第4讲煤层瓦斯流动及涌出规律课件.ppt

1、第四讲第四讲煤层瓦斯流动及涌出规律煤层瓦斯流动及涌出规律安全工程专业核心课程安全工程专业核心课程中国矿业大学中国矿业大学安全工程学院安全工程学院20132013年年3 3月月程远平程远平 教授教授李李 伟伟 博士博士矿井瓦斯防治矿井瓦斯防治课程第四讲课程第四讲课程目标课程目标一、掌握煤层瓦斯流动理论一、掌握煤层瓦斯流动理论二、掌握煤层瓦斯涌出量预测方法二、掌握煤层瓦斯涌出量预测方法三、掌握煤矿瓦斯等级鉴定方法三、掌握煤矿瓦斯等级鉴定方法章节提纲章节提纲一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类二、瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法四、煤矿瓦斯等级鉴定

2、四、煤矿瓦斯等级鉴定矿井瓦斯防治矿井瓦斯防治课程第四讲课程第四讲第一部分第一部分 煤层瓦斯流场分类煤层瓦斯流场分类矿井瓦斯防治矿井瓦斯防治课程第四讲课程第四讲煤层瓦斯流动方式煤层瓦斯流动方式孔隙直径为孔隙直径为10-510-4，瓦斯流动表现为自由扩散或慢速的层流渗透，瓦斯流动表现为自由扩散或慢速的层流渗透孔隙直径为孔隙直径为10-4210-4 cm，瓦斯流动为层流渗透，瓦斯流动为层流渗透孔径大于孔径大于 210-4 cm，瓦斯流动表现为层流渗透或层流与紊流的混合过渡流，瓦斯流动表现为层流渗透或层流与紊流的混合过渡流孔隙直径小于孔隙直径小于10-5 cm，瓦斯流动属于分子扩散，瓦斯流动属于分子扩

3、散孔径小于孔径小于310-7cm，出现瓦斯表面扩散和固体中的扩散，出现瓦斯表面扩散和固体中的扩散一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p煤层瓦斯流动煤层瓦斯流动单向流动示意图单向流动示意图1-1-流线；流线；2-2-等压线；等压线；3-3-巷道巷道一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤层瓦斯流动形态煤层瓦斯流动形态径向流动示意图径向流动示意图1-1-流线；流线；2-2-等压线；等压线；3-3-钻孔钻孔一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤层瓦斯流动形态煤层瓦斯流动形态球向流动示意图球向流动示意图1-1-揭开煤层的掘进工作面；揭开煤层的掘进工作面；2-2-等压线；等压线；3-3

4、-流线流线一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤层瓦斯流动形态煤层瓦斯流动形态上述三种流动是上述三种流动是按照流场的空间流向按照流场的空间流向分类的基本形式。在实际煤矿中，分类的基本形式。在实际煤矿中，由于煤层的非均质性、煤层顶底板岩性的多变性等自然条件的不同，实由于煤层的非均质性、煤层顶底板岩性的多变性等自然条件的不同，实际井巷和钻孔中的瓦斯流动是复杂的，有时可能是几种基本流动的综合。际井巷和钻孔中的瓦斯流动是复杂的，有时可能是几种基本流动的综合。工程分类工程分类煤层中的位置煤层中的位置流场类型流场类型备注备注巷道巷道巷道高度巷道高度 煤层厚度煤层厚度单向流动单向流动开始为径向流动，

5、排放一段开始为径向流动，排放一段时间后，转化为单向流动时间后，转化为单向流动巷道高度巷道高度煤层厚度煤层厚度单向流动单向流动钻孔钻孔穿层钻孔（穿层钻孔（包括地面钻孔）包括地面钻孔）径向流动径向流动顺层钻孔顺层钻孔单向流动单向流动开始为径向流动，抽采一段开始为径向流动，抽采一段时间后，转化为单向流动时间后，转化为单向流动一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p 煤矿常见的流场分类煤矿常见的流场分类p按流场的稳定性分类按流场的稳定性分类分类分类定义定义特点特点稳定流场稳定流场在稳定流场中，任何一点的在稳定流场中，任何一点的瓦斯瓦斯流速、流向和压力流速、流向和压力均不均不随时间而变化，故而称其中随

