q?= Kw·qc +q7-6+q8-6+ q9-6+ q11-6 =8.2+1.83+9.2+23.7+3.4+1.5
3
=47.83 m/t
3
6号层回采时,瓦斯涌出量为47.83 m/t。
(2) 有邻近层的回采瓦斯涌出量计算之二:
q?= qb +qn
3
式中:q? ——开采层的瓦斯涌出量,m/t;
3
qb ——开采层本层瓦斯涌出量,m/t,其计算公式见(1-39)。
3
qn ——邻近层瓦斯涌出量,m/t,其计算公式见(1-40)。
qb?KwKdKzKsqn??mWh (1-39) m0mibiKsWi (1-40) m0100;
100?CL?2h (1-41) L式中:Kw——围岩瓦斯涌出系数,一般取1.2;
Kd——丢煤损失系数,Kd?C——损失率,%;
Kz——掘进回采巷道瓦斯预排系数;其计算见公式(1-41)
Kz?L——工作面长度,m;
h——掘进预排宽度,无烟煤、贫煤取10m,瘦煤、焦煤取14m;其它煤种取18m;
Ks——瓦斯涌出程度系数,一般取0.8(运到地表的煤中还残存一部分瓦斯,这部分残余量约
占沼气含量的20%); m——开采层厚度,m; m0——开采分层厚度,m;
3
Wb——本煤层瓦斯含量,m/t; mi——邻近煤层厚度,m;
bi——邻近煤层瓦斯涌出程度系数,其计算见公式(1-42)
bi?3
(Wi?Wci)Li (1-42)
Wi?L式中:Wi——第i邻近层瓦斯含量,m/t;
3
Wci——i邻近层残余瓦斯含量,m/t;
Li——i邻近层瓦斯排放带宽度,m;其计算见公式(1-43)。
Li?2Hi?L (1-43) tg?式中:Hi——第I煤层与开采层的间距,m; δ——卸压角,(?),按表1-19选取;
L——回采工作面长度,m;
表1-19 开采层沿倾斜的卸压角 煤层倾角 (?) 0 10 20 30 40 卸压角 (?) δ1 80 77 73 69 65 δ2 80 83 87 90 90 δ3 75 75 75 77 80 δ4 75 75 75 70 70 最大下沉角 δ (?) 90 83 86 70 65
50 60 70 80 90 卸压角范围见图1-10。 70 72 72 73 75 90 90 90 90 80 80 80 80 78 75 70 70 72 75 80 56 48 36 22 0 |Γ2|Γ4|Γ1|Γ3|Α开|Β图1-10 沿倾斜卸压角示意图采层(3) 中厚、厚煤层分层开采时的回采瓦斯涌出量计算:
qf?(1?n)(Wh?Wc)(1?3
m1?1)?[M(Wh?W1)?Z(Wb?Wz)] (1-44) m?式中:q?——回采瓦斯涌出量,m/t;
3
Wh——回采的自然分层中煤的瓦斯含量,m/t;
3
Wc——煤运至地面残余瓦斯含量,m/t;
3
W1——煤柱内剩余的瓦斯量,m/t;
3
W2——未采的自然分层中剩余的瓦斯量,m/t; m——回采的自然分层厚度,m;
3
γ——回采的自然分层煤的容重,t/m; m1——未采的自然分层厚度,m;
3
γ1——未采的自然分层煤的容重,t/m;
n——围岩中涌出的瓦斯量占采煤中涌出的瓦斯量的比值系数; 全部充填管理顶板时取0.1; 局部充填管理顶板时取0.15; 全部冒落管理顶板时取0.2; M——煤柱煤量占采区煤量比,%; Z——采空区残煤占采区煤量比,%;
3
[例] 某矿单一煤层长壁式工作面,煤厚8m,分层采高2m,全部冒落管理顶板,预计瓦斯含量20 m/t,求回采期间吨煤瓦斯涌出量?
