矿井瓦斯涌出参考

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1、B）径向流场 在x、y、z三维空间中，两个方向有流速。 Exp：石门、竖井、钻孔垂直穿透煤层时。 等压瓦斯线平行煤壁近似同心圆形。,C）球向流场 在x、y、z三维空间中，三个方向均有流速。 Exp:厚煤层中煤巷掘进工作面煤壁内、钻孔或石门进入煤层等。 2、流场稳定性分类-按流场在时间上有无变化 稳定流场-流场内任何一点的流速、流向、瓦斯压力均不随时间变化。 非稳定流场-反之。,二、煤层瓦斯流动的基本定律 两类：扩散、渗流 1、瓦斯扩散运动 瓦斯在小孔（1m）与微孔（ 0.1m ）内运移主要是扩散运动，即瓦斯分子在其浓度梯度作用下由高浓度向低浓度方向运移。 可用Fick定律描述，即： 式中：D-

2、扩散系数； -瓦斯浓度梯度； dt-时间增量； dm-在dt时间内通过单位面积的扩散量。,2、煤粒扩散运动方程 若煤层由服从Fick定律的煤粒组成，根据Fick定律和质量守恒定律，得煤粒扩散运动微分方程。 式中：X-煤粒瓦斯含量； r-煤粒内任一点半径。 3、瓦斯渗透运动 瓦斯在中孔（1m）以上的孔隙或裂隙内，由于压差作用下而产生的运动。 流态：层流，粘性力为主，Re110。 紊流，惯性力为主, 线性层流渗透定律-Darcy定律 表述式 式中：K-煤层的渗透率，m2； -流体的绝对粘度，Pa.S; -流体的压力梯度，Pa/m。 Darecy定律适应范围讨论： a) 低Re区，Re110，为线性

3、流，符合Darecy定律； b) 中Re区，Re=10100，非线性渗流，不符合Darecy定律； c）高Re区， Re100，紊流区。 大多数情况下，煤层的瓦斯流动表现为服从Darecy定律。, 非线性渗透定律-日本 式中 Vn-无因次流速； a-煤的瓦斯渗透性系数； m-指数； -无因次瓦斯压力梯度。 渗透微分方程 由Darcy定律和质量守恒定律，可推导得：,三、煤层透气性系数 是煤层瓦斯流动难易程度的标志。 1、渗透系数（k） Darecy定律， k-渗透率，表示孔隙裂隙介质特征的参数。 注：只与孔隙介质的孔隙多少、大小、形态、连通状况等有关，与流体的性质和压力无关。 2、透气系数（）

4、利用等温气体状态方程（pv=p0v0）对Darecy表达式进行变换得：,即： 物理意义：断面为1m3的煤体两侧， 瓦斯压力平方梯度为1MPa2/m时， 流过的流量恰为1m3/d时的介质 透气性。 注意：表示给定气体在给定孔隙介质内的流动特性， 对于其它气体必须根据它们的绝对粘度进行换算。 说明：（1）煤层透气性系数相差很大。 （2）与地压的关系。,4、煤层透气性系数的测定(自学) （1）中矿法-钻孔流量法 （2）马可尼法-压力恢复法。,4.2 煤层瓦斯涌出量及主要影响因素,一、瓦斯涌出的概念 1、瓦斯涌出量的含义 - 指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。 它是确定矿井瓦斯等级、进

5、行矿井通风计算等方面的依据。 2、瓦斯涌出量表示方法 A）绝对瓦斯涌出量 - 单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min： Qg=QC/100 式中 Qg 绝对瓦斯涌出量， m3/min； Q 风量， m3/min； C 风流中的平均瓦斯浓度，。,B）相对瓦斯涌出量 - 矿井正常生产条件下，平均日产一吨煤所涌出的瓦斯体积 。 qg=Qg/A 式中：qg 相对瓦斯涌出量，m3/t； Qg 绝对瓦斯涌出量，m3/d； A 日产量，t/d 说明： （1）相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同，但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。 （2）相对涌出量的单位： m3/t，过去采