6、时间而变化，故而称其中的瓦斯流动为稳定性流动的瓦斯流动为稳定性流动具有固定的瓦斯源；具有固定的瓦斯源；出口和入口的瓦斯压力不随时出口和入口的瓦斯压力不随时间而变化；间而变化；煤层仅仅是瓦斯流过的通道，煤层仅仅是瓦斯流过的通道，所以流场各个点的瓦斯压力也不所以流场各个点的瓦斯压力也不变。变。非稳定流场非稳定流场在非稳定性流场中，流场中在非稳定性流场中，流场中任何一点的瓦斯流速、流向任何一点的瓦斯流速、流向和压力都随时间而发生变化，和压力都随时间而发生变化，其内的瓦斯流动为非稳定性其内的瓦斯流动为非稳定性流动流动没有固定的瓦斯源，煤层既是没有固定的瓦斯源，煤层既是瓦斯的来源又是瓦斯流过的通道；瓦斯

7、的来源又是瓦斯流过的通道；随着瓦斯的不断流出，煤层内随着瓦斯的不断流出，煤层内瓦斯压力不断降低，流动场不断瓦斯压力不断降低，流动场不断扩大；扩大；各点的瓦斯压力和压力梯度也各点的瓦斯压力和压力梯度也在改变。在改变。一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类2 2成面后成面后4d4d1 1成面后几小时成面后几小时3 3成面后成面后10d10d4 4成面后成面后15d15d5 5面后面后55d55d6 6成面后成面后150d 150d（稳定）（稳定）一、煤层瓦斯流场分类一、煤层瓦斯流场分类p按流场的稳定性分类按流场的稳定性分类第二部分第二部分 瓦斯流动理论瓦斯流动理论矿井瓦斯防治矿井瓦斯防治课程第四

8、讲课程第四讲二、瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论线性瓦斯渗流理论认为，煤层内瓦斯运移基本符合线性渗透定律线性瓦斯渗流理论认为，煤层内瓦斯运移基本符合线性渗透定律达达西定律（西定律（Darcys law）达西定律达西定律:vv流速，流速，m/sm/s瓦斯动力粘度系数，瓦斯动力粘度系数，Pa sPa sK K 煤层的渗透率，煤层的渗透率，m m2 2dxdx 与流体流动方向一致的极小长度，与流体流动方向一致的极小长度，m mdpdp 在在dxdx长度内的压差，长度内的压差，PaPap非线性瓦斯流动理论非线性瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论煤是一种典型的多孔介质，根据气体在多孔介质中的扩散机

9、理的煤是一种典型的多孔介质，根据气体在多孔介质中的扩散机理的研究，可以用表示孔隙直径和分子运动平均自由程相对大小的诺研究，可以用表示孔隙直径和分子运动平均自由程相对大小的诺森数森数K Kn n：dd孔隙平均直径，孔隙平均直径，m m气体分子的平均自由程，气体分子的平均自由程，m m扩散分类扩散分类诺森数诺森数 KnKn10Kn0.10.1Kn10分类分类菲克型扩散菲克型扩散诺森型扩散诺森型扩散过渡性扩散过渡性扩散p瓦斯扩散理论瓦斯扩散理论二、瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论对于含瓦斯煤体来说，一般对于含瓦斯煤体来说，一般K Kn n 1010，由于孔隙直径远大于瓦斯气，由于孔隙直径远大于瓦斯气体分

10、子的平均自由程，因此扩散是由于瓦斯气体分子之间的无规体分子的平均自由程，因此扩散是由于瓦斯气体分子之间的无规则运动引起的，可以用菲克扩散定律去描述。则运动引起的，可以用菲克扩散定律去描述。JJ瓦斯气体通过单位面积的扩散速度，瓦斯气体通过单位面积的扩散速度，kg/(s mkg/(s m2 2)C/C/XX沿扩散方向的浓度梯度沿扩散方向的浓度梯度D Df f 菲克扩散系数，菲克扩散系数，m m2 2/s/sC C 瓦斯气体的浓度，瓦斯气体的浓度，kg/m kg/m2 2 菲克定律菲克定律:瓦斯气体分子在煤层内有效扩散系数：扩散路径因孔隙通道的曲瓦斯气体分子在煤层内有效扩散系数：扩散路径因孔隙通道的