33
已知:围岩瓦斯涌出系数n =20%;煤中残存瓦斯量Wc=8 m/t; 煤柱内剩余的瓦斯量W1=12m/t;未采
3
的自然分层中剩余的瓦斯量W2=10m/t;煤柱煤量占采区煤量比M=20%;采空区残煤占采区煤量比Z=5%;煤
3
的容重γ=γ1=1.4 t/m。
由公式得:
qf?(1?0.2)(20?8)(1?2. 掘进瓦斯涌出量
掘进工作面瓦斯涌出量按下式计算:
6?1.4)?0.2(20?12)?0.05(20?10)?59.7m3/t 2?1.43
则该工作面预计瓦斯涌出量为59.7 m/t。
1) 计算式1:
qj?qm?qL (1-45)
qm?n?m?V?qv(2L0/v?1) (1-46) qL?s?V??(Wh?Wc) (1-47)
式中: qj——掘进工作面瓦斯涌出量,m/min;
3
qm——掘进煤壁瓦斯涌出量,m/min;其计算公式见1-46
3
qL——落煤瓦斯涌出量,m/min;其计算公式见1-47 n——暴露煤面个数,单巷掘进时n=2; m——煤层厚度,m;
V——平均掘进速度,m/min;
32
qv——煤壁瓦斯涌出初速度,m/m·min(无实测数据时可参照公式1-48)取值);
3
qv?0.026[0.0004(Vr)2?0.16]?Wh (1-48)
V——煤的挥发分,%;
3
Wh——煤层瓦斯含量,m/t;
L0——巷道瓦斯涌出量达到最大稳定值时的巷道长度,m;
2
S——掘进端头见煤面积,m;
3
γ——煤的容重,t/m;
3
Wc——煤层残存瓦斯量,m/t。
[例]淮南潘一矿13-1煤层普掘工作面,有关参数为:n=2、m=4.97m、 V=0.00347 m/min、L0=800m、r3323
V=38.67%、Wh=8.18 m/t、 Wc=3.5 m/t、S=8 m、 γ=1.4 t/m,求掘进面瓦斯涌出量?
解: qm?n?m?V?qv(2L0/v?1)
r
?2?4.97?0.00347?0.161?2800/0.00347?1?5.32m3/minqv?0.026[0.0004(Vr)2?0.16]?Wh2??
?0.026[0.0004?(38.67)?0.16]?8.18
?0.161m3/minq?s?V??(Wh?Wc)
L?8?0.00347?1.4(8.18?3.5)
?0.18m3/min3q?q?q?5.32?0.18?5.50m/minmL j则该煤层掘进工作面预计瓦斯涌出量为5.50m3/min。
2) 计算式2: 对于单巷: qj?4mvc1t对于双巷: qj?8mvc2t0.50.5?bmv(Wh?Wc) (1-49) ?m(Wh?Wc)[v(b1?b2)?v1b1] (1-50)
式中 m——煤层厚度,m;
V——巷道的掘进速度,m/d; t——巷道掘进时间,d; b——单巷宽度,m;
b1、b2——分别为双巷主巷和副巷的宽度,m;
3
Wh、WC——分别为煤层的原始瓦斯含量与残余瓦斯含量,m/t; V1、b1——分别为联络巷的掘进速度与宽度,m/d,m;
320.50.5
C1——单巷的瓦斯涌出量特性系数,m/m·d或m/d;
0.5
C2——双巷的瓦斯涌出量特性系数, m/d;
3
qj——单巷或双巷掘进工作面瓦斯涌出量,m/d;
煤壁暴露面的瓦斯涌出随着暴露时间的延长而逐减,当达到一定时间t1时,它就接近于零,这个时间T1定义为排放瓦斯极限期,一般为6~12个月,当巷道掘进时间t>T1时,则
0.5单巷 qj?4mvc1T1 (1-51) 0.5双巷 qj?8mvc2T1 (1-52)
如果巷道在掘进中有停掘期,则应分段计算,以上计算适用于巷道周围瓦斯地质条件相同,煤厚不超过巷高两倍和掘进速度变化不大的条件下。
瓦斯涌出特性系数可以按下列方法直接从掘进巷道中测得。在图1-11所示断面①②③三处,同时测定巷道风流中的瓦斯平均浓度与风量,进而算出瓦斯涌出量,即求得qj①、qj②、qj③,然后求出瓦斯涌出特性系数的平均值作为该巷的C值。
qj①-qj②?4mvc1(t1?t2) (1-53) qj②-qj③?4mvc1(t2?t3) (1-54)