6、用： m3/(t.d)是不正确的。,3、瓦斯涌出强度-比瓦斯涌出量 - 单位时间（min or d），单位暴露面积（cm2 or m2）涌出的瓦斯体积。 单位：m3/(d.m2)，m3/(min.m2)，cm3/(min.cm2)。 4、瓦斯涌出形式 - 指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。 （1）普通涌出 -长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。 特点：时间上：连续不断 空间上：普遍存在 涌出强度：缓慢、均匀。,（2）特殊涌出 - 矿井生产过程中，在某些特定地点、突然地于一段时间内大量涌出瓦斯的现象。 特点：时间上：突然地、间隔的 空间上：非普遍存在 涌出强度：产生动力破坏。,二、掘进巷道的瓦斯

7、涌出 1、煤巷掘进工作面瓦斯涌出的构成及变化 （1）瓦斯涌出构成 巷道壁、迎头煤壁、采落煤炭。 瓦斯涌出强度随时间的涌出而降低。,工作面,采落煤炭,巷道壁面,（2）时空不均匀性 机掘：开机后，瓦斯涌出量 逐渐增大，达到极限稳定值。 炮掘：放炮后（69min），瓦斯 涌出迅速增长（520倍），然后 下降经过一段时间恢复到初始值。 时间与空间上存在瓦斯涌出与 浓度的不均匀性是种潜在危险。,2、排瓦斯带深度 t G 当 t 达到一定时间后， 煤壁基本上不涌出瓦斯 时的瓦斯影响深度。 3、煤巷排瓦斯极限期-Tj 煤壁涌出瓦斯随着暴露时间的延长而逐渐减小，当达到Tj时，瓦斯涌出接近零，此时间称为排瓦斯极

8、限期。一般为6 12个月。,煤巷排瓦斯极限期测定： 方法一： （1） 实测煤壁暴露面瓦斯涌出比流量随暴露时间变化曲线； （2）得出拟合合公式， ； （3）令q=0，即可解出Tj。 方法二： （1）利用漏斗形铁皮罩盖在煤壁上，用黄泥堵严缝隙，从漏斗出口引出胶管取气样； （2）测定瓦斯浓度变化，在浓度几乎不增加的诸点中，暴露时间最小者即为Tj。,4、掘进巷道瓦斯涌出量计算 式中 QCH4-绝对瓦斯涌出量，m3/d； M-煤层厚度,m; V-巷道掘进速度，m/d； t-单巷掘进时间，d； b-单巷宽度，m； x0,x1-分别为煤层的原始瓦斯含量和剩余瓦斯含量，m3/t； C1-瓦斯涌出特性系数。,瓦

9、斯涌出特性系数的测定 直接从掘进巷道中测得。 测定方法： （1）在掘进巷道取三个断面； （2）同时测定三断面巷道风流 中瓦斯平均浓度和风量； （3）计算瓦斯涌出量； （4）联立方程计算C。 式中，t1，t2，t3分别为各测点的暴露时间。,三、回采工作面瓦斯涌出 1、瓦斯涌出来源 本开采煤层：煤壁、采空区、采落煤炭； 厚煤层未采分层； 采动影响邻近层； 围岩。,2、时空不均匀性 A）落煤、放煤时与平均瓦斯涌出相比。 水采：24倍；炮采：1.42.0倍；机采：1.3 1.6倍；风镐：1.1 1.3倍。 B）从切眼起逐渐增大，达到一定距离后稳定（初次来压后），随老顶周期来压，瓦斯涌出呈周期性变化。

10、C）对上行通风，从工作面下口至上口，瓦斯浓度逐渐增大，上隅角达到最大。,D）沿走向方向瓦斯浓度分布 4、回采工作面瓦斯涌出量计算 （1）开采层瓦斯涌出量 A）瓦斯含量法,B）瓦斯涌出规律计算 工作面煤壁瓦斯涌出： 煤壁剩余瓦斯含量： 每m3煤涌出瓦斯量： 煤壁瓦斯涌出量： 采落煤炭瓦斯涌出： 煤壁剩余瓦斯含量： 每m3煤涌出瓦斯量： 采落煤炭瓦斯涌出量： 开采层瓦斯涌出量：,（2）邻近层瓦斯涌出量 邻近层-受采动影响能向开采煤层涌出瓦斯的煤层。 式中：Ql-上下邻近层瓦斯涌出量； V -工作面推进速度； l -工作面斜长； X0i -第I邻近层原始瓦斯含量； mi - 第I邻近层厚度; i -