11、曲折而增长，孔截面收缩使扩散流动阻力增大，实际扩散通量减少。折而增长，孔截面收缩使扩散流动阻力增大，实际扩散通量减少。JJ瓦斯气体在煤层内的有效扩散系数，瓦斯气体在煤层内的有效扩散系数，m m2 2/s/s有效表面孔隙率有效表面孔隙率 曲折因子，为修正扩散路径变化而引入的。曲折因子，为修正扩散路径变化而引入的。二、瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论 瓦斯渗透与扩散理论认为，煤层内瓦斯运动是包瓦斯渗透与扩散理论认为，煤层内瓦斯运动是包含了渗透和扩散的混合流动过程。煤层中存在相互沟含了渗透和扩散的混合流动过程。煤层中存在相互沟通的裂隙网络，沿着这些裂隙网络，游离瓦斯流向低通的裂隙网络，沿着这些裂隙网络，

12、游离瓦斯流向低压工作面，而煤体的渗透率与该裂隙网络密切相关。压工作面，而煤体的渗透率与该裂隙网络密切相关。与此同时，块煤内部的瓦斯解吸，向裂隙扩散，因此与此同时，块煤内部的瓦斯解吸，向裂隙扩散，因此煤层中瓦斯的渗透率和介质的扩散性共同决定了瓦斯煤层中瓦斯的渗透率和介质的扩散性共同决定了瓦斯的流动状况。的流动状况。p 瓦斯渗透瓦斯渗透-扩散理论扩散理论二、瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论 低雷诺数区，低雷诺数区，Re110Re100 Re100 ，为紊，为紊流，惯性力占优势，流动阻力流，惯性力占优势，流动阻力和流速的平方成正比。和流速的平方成正比。多孔介质中流动状态及其规律的变化多孔介质中流动状态及

13、其规律的变化p非线性瓦斯流动理论非线性瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论二、瓦斯流动理论随着煤层瓦斯流动机理研究的深化，许多学者随着煤层瓦斯流动机理研究的深化，许多学者用流体用流体岩石相互作用机制认识煤层内瓦斯运移岩石相互作用机制认识煤层内瓦斯运移过程，充分发展和考虑地应力场、地温场以及地过程，充分发展和考虑地应力场、地温场以及地电场等地球物理场作用下的煤层瓦斯运移耦合模电场等地球物理场作用下的煤层瓦斯运移耦合模型及数值方法，使理论模型更能反映客观事实，型及数值方法，使理论模型更能反映客观事实，以及进一步完善理论模型及测试技术和手段，成以及进一步完善理论模型及测试技术和手段，成为当今推动煤层瓦斯渗流

14、力学向前发展的主流方为当今推动煤层瓦斯渗流力学向前发展的主流方向。向。p地物场效应的煤层瓦斯流动理论地物场效应的煤层瓦斯流动理论第三部分第三部分 煤矿瓦斯涌出量预测方法煤矿瓦斯涌出量预测方法矿井瓦斯防治矿井瓦斯防治课程第四讲课程第四讲 瓦斯涌出量指在指在矿井建设矿井建设和和生产过程生产过程中从中从煤与岩石煤与岩石内涌出的瓦斯量。它内涌出的瓦斯量。它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。对是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。对应于整个矿井的叫矿井瓦斯涌出量，对应于翼、采区或工作应于整个矿井的叫矿井瓦斯涌出量，对应于翼、采区或工作面的，叫翼、采区或工作面的瓦斯涌出量。面的

15、，叫翼、采区或工作面的瓦斯涌出量。三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法p基本概念基本概念QqAq q相对量，相对量，m m3 3/t/t；绝对量，绝对量，m m3 3/d;/d;A A日产量，日产量，t/dt/d。相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量，在单位时间内涌出的瓦斯量，在单位时间内涌出的瓦斯量，单位单位 m m3 3/min/min或或 m m3 3/d/d；相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量，平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位单位 (m(m3 3/d)/t/d),/d)/t/d),即即 m

