矿井瓦斯防治课程设计 金沙县4号煤矿
P—煤层绝对瓦斯压力，MPa；
Aad—煤的灰分，%；
Mad—煤的水分，%；
?—煤的孔隙体积，m3/t，本矿各煤层均为无烟煤，煤的孔隙体积大约为0.125m3/t；
?—煤的视密度，t/m3，本矿煤质均为无烟煤，无烟煤的视密度为1.40 ~1.70 t/m3，所以本矿
煤的视密度均取1.6t/m3；
计算结果如表2-5所示：
表2-5煤中残存瓦斯量表 煤层 a（m3/t） b（Mpa-1） C5 C6 C7 C8 C9
∴K1?K4(My?Mc)/My?72%(14.309?3.347)/14.309?0.552； ∴ K?K1*K2*K3?0.552*1.2*40%?0.2648； ∴ WC?WK*K?31879.359万m3*26.48%?8440.42万m3；
40 40 40 40 40 3 3 3 3 3 Aad（%） 22.45 24.05 10.56 17.22 18.32 平均 Mad（%） 2.90 4.19 3.69 4.96 3.78 ?（m3/t） 0.125 0.125 0.125 0.125 0.125 Wc（m3/t）?（t/m3） 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 3.707 2.961 3.606 3.112 3.321 3.347 2.3.2抽放率指标
设计瓦斯抽放率，可根据煤层瓦斯抽放方法、瓦斯涌出来源等因素综合确定；也可参照邻近生产矿井或条件类似矿井的数值选取。
抽放率指标应符合《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027－2006）第.6.3条的有关规定：
——预抽煤层瓦斯的矿井：瓦斯抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%；
——领近层和卸压瓦斯抽放的矿井：瓦斯抽出率应不小于36%，回采工作面抽出率应不小于45%； ——采用综合抽放方法的矿井：矿井抽放率应不小于30%；
——煤与瓦斯突出的矿井，预抽煤层瓦斯后，突出煤层的瓦斯含量应小于该煤层始突深度的原始煤层瓦斯含量或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa以下。
2.3.3抽放率判定
由于本矿采用预抽煤层瓦斯，属于预抽煤层瓦斯的矿井，瓦斯抽出率应不小于20%，回采工作面抽出率应不小于25%，故本矿瓦斯抽放率为20%<26.48%；故本矿的抽放系数即为瓦斯抽放率26.48%；
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第三章 瓦斯涌出量预测计算
3.1煤层瓦斯主要参数 3.1.1煤的孔隙率
本矿5层煤层，据分析计算，在自然条件下，煤层中吸附状态存在的瓦斯约占90%，而自由状态存在的瓦斯仅占10%，这说明了绝大多数瓦斯是以吸附状态存在的煤体的。
煤的孔隙率=[（0.045m3/t）/（0.69 m3/t）]*100%=6.52%
3.1.2瓦斯含量分布梯度
矿方提供的《贵州省金沙县某矿资源储量核实报告》、《金沙县某矿C5、C6煤层煤与瓦斯突出危险性鉴定报告》中未提供瓦斯压力梯度相关参数，瓦斯压力梯度根据鉴定报告中表4.2 测压钻孔参数表及结果计算得0.0039286MPa/m即为瓦斯含量分布梯度。
3.1.3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。
本矿为改扩建矿井，业主提供的储量核实报告中没有煤层瓦斯压力、瓦斯煤层透气性系数、瓦斯涌出量等相关资料
??K 2?Pn式中?—煤层透气系数，m2／(MPa2·d)
K—煤层参透率，m2，这里取0.3m达西，即3.0×10-16 m2； ?—流体的绝对黏度，Pa·s，对于甲烷?=1.1034 Pa·s；
Pn—标准状况下大气压力，0.101325 MPa 。
故煤层透气性系数为??13.42m/(MPa?d)
223.1.4瓦斯放散初速度
因没有鉴定，而且本矿按照煤与瓦斯突出矿井设计，故需设计中瓦斯放散初速度应该≥10。
3.2矿井瓦斯涌出量预测计算（采用分源预测法计算） 3.2.1回采工作面瓦斯涌出量预测计算
回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达，以24小时为一个圆班，采用式3-2-1计算：
q采?q1?q2;
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；
3.2.2开采层相对瓦斯涌出量
本矿井18、29、51、73号煤层均为中厚煤层，所以开采层相对瓦斯涌出量按照薄及中厚煤层不分层开采设计。开采层瓦斯涌出量公式见式3-2-2。
q0?K1?K2?K3?m?(W0?Wc) M
q0—开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；
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K1—围岩瓦斯涌出系数；K1值选取范围为1.1—1.3；因本矿采用全部垮落法管理顶板， 故K1取值
为1.3。
K2—工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数计算。本矿的可采煤层的工作面回采率均为95%，故取K2=100/95=1.05；
K3—采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，本矿采用走向长壁后退式采
煤法。K3的计算公式如下：
K3=（L-2h）/L； L—工作面长度，m；
h—掘进巷道预排等值宽度，m；由于M18煤层为无烟煤，煤壁的最大暴露时间为626（工作面长度）/4.8（日推进量）=130天，查AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法中的表D.1可知h取值为10.5m
∴ K3=（L-2h）/L=（626-2×10.5）/626=0.966；
