煤矿瓦斯抽采设计 3 矿井瓦斯赋存情况
3.1 煤层瓦斯基本参数
对于瓦斯抽放来说，煤层瓦斯基本参数包括：瓦斯风化带深度、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、瓦斯含量分布梯度、煤层透气性系数、抽放钻孔影响半径、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数等。
对于以上参数的确定，根据《AQ1027-2006煤矿瓦斯抽放规范》第5.2.2条规定：新建矿井瓦斯抽放工程设计应以批准的精查地质报告为依据，并参照邻近或条件类似生产矿井的瓦斯资料；改（扩）建及生产矿井应以本矿地质、瓦斯资料为依据。
因此，对于新建矿井，瓦斯基本参数可以参考邻近矿井或条件类似的生产矿井，但在揭露煤层后必须重新确定，瓦斯抽放设计做相应调整；对于改（扩）建矿井及生产矿井，瓦斯基本参数应以本矿资料为依据。 3.1.1 煤层瓦斯含量
煤层瓦斯含量是单位质量煤中所含的瓦斯体积（换算为标准状态），单位是m3/t或mL/g。煤层瓦斯含量也可用单位质量纯煤（去掉煤中水分和灰分）的瓦斯体积表示，单位是m3/t.r。取得煤层的瓦斯含量可以通过如下几种途径：
1．地勘解吸法 2．井下解吸法 3．间接法
根据《郑州市大峪沟矿务局三号井改扩建矿井基本参数测定和瓦斯涌出量预测报告》(2009年)知，矿井实测各点的瓦斯含量如表3-1所示。 3.1.2 煤层透气性系数
煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志，是煤层对于瓦斯流动的阻力，通常用透气性系数表示。透气性系数越大，瓦斯在煤层中流动越容易，透气性系数?在我国普遍用地单位m2/MPa2·d。其物理意义是1m长的煤体，当压力平方差是1MPa2时，通过1m2的煤层断面，每日流过的瓦斯立方米数。1m2/MPa2·d相当于0.025毫达西。本矿井二1煤层各测点的透气系数为0.0127~0.117 m2/MPa2.d，煤层处于可以抽采和较难抽采之间。
3.1.3 钻孔瓦斯流量衰减系数
钻孔自然初始瓦斯涌出强度q0和钻孔自然瓦斯流量衰减系数α是表征钻孔自然瓦斯涌出特征的参数。q0和α值要通过测定不同时间的钻孔自然瓦斯涌出量进行计算求
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煤矿瓦斯抽采设计
得。具体测定方法为：选择新鲜暴露煤壁，沿煤层打一个孔径50～89mm，长30～40m的钻孔，封孔后定期测量钻孔自然瓦斯流量qt，根据不同自排时间下的钻孔自然瓦斯流量测定数组（ti,
qi），按公式回归qt?q0e??t分析求出q0和α。本矿井二1煤层钻孔流量
衰减系数分别为1.92 d-1和1.97 d-1，远远超出较难抽采的上限0.05d-1，百米钻孔极限流量为37.9 m3，总体来看，本矿二1煤层钻孔瓦斯流量衰减很快，属于较难抽采煤层。
表3-1 华泰煤矿瓦斯基本参数测定成果表
Tab.3-1 The determination results table of basic parameter of gas in Hua Tai coal mine
测点 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
测点位置
1105上顺槽320m处 1105上顺槽245m处 1105下顺槽200m处 11采区二车场处 1109下顺槽210m处 1109上顺槽170m处 1109下顺槽285m处 1109下顺槽310m处 1109下顺槽265m处
1109切眼15m处采区外方向14m 1109切眼开口后退94m 1109上顺槽470m 1109下顺槽切眼后114m 上仓皮带巷测压点 11采区一车场揭煤处 上仓皮带巷7#测压孔 主井检修联络巷距开口30m 东翼运输大巷末端窝头
采样水平标高 +5m +5m -10m -47m -10m +5m -10m -10m -10m -9.5m -10m +5m -10m -80m -60m -80m -100m -116m
工业分析
水 分（%） 0.61 0.47 0.35 0.45 0.47 0.48 0.48 0.84 0.43 0.48 0.77 0.73 1.13 0.58 0.63 0.14 1.06 0.48
灰 分（%） 40.03 30.37 17.7 20.24 16.79 16.88 14.13 44.26 15.21 16.38 30.04 29.3 43.81 29.07 14.23 14.6 12.17 14.36
挥发份（%） 12.47 7.26 5.87 5.41 5.81 5.22 5.19 9.18 6.27 6.16 7.74 7.6 11.33 9.62 3.82 4.41 3.67 4.87
瓦斯含量（m3/t） 3.08 5.92 4.84 6.94 6.48 7.05 6.51 5.06 7.17 7.94 6.79 3.62 4.26 4.85 8.19 6.07 8.01 8.21
3.2 矿井瓦斯储量
根据《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》第3.0.1条规定，矿井瓦斯储量应为矿井可采煤层的瓦斯储量、受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层及围岩瓦斯储量之和。可按下式计算：
W?Wl?W2?W3
（3-1）
式中：W——矿井瓦斯储量，Mm3；
W1——可采煤层的瓦斯储量，Mm3；
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煤矿瓦斯抽采设计
W2——受采动影响后，向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量，Mm3；由于本
矿井只开采一层煤，这里不考虑临近层的瓦斯储量；
W3——受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3。
nWl=∑Ai=1liX1i （3-2）
式中：Ali——矿井可采煤层i的地质储量，为3319.40Mt
X1i——矿井可采煤层i的平均瓦斯含量，取8m3/t； n——矿井的可采煤层数；
nW2=∑Ai=12iX2i （3-3）
式中：A2i——受采动影响后，向开采空间排放的不可采煤层的地质储量，Mt；
X2i——受采动影响后能够向开采空间排放的不可采煤层的瓦斯含量，m3/t； n——矿井可采煤层采动影响范围内的不可采煤层数；
当围岩瓦斯很小时，W3=0；若含瓦斯量多时，W3可实测或按下式计算:
W3?K(W1?W2) （3-4）