16、 m3 3/t/t。p基本概念基本概念三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 瓦斯涌出量的表达方法计算出矿井在计算出矿井在一定生产时期、生产方式一定生产时期、生产方式和和配产条件配产条件下的瓦下的瓦斯涌出量，并绘制反映瓦斯涌出规律的涌出量等值线图。斯涌出量，并绘制反映瓦斯涌出规律的涌出量等值线图。单位时间单位时间内从内从煤层以及采落的煤（岩）体煤层以及采落的煤（岩）体涌入涌入矿井矿井中的气中的气体总量，矿井进行瓦斯抽放时包括抽放瓦斯量。体总量，矿井进行瓦斯抽放时包括抽放瓦斯量。属于绝对瓦斯涌出量？相对瓦斯涌出量？属于绝对瓦斯涌出量？相对瓦斯涌出量？p基本概念基本概念三、煤矿瓦斯涌

17、出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 矿井瓦斯涌出量 矿井瓦斯涌出量预测瓦斯涌出的形式是指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。瓦斯涌出的形式是指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。普通涌出普通涌出 长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。特点：时间上：连续不断特点：时间上：连续不断 空间上：普遍存在空间上：普遍存在 涌出强度：缓慢、均匀。涌出强度：缓慢、均匀。特殊涌出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。瓦斯的现象。特点：时间上：突然地、不均匀的间断涌出特点：时间上：突

18、然地、不均匀的间断涌出 空间上：非普遍存在空间上：非普遍存在 涌出强度：产生动力破坏。涌出强度：产生动力破坏。特殊涌出分为瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。特殊涌出分为瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。p煤层瓦斯涌出形式煤层瓦斯涌出形式三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法(1)煤层和围岩的瓦斯含量煤层和围岩的瓦斯含量 煤层瓦斯含量越高，瓦斯涌出量也越大。煤层瓦斯含量越高，瓦斯涌出量也越大。单一的薄煤层和中厚煤层开采时，瓦斯主要来自煤层暴露面单一的薄煤层和中厚煤层开采时，瓦斯主要来自煤层暴露面和采落的煤炭。和采落的煤炭。对于煤层群或单一煤层附近有瓦斯含量较大的岩层，受采动对于煤层群或单一煤层附近有瓦

19、斯含量较大的岩层，受采动的影响，除了开采煤层涌出外，还有邻近层的瓦斯通过裂隙涌出。的影响，除了开采煤层涌出外，还有邻近层的瓦斯通过裂隙涌出。在这种情况下，瓦斯涌出量会大于煤层瓦斯含量。例如淮南谢在这种情况下，瓦斯涌出量会大于煤层瓦斯含量。例如淮南谢二、谢三两个矿井，开采二、谢三两个矿井，开采13号煤层，采区相对瓦斯涌出量是该煤层号煤层，采区相对瓦斯涌出量是该煤层瓦斯含量的瓦斯含量的1.581.73倍。倍。p 影响瓦斯涌出的因素影响瓦斯涌出的因素 自然因素自然因素三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法(2)(2)地面大气压变化地面大气压变化地面大气压变化引起井下大气压的相应变化，对

20、于从煤层暴露地面大气压变化引起井下大气压的相应变化，对于从煤层暴露面涌出的瓦斯量影响甚微，但对采空区或冒落处瓦斯涌出的影响比面涌出的瓦斯量影响甚微，但对采空区或冒落处瓦斯涌出的影响比较显著。较显著。当地面大气压突然下降时，井巷空气绝对压力减小，采空区瓦当地面大气压突然下降时，井巷空气绝对压力减小，采空区瓦斯积存区的气体压力不变，使得采空区与井巷的气体压力差增加，斯积存区的气体压力不变，使得采空区与井巷的气体压力差增加，瓦斯会更多地涌入风流中，使矿井的瓦斯涌出量增大。反之，矿井瓦斯会更多地涌入风流中，使矿井的瓦斯涌出量增大。反之，矿井的瓦斯涌出量将减少。的瓦斯涌出量将减少。p影响瓦斯涌出的因素影

