《瓦斯分布规律及预测技术和上隅角瓦斯治理解读》由会员分享，可在线阅读，更多相关《瓦斯分布规律及预测技术和上隅角瓦斯治理解读（48页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、瓦斯分布规律及预测技术 和上隅角瓦斯治理,通风矿长：王文庆,晋城煤业集团寺河矿二号井,目 录,一、瓦斯分布规律及预测技术 1、综掘工作面瓦斯预测技术 综掘巷道煤壁瓦斯涌出测定方法 94210综掘工作面的地质概况 综掘工作面瓦斯涌出特征及规律 综掘工作面瓦斯涌出量的影响因素 2、高档机采工作面瓦斯预测技术 高档机采工作面瓦斯涌出量预测方法 高档机采工作面瓦期涌出特征及规律 二、上隅角瓦斯治理,晋城煤业集团寺河矿二号井,一、瓦斯分布规律及预测技术 、综掘工作面瓦斯预测技术,、综掘巷道煤壁瓦斯涌出测定方法 巷道煤壁瓦斯涌出规律 煤层的多孔隙、裂隙结构构成了气体流通的通道。在综掘煤巷掘进过程中，巷道周
2、围煤层中的瓦斯压力平衡状态不断遭到破坏，瓦斯压力重新分布，煤层瓦斯渗透性增加而形成卸压带。由于煤体内部到煤壁之间存在着瓦斯压力梯度，卸压带内煤体中的瓦斯在压力梯度作用下沿煤体裂隙及孔隙向巷道涌出，瓦斯涌出强度随着煤壁暴露时间的增加而降低，掘进工作面瓦斯涌出量主要取决于瓦斯源的瓦斯涌出强度。以每平方米煤壁单位时间内涌出的瓦斯量来表示煤壁瓦斯涌出强度，称为煤壁瓦斯涌出系数。 煤壁瓦斯涌出系数的大小取决于煤层的瓦斯压力、煤层的孔隙和裂隙结构、煤对瓦斯的吸附性能以及空间条件。当其他条件固定时，煤壁瓦斯涌出系数（涌出强度）是暴露时间的函数。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,测定煤壁瓦
3、斯涌出强度与暴露时间关系的方法 壁罩测定法：在巷道新暴露的煤壁上安装壁罩，开动气泵，并测定下同时间内的气泵流量、气泵气流出口中瓦斯浓度和工作面风流中瓦斯浓度，直到气泵气流出口中瓦斯浓度基本不变为止。 巷道测定法：在正常条件下连续掘进的煤巷中，沿巷道长度每隔一定的距离设置测点，当掘进机正常落煤，且同时连续装煤时，定期测定各测点的风量和瓦斯浓度，计算出各段巷道单位时间内经过各测点的瓦斯涌出量，然后根据各段巷道煤壁暴露面积来计算煤壁瓦斯涌出强度，并按巷道掘进速度求出对应各段的平均暴露时间。特点：巷道测定法应用较多，方法简单易行，而且测定时不影响生产。缺点：必须测定较多的数据进行统计分析，否则误差较大
4、。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,综掘工作面瓦斯预测技术是综掘工作面通风设计及瓦斯防治与管理的基础，它决定着巷道的断面、风机能力的选择和瓦斯灾害治理的决策等。近十年来，随着采矿技术装备的飞跃发展，我国亦涌现出了一批综合机械化采煤、综合机械化掘进为特征的高产、高效集约化矿井，部分综掘面煤巷月掘进速度达300-600m。 随着开采水平的延深，煤层瓦斯含量的增大，采掘工作面瓦斯涌出量也相应增大，采用现行的通风方式和装备仍存在瓦斯超限的问题，煤层瓦斯呈现条带状分布特征，高瓦斯带严重威胁矿井安全生产。因此掌握煤层瓦斯赋存规律和综合
5、机械化掘进工作面的煤壁、落煤瓦斯涌出特征，研究提出相应的瓦斯预测方法，为采掘供风、瓦斯治理提供可靠依据，具有重要意义。 本预测技术是通过对我矿94210综掘工作面瓦斯涌出的实测考察与分析的基础上建立起来的预测方法。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,、94210综掘工作面的地质概况 94210综掘工作面位于寺河矿二号井9#煤第4盘区，工作面走向长度790m，煤层平均厚度1.75m。煤层倾角1-11, 煤层倾角平均角度2。 、综掘工作面瓦斯涌出特征及规律 涌出特征 与炮掘工作面相比，综掘工作面在瓦斯涌出方面主要有如下几个方面的特征。 掘进速度快，绝对瓦斯涌出量增大。（由于综掘与
