽采条件的，消耗了人力、物力、财力，造成了巨大的浪费。而高瓦斯矿井在建立了瓦斯抽放系统服务完高瓦斯区域之后，在安全生产的前提下，在不满足瓦斯抽放的低瓦斯区域是否要进行抽采关系到企业切身利益。所以,在分析研判建立在安全无风险的情况下，对工作面不进行本煤层瓦斯预抽是可行的。因此，科学的研判高瓦斯矿井低瓦斯区域有无瓦斯抽放必要性尤为重要。

1、30302综采工作面概况及瓦斯情况

(1）工作面概况

30302回采工作面开采煤层为3#煤层，赋存于山西组中下部地层中。煤层平均厚度为5.62 m，煤层厚度稳定，为较简单结构煤层。工作面采用走向长壁布置、后退开采方式，采用综合机械化放顶煤开采工艺。

(2）煤层瓦斯含量

煤层瓦斯含量是指单位质量煤体所含有瓦斯的体积（换算成标准状态），常用m3/t或m L/g作为单位。生产矿井煤层瓦斯普遍采用间接法或直接法测定。本次采用直接法测定煤层瓦斯含量。瓦斯解吸速度测定仪与密封罐示意图如图1所示。

利用该方法在荆宝煤业30302综采工作面回风顺槽距切眼15 m处、30302综采工作面运输顺槽100 m处和30302综采工作面回风顺槽70 m处通过打钻取样、井下解吸，煤层瓦斯损失量计算如图2所示。

图1瓦斯解吸速度测定仪与密封罐示意图

图2 30302工作面瓦斯损失量计算图

(3）煤层瓦斯含量测定结果

依据荆宝煤业有限公司在30302综采工作面测定的瓦斯含量数据，30302综采工作面回风顺槽距切眼15 m处、30302综采工作面运输顺槽100 m处和30302综采工作面回风顺槽70 m处，现场解吸瓦斯含量，计算出损失量，实验室测定残存瓦斯含量，结果如表1所示。

表1瓦斯含量测定参数结果

注：回风顺槽15 m处埋深较浅，属于瓦斯分化带，该点所测残存量不具备参考价值

根据以上计算结果可知，30302综采工作面回风顺槽70 m处为该区域埋深最大的位置，测得的瓦斯含量结果为3.34 m3/t，根据瓦斯赋存规律，该含量可以代表30302综采工作面瓦斯含量的最大值进行涌出量的计算。

2、30302综采工作面瓦斯涌出量预测

2.1预测方法的选择及预测条件

由于荆宝煤业3#煤层采用长壁综采放顶煤采煤法，因此具体预测方法采用NB/T 10364-2019《综合机械化放顶煤工作面瓦斯涌出量预测方法》，具体矿井瓦斯涌出构成关系如图3所示。

图3综合机械化放顶煤工作面瓦斯涌出量构成关系图

2.2 30302工作面瓦斯涌出量预测

瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达，以24 h为一个预测单元，回采工作面瓦斯涌出量

式中q1———开采层瓦斯涌出量，m3/t;

q2———放煤相对瓦斯涌出量，m3/t;

q3———采空区相对瓦斯涌出量，m3/t;

q4———邻近层瓦斯涌出量，m3/t。

(1）开采层瓦斯涌出量

式中K1———围岩瓦斯涌出系数，取值范围为1.1～1.3：全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩，取K1=1.3;

K2———采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，取K2=0.82;

Kfi———分层开采第i分层瓦斯涌出影响系数，取决于煤层分层数量和顺序，若无分层开采取Kfi=1;

m1———截煤高度，m1=2.8 m;

M———开采煤层厚度，当采用分层放顶煤开采时为分段高度，M=5.62 m;

W0———回采前煤体瓦斯含量，取W0=3.34 m3/t;

Wc———运出矿井后煤的残存瓦斯含量，取Wc=2.24 m3/t。

(1)采用长壁后退式回采时

式中L———工作面长度，取L=159 m;

h———巷道预排瓦斯等值宽度，无实测值时取h=14.2 m。

(2)采用长壁前进式回采时，如上部相邻工作面已采，则K2=1；上部相邻工作面未采，则

式中b———巷道宽度，m。

由式（1）～式（4）可得30302工作面截煤瓦斯涌出量预测结果如表2所示。

表2工作面截煤瓦斯涌出量预测结果

(2）放煤相对瓦斯涌出量

式中K3———放落煤体破碎度对放顶煤瓦斯涌出影响系数，无实测值时可参照表3选取，取K3=0.80;

m2———放顶煤高度，取m2=2.82 m。

表3放落煤体破碎度对放顶煤瓦斯涌出影响系数K3值

由式（5）可以得到30302工作面放煤瓦斯涌出量预测结果如表4所示。

表4工作面放煤瓦斯涌出量预测结果

(3）工作面采空区相对瓦斯涌出量

工作面采空区（遗留煤）瓦斯涌出量预测结果如表5所示。

表5工作面采空区（遗留煤）瓦斯涌出量预测结果

注：K4.留煤瓦斯涌出不均衡系数K5.综放工作面平均回采率Kj.机采回采率Kf.放顶煤回采率

(4）邻近层相对瓦斯涌出量

式中mi———第i个邻近层煤层厚度，m;

