掘进巷道瓦斯涌出浓度推算瓦斯含量的方法

用掘进巷道瓦斯涌出量反算煤层瓦斯含量(压

力) 的方法

煤矿确定煤层瓦斯含量的的方法多采用直接测定煤层瓦斯压力或直接测定煤层瓦斯含量的方法确定. 上述方法需要一定的施工工程量, 且是定点测定. 不能实现实时测定, 所测出的数据难免有较大的局限性.

本法是根据矿井瓦斯涌出量预测方法国家标准（AQ1018-2006）附录中的各规定制定出来的连续判断煤层瓦斯含量的新途径, 如果实现, 将有利于我国煤矿瓦斯防治事业. 一. 理论基础

掘进巷道的瓦斯涌出量根据矿井瓦斯涌出量预测方法国家标准（AQ1018-2006）(以下简称标准) 附录B 中的公式表明, 掘进工作面的瓦斯涌出量的多少与煤层中的瓦斯含量有直接的关系, 那么当采掘工艺条件保持稳定的状态下, 掘进巷道碛头的瓦斯浓度的变化也就直接反映出煤层瓦斯含量的变化.

根据此思路, 在瓦斯突出静态诊断系统上发现, 在同一水平的掘进巷道中的日均瓦斯浓度移动线的变化是很小的, 表明在同一开采深度的水平中, 煤层的瓦斯含量变化是很小的.

在分析一些矿井的监测数据后, 发现掘进巷道的日均浓度移动线几乎是水平的, 这也证实当采掘工艺一定时, 涌出量无明显变化, 表明煤层的瓦斯含量变化甚微. 例如:河北某矿今年4.19突出事故前20 余天的瓦斯浓度移动线几乎是不变的. 这为利用瓦斯涌出量计算煤层瓦斯含量取数提供了便利.

根据标准附录B 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量掘进巷道煤壁瓦斯涌出量分别为煤壁于落煤的瓦斯涌出量组成, 分别采用式（B 。1）、 (B.2) 和(B3)计算。

q 2=DVq0(2(L/V)0.5-1)----------(B.1) 式中:

q 2------掘进巷道煤壁瓦斯涌出量,m 3/min; D-------巷道断面内暴露煤壁的周边长度,m; 对于薄、中厚煤层,D=2m0; m0为开采层厚度, 对厚煤层,D=2(h+b); h--------巷道高度,m; b--------巷道宽度,m;

V-----------巷道平均掘进速度,m/min; L-----------预测时巷道已暴露的长度,m; q 0----------煤壁瓦斯涌出强度,m /(m*min); 如无实测值q0可按式(B.2)计算.

3

2

q 0=0.026[0.0004(V) +0.16]W0---------(B.2) 式中:

V r -----------煤的挥发分,%

W 0------------煤层原始瓦斯含量, m 3/t;(参照附录1选取)

B 。2 掘进落煤的瓦斯涌出量采用（B 。3）计算。 q4=SVγ(W0-W C )--------(B.3)

式中:

q 4--------掘进巷道落煤瓦斯涌出量, m3/min; S---------掘进巷道断面, m2; γ-------煤的密度,t/ m;

W C -------运出井口煤的残存瓦斯含量, m3/t. 附录1．

煤的残存瓦斯含量Wc 。低变质煤的Wc 值可按表1选取。

表1纯煤的残存瓦斯含量取值(可燃基计算)

3

r 2

3

高变质煤瓦斯含量〉10m /tr,Wc按式下式计算

W Cr =10.385e-7.207/ W0r

实际计算时要将可燃基的残存瓦斯量换算成煤的瓦斯残存瓦斯量用下式计算

W C =W’cr (100-A-W)/100(1+0.31W)

W cr ----折合成可燃物的残余瓦斯含量，m /t(可燃物) ；

A--------煤的含灰分% W--------煤中含水分%

从上述公式可以看出掘进巷道的瓦斯涌出量由两部分组成, 即新暴露面的瓦斯涌出与落煤中的瓦斯涌出组合而成, 从预测公式中都有瓦斯含量因素. 预测公式是用瓦斯含量因素计算瓦斯涌出量, 那么, 我们也可以用掘巷道中的瓦斯涌出量反算煤层的瓦斯含量, 也是符合国家标准的.

’

3

二、计算方法

公中(B.1)中的常数进行集中使 A ’=DV(2(L/V)0.5-1) 则有 q2=

A ’q 0------------------------------------(B.1-1) 同时将公式(B.2) 中的常数集中使 C=0.026[0.0004(Vr ) 2+0.16]

q 0=CW0----------------------------------------(B.2-1)

将公式B.1-1带入B.2-1中则有 q 2=

A ’CW 0--------------------------------------(C.1)

将公式(B.3)用同样方法处理, 使 B=SV

--------------------------------(B.3-1) G=WC -------------------------------------(B.3-2)

将(B.3-1)、(B.3-2)代入(B.3)中则有 q 4=BW0-BG--------------------------(C.2)

γ

掘进巷道中的瓦斯涌出量为q 2+q4, 如风量稳定, 探头距工作面的距离为定值时, 工作面的日均浓度变化则表示煤层瓦斯含量的变化, 因此我们可以据此反算出煤层的瓦斯含量. 其计算方法如下: Q=q2+q4

将C.1和C.2代入上式则有 Q=A’CW 0+BW0-BG W O =(Q+BG)/(A’C+B)

式中A ’、B 、C 、G 皆为可计算出的常数项,Q 为风量乘以瓦斯月平均浓度便是巷道的瓦斯涌出量, 那么根据矿井瓦斯涌出量预测方法国家标准（AQ1018-2006）, 就可反算出煤层的瓦斯含量, 也可以用下式换算成煤层瓦斯压力.

W O =αp 0.5 P=W0/α

-------------------瓦斯含量系数(见表

2

2

2)

P---------瓦斯压力Mpa;(绝对压力)

当瓦斯压力大于或等于0.84Mpa(绝对压力) 时, 煤层中瓦斯含量因素已经可以满足突出发生时的必要条件. 表2 瓦斯含量系数(α) 表 挥发用20％灰水校正分% 含量系数

用20％灰水

挥发分% 校正含量系

数

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

16.38 16.028 15.62 15.365 15.092 14.86 14.652 14.46 14.292 14.132 13.988 13.852 13.732 13.62 13.516 13.42 13.324 13.244

23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

13.156 13.084 13.02 12.948 12.9 12.81 12.772 12.716 12.66 12.612 12.546 12.524 12.476 12.436 12.396 12.536 12.324 12.292

上述方法是根据矿井瓦斯涌出量预测方法国家标准（AQ1018-2006）设计出来的, 还未经过实测数据的检验, 本人提出此方法目的是大家共同使用, 取使用

经验后, 再全面推广, 成为新的简便可靠的工作面突出预测方法.