6、炮掘工艺不同，前者比后者掘进速度快得多，煤层瓦斯释放速度加快，而稀释的时间又不象炮掘那样充分） 瓦斯涌出的不均匀性相对减小，综掘工作面综掘工序有明显的连续性，瓦斯涌出量尽管有波动，但与炮掘工作面相比，不均匀性相对下降，不像炮掘那样大起大落，放炮时瓦斯涌出浓度较高，其它如除渣、架棚支护等工序时就明显降低。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,相对瓦斯涌出量相对减少。综掘工作面掘进速度快，落煤与运煤基本上是流水线，加之机械落煤的粒度分布均匀，赋存于煤层中的游离部分瓦斯随割下来落煤而释放出来，而存在于落煤中的吸附瓦斯未待充分解吸则随着运输机很快被运出工作面，使得煤产量增加的倍数大于瓦
7、斯涌出量增加的倍数，因此相对瓦斯涌出量相对减少，这与回采工作面的情况正好相反。 掘进面端头瓦斯量超限。由于综掘工作面机械设备较多，人员相对也多，空间小，而掘进速度加快，落煤量增加，加之落煤粒度小而均匀，绝对瓦斯涌出量相应增大。因此掘进面端头瓦斯时常超限，可达1.0%以上，这样就大大地制约了机械化水平的发挥，迫使控制割煤速度（时割时停）。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,综掘工作面瓦斯涌出规律 综掘工作面瓦斯涌出分布规律：由于风筒出口风流至工作面端头快速折返，加之掘进机等机械设备、风筒联接不规范及漏风等原因，使得风流紊流的多向性、不稳定性、瓦斯涌出的不均匀性都特别明显。受风流
8、、瓦斯来源影响，从工作面端头往外大致分3个区段，分别为折返区、风流不稳定区、风流稳定区段。第一区段是瓦斯主要来源，导风筒吹出风流至端头煤壁迅速折返，当风筒与迎头煤壁距离在8m之内时，风量集中，风速大，很快就使瓦斯稀释扩散。如大于8m时，很可能使瓦斯局部积聚；第二区段为8m风筒出风口以前，在这个范围内，风流由端头煤壁返回，加上掘进机械设备、操作人员等影响了风量通过能力，使风流极不稳定，这个范围内为暴露时间较短的新煤壁，瓦斯仍在量释放，是瓦斯的第二个来源；第三个区段则在8m以后，风流瓦斯趋于稳定，且瓦斯扩散后分布均匀，这一区段汇集了整个工作面的瓦斯，因此，瓦斯量是最大的。,晋城煤业集团寺河矿二号井
9、,、综掘工作面瓦斯预测技术,综掘工作面风流流动状态：综掘工作面的风流流动，大致分折返、不稳定、较稳定3个区段，在此基础上还夹带有次生的旋涡流，特别是在前8m范围内，风流很不稳定。通过实践表明，在风筒另一侧巷道煤帮与端头煤壁0.5m2区域形成一个三角区域，经测定，当风筒口距端头煤壁小于8m时，三角区域的最小风速为0.2m/s，没有积存瓦斯的可能性，当风筒口距端头煤壁距离大于8m时，很可能出现无风区。 、综掘工作面瓦斯涌出量的影响因素 瓦斯涌出量与综掘工艺的关系：综掘工作面瓦斯涌出量随生产工艺变化波动较大，一般在割煤时要比其他工序瓦斯涌出量大得多，并且割煤速度越快，瓦斯涌出量也越大；割煤时间越长，
10、瓦斯涌出量持续的峰值也就越长。而间歇割煤和其他工序时的瓦斯涌出量小，涌出量均匀。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,瓦斯涌出量与地质构造的关系：综掘工作面瓦斯涌出受地质构造的影响，在推进方向上波动变化较大，由于煤层中存在的褶曲、断层等地质构造使得煤层中的瓦斯分布具有明显的不均衡性。一般情况下，开放性的断裂构造有利于煤层瓦斯排放，因而在这类断层附近区域的煤层瓦斯含量及涌出量较同标高正常区域的瓦斯含量及涌出量低，而对于封闭性断裂构造的情况则恰好相反，由于瓦斯在生成过程中具有良好的保存条件，因而封闭性断层附近煤层瓦斯含量比其他地点煤层瓦斯含量大。褶曲构造也存在着这种效应，即背斜轴部
11、附近瓦斯含量较大，其涌出量也较大。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,瓦斯涌出量与煤层厚度的关系：在煤层产状比较稳定的情况下，综掘工作面瓦斯涌出比较均衡，但当煤层产状发生显著变化时其瓦斯涌出量也发生相应的变化。在煤层产状的诸多因素中尤以煤层厚度的变化对瓦斯涌出影响最为显著。在实际考察中，综掘工作面沿走向推进过程中，当煤层由1.5m变厚到2.1m时，工作面瓦斯涌出明显增大，平均瓦斯浓度由0.3%增大到0.5%。 瓦斯涌出量与掘进断面的关系：综掘工作面的断面受其设备和开采工艺的影响变化不是很大，一般回风巷断面比运输巷断面稍大一点，虽然瓦期涌出量随着煤壁暴露面积的增大而增加，但由于
12、瓦斯涌出量还受其所处工作地点煤层赋存深度的影响，回风巷一般都处在运输巷的浅部，因此回风巷的瓦斯涌出量与同一工作面的运输巷瓦斯涌出量相比，差异并不明显。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,瓦斯涌出量与掘进速度的关系：综掘工作面实际考察表明，综掘工作面瓦斯涌出量与掘进速度的平方根成正比，即掘进速度越快时，瓦斯涌出量就大。由于掘进机割煤连续作业，新鲜煤壁暴露的面积不断加大，落煤粒度小、均匀且量大，赋存于煤层中瓦斯的游离部分迅速地涌入到工作面，吸附部分的少量瓦斯得到解吸涌入工作面。使得工作面瓦斯涌出在短时间内迅速增大，由于瓦斯涌出增大，往往给综掘工作面带来潜在危险，迫使控制掘进速度，
13、限制瓦斯大量涌入综掘工作面。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、综掘工作面瓦斯预测技术,综掘工作面瓦斯涌出来源 综掘工作面煤巷瓦斯涌出来源主要由煤壁瓦斯和落煤瓦斯两部分构成。一般情况下，从岩石中涌出的瓦斯量很少，可忽略不计。 随着矿井机械化程度的提高，综合掘进机在煤巷掘进中的使用日趋广泛，它具有推进速度快、劳动强度低等优点。综掘工作面瓦斯涌出量的大小，除取决于涌出体的瓦斯含量和渗透条件外，还与其存在的时间和空间有关。综掘机具有机械落煤、装煤、运煤连续等特点，这样就给综掘面带来了一些不同于炮掘工作面的瓦斯涌出特征，煤壁的平均暴露时间短，瓦斯涌出量相对大。另外，机械落煤的瓦斯涌出也不同于放炮落煤那样在瞬
14、间内一次全部涌出采掘空间，而是随综掘机的连续落煤，在连续运行的链板、皮带运输机上连续不断地涌向工作面，其涌出量的大小不仅仅取决于综掘机的生产能力、煤层的原始瓦斯含量及煤层透气性，还与链板机的运煤速度及煤巷的长度有关。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、高档机采工作面瓦斯预测技术,1、高档机采工作面瓦斯涌出量预测方法 分源预测法 传统分源预测法：在开采机械化程度低，推井速度小，采面受推进速度影响较小，没有把推进速度作为采面涌出量的影响因素来考虑，同时该预测方法中把采落煤的残存量取值为运出矿井时的瓦斯残存量，是一个不变值。其预测的瓦斯涌出量包括开采层瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。 开采层瓦斯涌出预测 1）煤
15、壁瓦斯涌出量预测。 2）采落煤块瓦斯涌出量预测。 3）开采层瓦斯涌出量预测。 邻近层瓦斯涌出量预测：煤层开采前，围岩应力处于平衡状态。煤层开采过程中，围岩原有应力状态被破坏，结果工作面上覆岩层在一定范围内由近及远形成冒落带、裂隙带和整体移动变形带，下覆岩层形成裂隙和整体膨胀变形带，处于冒落带、裂隙带的邻近层瓦斯在瓦斯压力梯度的作用下，将经由采空区源源不断地涌入到回采工作面。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、高档机采工作面瓦斯预测技术,回采工作面瓦斯涌出量：回采工作面瓦斯涌出量由开采层（包括围岩）、邻近层瓦斯涌出量两部分组成。 动态分源预测法：与传统分源预测法不同的是残存量不是一个常数，而是一个变化
16、量，与采落煤块运出工作面的时间相对应。当工作面推进速度（产量）改变时，工作面瓦斯涌出量亦发生变化。 比例系数预测法 回采工作面瓦斯来源从大的方面只有3个：煤壁、落煤、采空区，搞清这3部分在工作面瓦斯涌出中所占的比例，即可计算瓦斯涌出量。,晋城煤业集团寺河矿二号井,、高档机采工作面瓦斯预测技术,、高档机采工作面瓦期涌出特征及规律 与炮采工作面相比，高档机采工作面有以下基本特点：采面采用机组割煤，割煤比较连续，工作面推进速度快，采落煤块较小，粉煤较多，工作面长度大，走向长度长，采用皮带运煤，运煤速度快，我矿本煤层瓦斯含量不是很高，但由于开采强度大，产量集中，加之邻近层3#煤瓦斯含量高，使瓦斯涌出量急剧增加，造成回风巷和局部瓦斯集聚（尤其是上隅角）。 瓦斯来源分析： 通过分析研究工作面瓦斯来源，查明各个来源的涌出比例，然后分源进行治理，对瓦斯防治工作很有意义。含瓦斯煤层在开采时，受采掘作业影响，煤层及围岩中的瓦斯赋存平衡条件遭到破坏，受采动影响区域内煤层、围岩中的瓦斯将涌入工作面，构成工