式中：K——围岩瓦斯储量系数，一般取K＝0.05~0.20；这里K取0.1。
计算可得，W=3319.40×8+3319.40×8×0.1=29210.7万m3。 3.3 矿井瓦斯涌出量预测
现有的矿井瓦斯涌出量预测方法可概括为两大类，一是矿山统计法，另一是根据煤层瓦斯含量进行预测的分源预测法。
华泰煤矿属于技改矿井，所采二1煤属于初采阶段，对于矿井瓦斯预测不宜采用矿山统计法。因此，根据国家2009年发布的行业标准《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》(GB50471 - 2008)，并鉴于华泰煤矿煤矿瓦斯地质工作的实际情况，决定使用分源预测法进行矿井瓦斯涌出量的预测。
1．回采工作面瓦斯涌出量
煤层回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达，以24h为一个预测圆班，采用下式计算。
q采=q1+q2
（3-5）
式中：q采——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；
q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3/t； q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；
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煤矿瓦斯抽采设计
（1）其中开采层瓦斯涌出量q1按下式进行计算。
q1?K1?K2?K3?mM(W0?WC)
（3-6）
式中：q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；
K1——围岩瓦斯涌出系数；K1值选取范围为1.1～1.3；全部陷落发管理顶板，碳质
组分较多的围岩，K1取1.3；局部充填法管理顶板K1取1.2； 全部充填发管理顶板K1取1.1；沙质泥岩等致密性围岩K1取值可能偏小；本矿取1.1；
K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算；取K3——采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数；
1/0.93=1.08；
采用长壁后退式回采时，K3按下式计算。
K3=（L?2h）/L （3-7）
式中：L——工作面长度，为120m；
h——掘进巷道预排等值宽度，取12m，参照AQ1018-2006标准表D.1; m——开采层厚度，为4.62m；
M——工作面采高，取开采 煤层厚度2m； W0——煤层原始瓦斯含量，为8m3/t；
Wc——煤的残存瓦斯含量，取3m3/t，参照AQ1018-2006标准附录C。 （2）本矿井只有一层煤进行开采，所以不考虑邻近层瓦斯涌出量。 经计算可得，q采=10.98 m3/t。 2．掘进工作面瓦斯涌出量
掘进工作面瓦斯涌出量预测用绝对瓦斯涌出量表达，如下式。
q掘=q3+q4
(3-8)
式中：q掘——掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；
q3——掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3/min； q4——掘进工作面落煤绝对瓦斯涌出量，m3/min。
（1）其中掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量按下式计算：
q3?D?v?q0?(2Lv?1) (3-9)
式中：q3——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/t；
D——巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中煤层，D=2m0，m0为开
采层厚度；对于厚煤层，D=2h+b，h跟b分别为巷道的高度及宽度，这里D取6.4；
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煤矿瓦斯抽采设计
v——巷道平均掘进速度，m/min；按v=0.004m/min选取； L——巷道长度，为340m；
q0——煤壁瓦斯涌出强度，m
3
/(m2·min)，参考下式计算。
r2?q0?0.026??0.0004(V)?0.16??W0 (3-10)
式中：q0——巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，m3/(m2?min)；
Vr——煤中挥发分含量，%，取6.7； W0——煤层原始瓦斯含量，为8m3/t。
（2）其中掘进巷道落落煤的瓦斯涌出量采用下式计算
q4?S?v???(W0?Wc)
(3-11)
式中：q4——掘进巷道落煤的瓦斯涌出量，m3/min；
S——掘进巷道断面积，为4.8m2； ——煤的密度，t/m3；取1.6；
v——巷道平均掘进速度，m/min，按v=0.004m/min选取；
?W0——煤层原始瓦斯含量，m3/t；同上；
Wc——运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3/t ；同上。 经计算可得，q掘=0.69+0.25=0.94m3/min。 3．生产采区瓦斯涌出量
生产采区瓦斯涌出量采用下式计算。
??K???qcaiiAi??1440?qjuei?1?i?1?A0nnqqu? (3-12)
式中：qqu——生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；
K?——生产采区内采空区瓦斯涌出系数；考虑各区域瓦斯涌出的不均衡性，利用
分源预测法预测的各区域的瓦斯涌出量需乘瓦斯涌出不均衡系数Kn。瓦斯涌出不均衡系数为该区域内最高瓦斯涌出量与平均瓦斯涌出量的比值。回采工作面或掘进工作面瓦斯涌出不均衡系数取Kn井或采区瓦斯涌出不均衡系数取Knqcaii——第Ai——第qjueA0?1.2~1.5或实际计算值。矿
1.1；
?1.1~1.3或实际计算值。本设计取
i个回采工作面相对瓦斯涌出量，为 m3/t；
i个回采工作面的日产量，t，为2.0*120*4.62*1.6*0.93=1650.0；
——第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，为m3/min；
——生产采区平均日产量，为600000/330=1818t。
经计算可得，qqu=11.70 m3/t。 4．矿井瓦斯涌出量
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