21、响瓦斯涌出的因素 自然因素自然因素三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 (1)(1)开采规模开采规模 开采规模指开采深度、开拓与开采范围和矿井产量。开采规模指开采深度、开拓与开采范围和矿井产量。在瓦斯风化带内开采的矿井，相对瓦斯涌出量与深度无关。在在瓦斯风化带内开采的矿井，相对瓦斯涌出量与深度无关。在甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。开拓与开采的范围越广，煤岩的暴露面就越大，因此，矿井瓦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。斯涌出量也就越大。矿井产量与矿井瓦斯涌出量间的关系比较复

22、杂，一般情况下：矿井产量与矿井瓦斯涌出量间的关系比较复杂，一般情况下：a.a.矿井达产之前矿井达产之前 b.b.矿井达产后矿井达产后 c.c.开采工作逐渐收缩开采工作逐渐收缩绝对瓦斯涌出量随着开拓范围的扩大而增加，绝对瓦斯涌出量大致正比于产量。绝对瓦斯涌出量基本随产量变化并在一个稳定数值上下波动。相对瓦斯涌出量，若瓦斯涌出主要来源于采落煤炭，影响不大；若瓦斯主要来源于采空区和围岩，产量变化时，相对瓦斯涌出量有明显变化。绝对瓦斯涌出量又随产量的减少而减少，并最终稳定在某一数值，这时相对瓦斯涌出量数值又会因产量低而偏大。p影响瓦斯涌出的因素影响瓦斯涌出的因素 开采技术因素开采技术因素三、煤矿瓦斯涌

23、出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法(2)(2)开采顺序与回采方法开采顺序与回采方法首先开采的煤层瓦斯涌出量大。首先开采的煤层瓦斯涌出量大。采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方法，瓦斯涌出量大。采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方法，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，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，邻近层瓦斯涌出量就比较大。邻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。回采工作面周期来压时，瓦斯涌出量也会大大增加。(3)(3)生产工艺生产工艺瓦斯从煤层暴露面瓦斯从煤层暴露面(煤壁和钻孔煤壁和钻孔)和采落的煤

24、炭内涌出的特点是，初和采落的煤炭内涌出的特点是，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;落煤时瓦斯涌出量大于其它工序。落煤时瓦斯涌出量大于其它工序。综合机械化工作面推进度快，产量高，在瓦斯含量大的煤层内工作综合机械化工作面推进度快，产量高，在瓦斯含量大的煤层内工作时，瓦斯涌出量很大。时，瓦斯涌出量很大。p影响瓦斯涌出的因素影响瓦斯涌出的因素 开采技术因素开采技术因素三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法(4)(4)风量变化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，但很矿井风量变化时，瓦斯涌出

25、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。快就会转变为另一稳定状态。单一煤层回采时，瓦斯主要来自煤壁和采落的煤炭，采空区积存的瓦单一煤层回采时，瓦斯主要来自煤壁和采落的煤炭，采空区积存的瓦斯量不大时，回风流中的瓦斯浓度随风量减少而增加或随风量增加而减少，斯量不大时，回风流中的瓦斯浓度随风量减少而增加或随风量增加而减少，绝对瓦斯涌出量变化不大。绝对瓦斯涌出量变化不大。煤层群开采，采空区积存大量瓦斯，风量增加时，因负压和采空区漏煤层群开采，采空区积存大量瓦斯，风量增加时，因负压和采空区漏风的加大，绝对瓦斯涌出量迅速增加，回风流中的瓦斯浓度可能急剧上升。风的加大，绝对瓦斯涌出量迅

26、速增加，回风流中的瓦斯浓度可能急剧上升。然后，经过一段时间，绝对瓦斯涌出量恢复到或接近原有值，回风流中的然后，经过一段时间，绝对瓦斯涌出量恢复到或接近原有值，回风流中的瓦斯浓度才能降低到原值以下。风量减少时，情况相反。瓦斯浓度才能降低到原值以下。风量减少时，情况相反。所以采区风量调节时，特别是增加风量时，应注意风流中瓦斯的浓度。所以采区风量调节时，特别是增加风量时，应注意风流中瓦斯的浓度。为了降低风量调节时回风流中瓦斯浓度的峰值，可以采取分次增加风量的为了降低风量调节时回风流中瓦斯浓度的峰值，可以采取分次增加风量的方法。方法。p 影响瓦斯涌出的因素影响瓦斯涌出的因素 开采技术因素开采技术因素三

27、、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法(5)(5)采区通风系统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。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。U U型通风系统的回采工作面，其上隅角容易聚集瓦斯。型通风系统的回采工作面，其上隅角容易聚集瓦斯。采用采用U U型加尾巷的通风系统，瓦斯聚积点移至采空区内的尾巷入风口，提高型加尾巷的通风系统，瓦斯聚积点移至采空区内的尾巷入风口，提高工作面的安全性。工作面的安全性。U型通风系统 带尾巷的U型通风系统1-回风巷2-尾巷3-顶板冒落区p影响瓦斯涌出的因素影响瓦斯涌出的因素 开采技术因素开采技术因素三、煤矿

28、瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 Y形与W型通风系统由于采空区内有漏风通道，采空区与邻近层涌出的瓦斯很少会涌入工作面，加之进风多了一条风路，工作面的瓦斯浓度较低，适用于高瓦斯高产要求。p影响瓦斯涌出的因素影响瓦斯涌出的因素 开采技术因素开采技术因素三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 (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，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。综合以上所述，影响瓦斯涌出量的因素是多方面的，因各矿的条件不同，涉及各种因素的影响程度也不同，并非以上所说的各因素对每一矿井来

29、说都是符合的。例如平顶山一矿由压入式改为抽出式通风时，无论是瓦斯浓度，还是绝对瓦斯涌出量都影响不大。但是对于某一具体矿山来说，以上各因素总有一种或几种因素是主要的，应找出主要影响因素的规律性，对加强通风和瓦斯管理是很有必要的。p影响瓦斯涌出的因素影响瓦斯涌出的因素 开采技术因素开采技术因素三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 煤矿瓦斯平衡是指各种瓦斯来源在煤矿瓦斯涌出总量中煤矿瓦斯平衡是指各种瓦斯来源在煤矿瓦斯涌出总量中所占的比重。所占的比重。它取决于自然因素与开采技术因素，当这些因它取决于自然因素与开采技术因素，当这些因素无大的变化时，它保持相对稳定的数值。煤矿瓦斯平衡决素无

30、大的变化时，它保持相对稳定的数值。煤矿瓦斯平衡决定着煤矿风量分配和日常治理瓦斯工作的方向与重点。定着煤矿风量分配和日常治理瓦斯工作的方向与重点。p煤矿瓦斯平衡煤矿瓦斯平衡针对瓦斯来源的不同有如下分类：针对瓦斯来源的不同有如下分类：按水平、翼、采区来进行平衡（风量分配依据）；按水平、翼、采区来进行平衡（风量分配依据）；按掘进区、回采区与老空区进行平衡（瓦斯治理工作的基础）；按掘进区、回采区与老空区进行平衡（瓦斯治理工作的基础）；按开采层、邻近层进行平衡（瓦斯治理工作的基础）。按开采层、邻近层进行平衡（瓦斯治理工作的基础）。三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法影响煤矿瓦斯平衡的主要

31、因素：影响煤矿瓦斯平衡的主要因素：n 1 1）煤矿生产不同时期，平衡表不同（初期、中期和后期）煤矿生产不同时期，平衡表不同（初期、中期和后期）n 2 2）采深不同，平衡表不同）采深不同，平衡表不同n 3 3）地质条件不同，平衡表不同）地质条件不同，平衡表不同p 煤矿瓦斯平衡煤矿瓦斯平衡三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 1 1）新建煤矿或生产煤矿新水平，都必须进行瓦斯涌出量）新建煤矿或生产煤矿新水平，都必须进行瓦斯涌出量 预测；预测；2 2）煤矿瓦斯涌出量预测依据）煤矿瓦斯涌出量预测依据矿井瓦斯涌出量预测方矿井瓦斯涌出量预测方 法法，采用分源预测法或矿山统计法；，采用分源预测

32、法或矿山统计法；3 3）煤矿瓦斯涌出量预测应包括以下资料：）煤矿瓦斯涌出量预测应包括以下资料：（1 1）煤矿采掘设计说明书）煤矿采掘设计说明书 （2 2）煤矿地质报告）煤矿地质报告 4 4）新建或生产煤矿新水平瓦斯涌出量预测由具有国家规）新建或生产煤矿新水平瓦斯涌出量预测由具有国家规定资质的专业机构和生产单位共同完成。定资质的专业机构和生产单位共同完成。p 煤矿瓦斯涌出量预测的一般要求煤矿瓦斯涌出量预测的一般要求三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法预测方法预测方法矿山统计法矿山统计法分源预测法分源预测法 矿山统计法的实质是矿山统计法的实质是根据对本井或邻近矿井实根据对本井或邻近

33、矿井实际瓦斯涌出量资料的统计际瓦斯涌出量资料的统计分析得出的矿井瓦斯涌出分析得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律量随开采深度变化的规律，来推算新井或延深水平，来推算新井或延深水平的瓦斯涌出量。的瓦斯涌出量。井下涌出瓦斯的地点即为瓦斯涌出源。瓦井下涌出瓦斯的地点即为瓦斯涌出源。瓦斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接决定着矿井瓦斯涌出量的大小。决定着矿井瓦斯涌出量的大小。应用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是应用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据各基本瓦斯涌出

34、源的瓦斯涌出规律，计算回采工作各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，计算回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量。面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量。p 煤矿瓦斯涌出量预测方法的分类煤矿瓦斯涌出量预测方法的分类三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 矿山统计法矿山统计法：分源预测法分源预测法：按照按照煤矿生产过程煤矿生产过程中中瓦斯涌出源的多少瓦斯涌出源的多少，各个瓦斯源，各个瓦斯源涌涌出瓦斯量的大小出瓦斯量的大小，来预计煤矿，来预计煤矿各个时期各个时期（如投产期、达（如投产期、达标期、萎缩期等）的瓦斯涌出量。标期、萎缩期等）的瓦斯涌出量。根据煤矿根据煤矿已往生产已往生产中获得的

35、大量的中获得的大量的相对瓦斯涌出量与开相对瓦斯涌出量与开采深度采深度的数据，按的数据，按统计规律统计规律预测预测深部水平深部水平瓦斯涌出量的瓦斯涌出量的方法。方法。三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法p煤矿瓦斯涌出量预测方法的分类煤矿瓦斯涌出量预测方法的分类 温特尔法温特尔法根据瓦斯涌出率的不同，分为根据瓦斯涌出率的不同，分为 重庆煤科院重庆煤科院-阳泉矿务局科研所法阳泉矿务局科研所法 英国采矿研究所法英国采矿研究所法 苏联科学院矿业研究所法苏联科学院矿业研究所法(.(.李金法李金法)淮南矿务局法淮南矿务局法AQ1018-2006p 分源预测法分源预测法三、煤矿瓦斯涌出量预测方

36、法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法煤矿瓦斯涌出构成关系煤矿瓦斯涌出构成关系 回采工作面瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出q采采=q1+q2q掘掘=q3+q4p分源预测法分源预测法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法开采层开采层邻近层邻近层邻近层邻近层邻近层邻近层p分源预测法分源预测法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量112301()mqK K KXXM（1）薄及中厚煤层不分层开采时 K K1 1围岩围岩瓦斯涌出系数瓦斯涌出系数，为，为1.11.11.31.3；K K2 2工作面工作面丢煤瓦斯涌出系

37、数丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算；，用回采率的倒数来计算；K K3 3 采区内准备巷道采区内准备巷道预排瓦斯预排瓦斯对开采层瓦斯涌出对开采层瓦斯涌出影响系数影响系数；m m开采层厚度开采层厚度，m m；M M工作面采高工作面采高，m m；X X0 0煤层煤层原始原始瓦斯含量，瓦斯含量，m m3 3/t/t；X X1 1煤的煤的残存残存瓦斯含量，瓦斯含量，m m3 3/t/t。1）开采层瓦斯涌出量 p分源预测法分源预测法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 采面巷道预排瓦斯影响系数采面巷道预排瓦斯影响系数 K K3 3：1）开采层瓦斯涌出量 u采用长壁采用长壁后退式后退式