11、 第I邻近层瓦斯涌出率； Xi - 第I邻近层残余瓦斯含量； a、c - 系数，与工作面推进速度有关。,（3）回采工作面瓦斯涌出量 式中：Qb-本煤层瓦斯涌出量； Ql -邻近层瓦斯涌出量； Ct-取决于通风系统的系数。 5、瓦斯涌出不均匀性 矿井瓦斯涌出在时、空上都是不均匀的。 正常变化：在某一地区瓦斯涌出的周期性变化， 变化幅度某一数值。,异常变化：特殊情况的变化（突出、喷出、大冒顶、大气压急剧变化）。 矿井风量计算时一般取平均瓦斯涌出量，为满足周期变化的需要，应考虑一个系数 kg-瓦斯涌出不均系数。 瓦斯涌出不均系数的含义： - 某一段时间内，周期性最大瓦斯涌出量与平均瓦斯涌出量之比。

12、矿井瓦斯涌出不均系数表示为： kg=Qmax/Qa 式中：kg给定时间内瓦斯涌出不均系数，一般大于1； Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min；,6、影响瓦斯涌出量的主要因素 决定于自然因素和开采技术因素的综合影响。 （一） 自然因素 1、煤层和围岩的瓦斯含量 它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，煤层的瓦斯含量越高，开采时的瓦斯涌出量也越大。 Exp：焦作中马村矿, 淮南谢二矿C13煤， 2、地面大气压变化。 对回采工作面采空区和老空区、塌陷区、冒顶区瓦斯涌出有明显影响。 美国：19101960，1/2的爆炸发生在气压急剧变化时期。

13、,（二）开采技术因素 1、开采规模 开采规模指开采深度，开拓与开采范围和矿井产量。 A、在甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。 B、开拓与开采的范围越广，煤岩的暴露面就越大，因此，矿井瓦斯涌出量也就越大。 C、矿井产量与矿井瓦斯涌出量间的关系比较复杂，达产前、达产后及产量收缩期。,2、开采顺序与回采方法 首先开采的煤层（或分层）瓦斯涌出量大；采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方法，采区瓦斯涌出量大。顶板管理采用陷落法比充填法能造成顶板更大范围的破坏和卸压，临近层瓦斯涌出量就比较大。回采工作面周期来压时，瓦斯涌出量也会大大增加。 3、生产工艺 瓦斯从煤层暴露面（煤壁和钻孔）和采落的煤

14、炭内涌出的特点是，初期瓦斯涌出的强度大，然后大致按指数函数的关系逐渐衰减。所以落煤时瓦斯涌出量总是大于其它工序。,4、风量变化 矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动，但很快就会转变为另一稳定状态。,5、采区通风系统 采区通风系统对采空区内和回风流中瓦斯浓度分布有重要影响。,大全部进入,进 空 回 煤,6、采空区的密闭质量 采空区内往往积存着大量高浓度的瓦斯（可达6070%），如果封闭的密闭墙质量不好，或进、回风侧的通风压差较大，就会造成采空区大量漏风，使矿井的瓦斯涌出增大。 低负压可以减少矿井瓦斯涌出。,太信一井矿井负压与瓦斯涌出量关系表,四、瓦斯积聚层 瓦斯积聚：瓦斯浓度超

15、过2%，其体积超过0.5m3的现象。 瓦斯积聚层：瓦斯在其自身浮力作用下上升，积聚于巷道顶板形成稳定的瓦斯层。 原因：1）巷道周壁不断涌出瓦斯（点或面涌出）； 2）巷道风流含有瓦斯； 3）巷道风速低，不能造成瓦斯与空气紊流混合。 层厚：几cm 几十cm , 层长：几m 几十m 层内瓦斯浓度由下至上逐渐升高。,CH4,CH4,4.3 矿井瓦斯等级及其鉴定 一、矿井瓦斯等级划分 原则：按矿井瓦斯涌出量的大小和瓦斯涌出形式。 意义：便于进行分级管理，使矿井瓦斯管理趋于科学化。 瓦斯矿井：一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。（第133条） 突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过1次煤（岩）与瓦斯突出（简称突出，下同），该矿井即为突出矿井。 突出煤层：发生突出的煤层即为突出煤层。,根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为： （一）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。 （二）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。 （三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。 二、矿井瓦斯等级鉴定 每年必须对