式中qj①、qj②、qj③已测得,t1、t2、t3为各测点的暴露时间和m、v等均为已知,未知数C1即可解
出,C2的求法类似可求出。
3. 采空区瓦斯涌出量
采空区瓦斯涌出量可参照下式计算:
qk?K(qc?qj) (1-55)
式中: qk——采空区瓦斯涌出量,m/t
K——采空区瓦斯涌出系数,一般为0.15~0.25;
3
qc——采出煤的瓦斯涌出量,m/t;
3
qj——掘进煤的瓦斯涌出量,m/t。
(二) 采区瓦斯涌出量
3
采区瓦斯涌出量由下式计算:
qa??q??qfj?qkA3
(1-56)
式中 qa——采区瓦斯涌出量,m/t
3
Σqf——采区采煤工作面瓦斯涌出量总和,m/d
3
Σqj——采区掘进工作面瓦斯涌出量总和,m/d
3
qk——采区采空区瓦斯涌出量,m/d; A——采区日产煤量,t/d。 A——采区日产煤量,t/d
(三) 矿井瓦斯涌出量
矿井瓦斯涌出量可采用矿山统计法或根据前述煤层瓦斯含量计算确定。 1. 矿山统计法 1) 线性方程计算法
根据矿井不同生产水平的实测相对瓦斯涌出量,用作图或数理统计分别找出矿井及采区,回采工作面的瓦斯涌出量与开采深度的函数关系,通常可用线性方程表示:
qh=aH+b (1-57) 3
式中 qh ——瓦斯涌出量,m/t;
a、b——常数;
H——矿井、采区或回采工作面的平均采深,m。
2) 统计法
当矿井的风量比较均衡正常时,其平均瓦斯涌出量的计算为: (1) 月平均瓦斯涌出量:
qk?1440T(Q1C1?Q2C2????QnCn) (1-58)
nA3
式中qk——矿井月平均瓦斯涌出量,m/t;
T——该月中的天数,d
3
Q1~n——进行测风时的回风量,m/min n——测定次数 A——采煤量,t/月 (2)某一时期的瓦斯涌出量
在某一时期内平均瓦斯涌出量,如年、月测定的结果:
qk?q1A1?q2A2????qnAn (1-59)
A1?A2???An3
式中qk——某一段时间内,矿井的平均瓦斯涌出量,m/t;
3
q1~n——按月计算的矿井瓦斯涌出量,m/t; A1~n——按月计算的采煤量,t/月。 (3)根据瓦斯梯度计算
q?(H?H0)?2 (1-60) a3
式中 q——H深度的瓦斯涌出量, m/t; H——开采深度,m;
H0——瓦斯风化带深度,m;
3
a——瓦斯梯度数,m/t·m。瓦斯梯度按下式计算:
a?(H?H(q?q0)n0)n (1-61)
3
式中 q0——瓦斯风化带内瓦斯涌出量,一般取q0=2 m/t或查表; n——梯度指数,在现代开采条件下等于1; 其余符号意义同前。
按上式可求出不同深度的瓦斯涌出量,但应注意以下三个问题:
A.开采方法的变化影响瓦斯涌出量,因此开采方法不变时统计法比较容易做,在有变化时,预测深部瓦斯要做适当修正。
B.当地质条件没有大变化时,统计法可以比较切合实际的估算深部瓦斯大小,如果有较大的断层、褶曲,就不宜应用。
C.根据已有理论及其他煤田的实际资料表明,瓦斯不是随着开采的延深而无限增加,因此应用时应注意梯度指数的变化。
2.计算法
按前述公式根据煤层瓦斯含量计算出回采、掘进工作面及采空区瓦斯涌出量后,按下式计算矿井瓦斯涌出量:
qk?i?1?qainN1??qkjN23 (1-62)
;
33式中 qk——矿井瓦斯涌出量,m/t?q ?q
ai——各采区瓦斯涌出量的总和,m/t;
(岩石巷道qkj?0),m/t; kj——矿井开拓巷道掘进瓦斯涌出量总和。
N1——采区数量;
N2——同时掘进的矿井开拓巷道掘进工作面数量。
六.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,煤层透气性系数?的测算方法有径向稳定流动测算法和径向不稳定流动测算法等。
1. 径向稳定流动测算法
1)测定方法:在石门见煤前,先打两个钻孔M1、M2测定瓦斯压力,待压力平衡后,在中间打一个排瓦斯钻孔Mc。因钻孔Mc涌出瓦斯使钻孔Mc与测压钻孔M1、M2之间造成瓦斯压力变化,并测得钻孔Mc瓦斯流量Q0,将测得的数据代入下式计算透气性系数?。此法简便,用于煤层透气性较大,打完排放孔后即可明显看出p1、p2变化,不适于透气性较小的煤层。
2) 计算公式: