基于分源预测法对基建矿井瓦斯涌出量的研究

韦 雷

（晋煤集团 郑庄煤矿筹建处，山西 沁水048200）

晋煤集团郑庄煤矿规划面积107.67km2，煤层埋藏深度为600～1000m，回采煤层为3＃煤层，设计可采储量319.7Mt，矿井设计生产能力4.0Mt／a。矿井平均日产量为12121t，采用长壁大采高综合机械化采煤工艺，煤巷采用综合机械化掘进施工工艺，岩巷采用放炮落矸，多功能铲运（斗）车装矸、运输，锚网喷支护。

晋煤集团郑庄煤矿目前正处于基建阶段，没有条件进行井下实测煤层瓦斯含量，地质勘探送检的70个煤样的平均残存瓦斯含量为9.52m3／t，接近于高瓦斯矿井的相对瓦斯涌出量。基于此，在对郑庄井田大量地勘瓦斯资料和地质资料分析的基础上，结合地面瓦斯抽采钻井数据对地勘测定结果进行修正，而后根据矿井开拓方式、煤层赋存及煤质、煤层瓦斯含量分布规律等条件，运用分源预测法对该矿瓦斯涌出量进行预测对指导该矿的通风设计、瓦斯抽放设计及瓦斯管理等工作是非常必要的。

1 分源法预测瓦斯涌出量的原理分析

分源预测法是一种以煤层瓦斯含量为主要依据预测瓦斯涌出量的一种方法，该方法通过对煤矿井下各个瓦斯涌出源头的瓦斯涌出量进行计算后，对整个矿井的瓦斯涌出量进行预测。矿井生产实践表明：受矿井生产过程的影响，煤层及其周边围岩瓦斯赋存的平衡条件被打破，导致失衡区域内围岩、所采煤层及相邻采空区内的瓦斯向巷道内涌入，各个瓦斯涌出量构成整个矿井的瓦斯涌出量。其本质为根据煤矿生产不同时期，各个瓦斯涌出源头瓦斯涌出量的大小来预测矿井不同时期的瓦斯涌出量。分源法预测瓦斯涌出量的原理为：在掌握矿井煤层赋存及开采技术条件的基础上，根据矿井各个地点瓦斯涌出规律，计算采掘工作面及周边围岩的瓦斯涌出量，在该计算结果的基础之上矿井采空区瓦斯涌出系数，达到预测矿井或一个采区的瓦斯涌出量的目的。

2 瓦斯赋存规律分析

2.1 地勘钻孔瓦斯含量修正

郑庄煤矿地面瓦斯抽采井钻孔取样采用的是比较先进的绳索取芯技术。该技术是美国Long year公司开发的旨在减少取芯过程煤样损失瓦斯量的一种快速取芯技术。缩短了取芯时间、减少取芯过程煤样损失瓦斯量，所以，地面井钻孔瓦斯含量数据相对比较准确。以地勘测定结果为基础、以地面井实测结果为依据，对地面井实测不同埋深下的瓦斯含量与地勘钻孔相同、相近埋深的瓦斯含量的比值进行加权平均，得到郑庄煤矿3＃煤层地面井实测瓦斯含量为地勘瓦斯含量的2.38倍，根据此修正系数对地勘钻孔瓦斯含量进行修正。在对地勘钻孔瓦斯含量进行修正过程中，考虑到地勘钻孔和地面井钻孔测定存在一些偶然性误差，因此，在煤层地质构造及赋存条件无较大变化情况下，对少数测定数据明显不符合瓦斯带赋存趋势的测点进行剔除，修正后的瓦斯含量见表1。

表1 根据地面井瓦斯含量修正后的地勘瓦斯含量

2.2 瓦斯赋存规律模型确定

对表1中修正后的地勘测点的原煤瓦斯含量与煤层埋藏深度进行拟合，结果见图1。

图1 煤层瓦斯含量与埋深关系

根据地勘钻孔测定的瓦斯含量、地面井钻孔瓦斯含量与埋深关系图，得到郑庄煤矿3＃煤层瓦斯含量与煤层埋深的基本数学关系式：W＝0.029H－6.145 R2＝0.784式中：W为煤层瓦斯含量，m3／t；H为煤层埋深，m。

瓦斯含量具有随煤层埋深的增加而增大的趋势。根据模型预测煤层埋深每增加100m，瓦斯含量增加2.9 m3／t。参照煤层底板等高线图及井上下对照图，按郑庄矿3＃煤设计采深580～1100m计算出井田内不同地点的煤层瓦斯含量，预测3＃煤层瓦斯含量分布为10.97～25.47 m3／t。

3 矿井瓦斯涌出量预测

根据修正后的瓦斯参数及确定的瓦斯赋存规律，采用分源预测法对郑庄煤矿瓦斯涌出量进行预测，结果见表2，在预测过程中，因井田内地面布置大量的地面瓦斯抽采井，受地面瓦斯抽采井的影响，为确保预测结果更为准确，在预测计算时应将地面瓦斯抽采井抽采的瓦斯量予以核减，否则预测结果要比井下实际瓦斯含量要大。所以，本次进行矿井瓦斯涌出量预测时，对地面瓦斯抽采井的抽采量进行统计，并对其进行核减。

表2 矿井瓦斯涌出量预测一览

由表2瓦斯涌出量预测结果可以看出，郑庄煤矿为高瓦斯矿井，采区最大相对瓦斯涌出量为51.04m3／t，最大绝对瓦斯涌出量为429.58m3／min；矿井最大相对瓦斯涌出量为70.43m3／t，最大绝对瓦斯涌出量为592.84m3／min，在以后的生产过程中应加强矿井瓦斯治理。

4 结语

1）根据地勘瓦斯含量的测定数据，结合郑庄煤矿地面抽采井测定的煤层瓦斯含量值预测3＃煤层的最大瓦斯含量为25.47m3／t。

2）通过瓦斯赋存规律研究，得出了3＃煤层瓦斯含量（W）与埋藏深度（H）的关系，根据模型预测煤层埋深每增加100m，瓦斯含量增加2.9m3／t。

3）在郑庄煤矿处于基建阶段，没有条件进行井下实测煤层瓦斯含量，这种瓦斯涌出量预测方法对该矿的通风设计、瓦斯抽放设计、瓦斯管理提供了技术支持，对该矿瓦斯防治工作具有重要的指导意义。