m—开采层厚度，本矿一采区首采工作面为18号煤层，煤层平均厚度为2.21m； M—工作面采高，由上知采高为2.21m；
W0—煤层原始瓦斯含量，m3/t；据第二节算的煤层原始瓦斯含量为14.309m3/t； Wc—运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3/t，18号煤层的瓦斯残存瓦斯含量为3.707m3/t；
q0?1.3?1.05?0.966?2.21?(14.309?3.707)?13.980m3/t。 2.213.2.3邻近层相对瓦斯涌出量:
1－上邻近层；2－缓倾斜煤层下邻近层；3－倾斜、急倾斜煤层下邻近层。
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本矿首采面的下邻近层为18号煤层，无上邻近层，只有下邻近层。由于M18煤层与M29煤层之间的层间距为19.8～27.6m，M29煤层与与M51煤层之间的层间距为15～25m，M51煤层与M73煤层之间的层间距为98~104m，煤层倾角均为22?，为缓倾斜煤层；由上图可知，可算作首采层M18的邻近层的煤层为M29、M51；M73由于距离太远不受18号煤层的采动影响。
邻近层相对瓦斯涌出量用下式计算：
q2??(W0i?Wci)?i?1nmi??i M
式中：
q2—邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；
mi—第i个邻近层煤层厚度，m；M29煤厚1.99 、M51煤厚 1.95
M—工作面采高，2.21m；
?i—第i个邻近层瓦斯排放率，%，查AQ1018-2006矿井瓦斯涌出量预测方法中的表D.1可知：
M29可取31%、M51可取7%；
W0i—第i个邻近层煤层原始瓦斯含量； Wci—第i个邻近层煤层残存瓦斯含量；
本矿首采煤层均为C5号煤层，其下邻近层依次为C6、C7、C8、C9号，无上邻近层。则邻近层相对瓦斯涌出量见表3-1。
邻近层相对瓦斯涌出量（m3/t） 邻近层工作面煤层厚采高度M(m) mi(m) 1.99 1.95 2.21 2.21 邻近层瓦斯排放率邻近层煤层原始瓦斯含量邻近层煤层残存瓦斯含量邻近层相对瓦斯涌出量q2 (m3/t) 2.152 0.604 2.756 邻近层 与开采层垂直距离(m) ?i（%） 31 7 W0i (m3/t) 10.797 13.572 Wci(m3/t) 3.088 3.798 下邻近层 29 51 24 44 合计
由上表知本矿邻近层相对瓦斯涌出量为：2.756m3/t.
则回采工作面相对瓦斯涌出量：q采= q1 + q2=13.980+2.756=16.736m3/t。
3.2.4掘进工作面瓦斯涌出量预测计算
掘进工作面瓦斯涌出量用绝对瓦斯涌出量表示，其计算公式如：
Q掘? q3 ? q4
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；
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3.2.4.1掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量
掘进巷道煤壁瓦斯涌出量按式3-2-6计算。
q3?D?v?q0?(2L?1) vq3 —掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；
D —巷道断面内煤壁暴露面的周边长度，m；本矿为中厚煤层，D=2m0=2×2.21=4.42m； v —巷道平掘进速度，m/min；本矿掘进面推进速度为4.8m/天，即0.0033 m/min； L —巷道长度，本矿掘进巷道长度由采区巷道布置图量得为1106m；
，如无实测值可参考式(B.2)计算 q0 —煤壁瓦斯涌出强度，m3/（㎡·min）
r2 0 ? ???(B.2) 0 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，％；本矿为6.32%；
W0——煤层原始瓦斯含量，m3／t，本矿为14.309m3／t；
q0=0.026(0.004(Vr)2+0.16)W0=0.026×(0.004×0.06322+0.16)×13.148= 0.060 m3/（㎡·min）；
q?0.026[0.0004(V)?0.16]?W则q3?D?v?q0?(2L1106?1)?4.42?0.0033?0.060?(2??1)=1.014m3/min v0.00333.2.4.2掘进工作面落煤绝对瓦斯涌出量
本矿掘进巷道是在C5煤层中掘进，掘进巷道落煤的瓦斯涌出量用式3-2-7计算：
q4 ——掘进巷道落煤的瓦斯涌出量，m3/min；
S—掘进巷道断面积，本矿工作面掘进巷道断面为9.4㎡；
V—巷道平掘进速度，本矿掘进面推进速度为4.8m/天，即0.0033 m/min； γ—煤的密度，本矿1号煤层平均密度为1.5 t/m3；
W0 —煤层原始瓦斯含量，m3/t；本矿18号煤层的原始瓦斯含量为14.309m3/t； Wc—煤层残存瓦斯含量，m3/t ；本矿18号煤层的残存瓦斯含量3.707m3/t； 则q4=S×v×γ×(W0-Wc)=9.4×0.0033×1.5×（14.309-3.707）=0.493m3/min。
3.2.4.3掘进工作面绝对瓦斯涌出量
则掘进面绝对瓦斯涌出量为：Q掘= q3 + q4=1.104 +0.493=1.597 m3/min，又掘进出煤量为2.24万t/a,故有掘进面相对瓦斯涌出量为：33.943m3/t(其中，每年的工作日按330天算，掘进出煤量是2.24万t/a)。
3.2.5生产采区瓦斯涌出量预测计算
本矿设计两个采区，现在可采一采区，一采区有一个回采工作面，每个工作满面年产量为47.13万吨。生产采区瓦斯涌出量用式2-3-8表示：
q区?K'(?q采iAi?1440?q掘i)i?1i?1nnA0
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