ηi———第i个邻近层瓦斯排放率，%；

W0i———第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，无实测值可参照开采层选取，m3/t;

Wci———第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，无实测值可参照开采层选取，m3/t。

当邻近层位于垮落带中时，当采高小于4.5 m时，邻近层受采动影响瓦斯排放率

式中hi———第i邻近层与开采层垂直距离，m;

hp———受采动影响顶、底板岩层形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压瓦斯的岩层破坏范围，m。

邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线如图4所示。

图4邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线

1.上邻近层2.缓倾斜煤层的下邻近层3.倾斜、急倾斜煤层的下邻近层

当采高大于4.5 m时

3#煤层30302工作面回采过程中，可向该煤层区域涌出瓦斯的邻近层有1#、2#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、12#、13#、14#、15-1#、15-2#、15-3#。由于9#、10#、12#、13#、14#、15-1#、15-2#、15-3#煤层距离3#煤层大于50 m，故不考虑其瓦斯涌出量。所以，影响3#煤层的邻近层主要有上邻近层1#、2#，下邻近层4#、5#、6#、7#、8#煤层。由于工作面采高大于4.5 m，邻近层受采动影响瓦斯排放率可参考式（8）计算。3#煤层30302工作面回采时邻近层瓦斯涌出量计算结果如表6所示。

表6 3#煤层邻近层瓦斯涌出量预测结果

回采工作面瓦斯涌出量预测：将本煤层与邻近层瓦斯涌出量进行汇总，得出回采工作面的瓦斯涌出量预测结果，如表7所示。

表7回采工作面瓦斯涌出量预测结果

3、瓦斯抽采可行性及必要性分析

3.1通风治理瓦斯能力分析

综采工作面实行瓦斯抽采的必要性判断标准：工作面设计风量小于稀释瓦斯所需要的风量，瓦斯抽采才是必要的。综采工作面供风量

式中Q———综采工作面瓦斯涌出量，m3/min;

K———瓦斯涌出不均衡系数，取K=1.5;

C———采掘工作面允许的瓦斯浓度，取C=0.8%。

经计算可知，30202综采工作面预测瓦斯涌出量为4.10 m3/min，需要风量为769 m3/min。根据工作面风量分配需风量为1 181 m3/min。由此可知，瓦斯可以通过风排解决。

3.2回采工作面瓦斯抽放必要性分析

根据上述分析，30302回采工作面达不到抽放条件，可以不进行本煤层瓦斯预抽工作，原因如下：

(1)30302回采工作面最大瓦斯涌出量预测结果为4.10 m3/min，小于5 m3/min。

(2)30202综采工作面预测瓦斯涌出量为4.10m3/min，需要风量为769 m3/min。根据30202工作面风量分配需风量为1 181 m3/min。所以，综合判断：对于30302回采工作面，可以采用调节工作面供风等手段治理瓦斯，通风能力能够满足工作面治理瓦斯的需要。

4、结语

根据对荆宝煤业3#煤层30302回采工作面瓦斯涌出量预测分析，30302回采工作面回采期间，工作面最大瓦斯涌出量预测结果为4.10 m3/min，小于5 m3/min,30202综采工作面预测瓦斯涌出量为4.10m3/min，需要风量为769 m3/min。根据30202工作面风量分配需风量为1 181 m3/min。因此，对于30302回采工作面，可以采用调节工作面供风方式治理瓦斯，通风能力能够满足工作面治理瓦斯的需要。

因30302回采工作面瓦斯涌出量预测值小于需要抽采瓦斯规定的指标（5 m3/min），通过通风方法能够解决30302工作面的瓦斯治理问题，因此，在无瓦斯异常涌出的区域内，30302工作面回采时不需要进行本煤层预抽瓦斯，可以进行正常回采，无需采取本煤层预抽瓦斯措施对30302回采工作面进行瓦斯治理。

参考文献：

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文章来源：牛志刚,邓强.荆宝煤业30302综采工作面抽采可行性研究[J].煤矿机械,2023,44(08):89-92.