38、回采时回采时 LhLK/)23（u采用长壁采用长壁前进式前进式回采时，回采时，bLbhLK2223h h掘进巷道预排等值宽度，掘进巷道预排等值宽度，m m。55.0808.0Th 13.85 0.018310.0183ThT低变质低变质煤煤高变质高变质煤煤Lbhp 分源预测法分源预测法 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法p分源预测法分源预测法 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 煤的残存瓦斯含量煤的残存瓦斯含量X X1 1：1）开采层瓦斯涌出量 u低变质低变质煤、煤、高变质高变质

39、煤煤X X0 010m10m3 3/t/t u高变质煤高变质煤X X0 010m10m3 3/t/t7.2071010.385eXXp分源预测法分源预测法 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法112301()fqK K K KXX（2）厚煤层分层开采时 Kf取决于煤层分层数量和顺序的分层瓦斯涌出系数；1）开采层瓦斯涌出量 p分源预测法分源预测法 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法211()nioiiiimqXXM第第i i个邻近层煤层厚度，个邻近层煤层厚度，m m；工作面采高，工作

40、面采高，m m；第第i i个邻近层瓦斯涌出率，个邻近层瓦斯涌出率，%；l当邻近层位于冒落带中时，当邻近层位于冒落带中时，l当采高当采高 4.5m 4.5m 4.5m时，时，imMi1000.4784.04iiihhML1iiphh 1ip分源预测法分源预测法1）邻近层瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法p分源预测法分源预测法 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法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邻近层瓦斯排放率与层间距的关系曲线邻近层瓦斯排放率与

41、层间距的关系曲线 掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量D D巷道断面内巷道断面内暴露煤壁暴露煤壁面的面的周边长度周边长度，m m；v v巷道巷道平均掘进速度平均掘进速度，m/minm/min；L L巷道巷道长度长度，m m；q q0 0煤壁瓦斯涌出煤壁瓦斯涌出强度强度，m m3 3/(m/(m2 2min)min)，V Vz z煤中煤中挥发分含量挥发分含量，%；X X0 0煤层煤层原始原始瓦斯含量，瓦斯含量，m m3 3/t/t。1）掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 3(21)oLqDvqv200.0260.0004()0.16/zoqVXQSQT q4q3p 分源预测法分源预测法三、煤矿瓦斯涌出量

42、预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法SS掘进巷道掘进巷道断面积断面积，m m2 2 ；v v巷道巷道平均掘进速度平均掘进速度，m/minm/min；煤的煤的密度密度，t/mt/m3 3；X X0 0 煤层煤层原始原始瓦斯含量，瓦斯含量，m m3 3/t/t；X X1 1 煤的煤的残存残存瓦斯含量，瓦斯含量，m m3 3/t/t。2）掘进落煤的瓦斯涌出量 401()qSvXX01(21)()oLqDvqSvXXv掘QSQT q4q3p分源预测法分源预测法 掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法KK生产采区内生产采区内采空区瓦斯涌出系数采空区瓦斯

43、涌出系数，1.251.251.451.45；q q采采i i第第i i个个回采回采工作面工作面相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量，m m3 3/t/t；A Ai i第第i i个回采工作面的个回采工作面的日产量日产量，t t；q q掘掘i i第第i i个个掘进掘进工作面工作面绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量，m m3 3/min/min；A A0 0生产采区平均生产采区平均日产量日产量，t t。110(1440)nniiiiiKqAqqA掘采区p分源预测法分源预测法 采区瓦斯涌出量采区瓦斯涌出量三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量KK已采已采采空区瓦斯涌出系数

44、采空区瓦斯涌出系数，1.151.151.251.25；q q区区i i第第i i个采区个采区相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量，m m3 3/t/t；A A0i0i第第i i个采区的个采区的日产量日产量，t t。nioinioiiAAqKq11)(区井p分源预测法分源预测法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法p分源预测法分源预测法 采空区瓦斯涌出系数采空区瓦斯涌出系数三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法agQQk/max瓦斯最大涌出量与平均涌出量的比值称为瓦斯涌出不均系数。矿井瓦斯涌出不均系数式中kg给定时间内瓦斯涌出不均系数；Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/

45、min；Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min。p分源预测法分源预测法 瓦斯涌出不均系数瓦斯涌出不均系数K K区区=1.2=1.21.51.5；K K井井=1.1=1.11.3.1.3.qK q井总井井qK q区区区总三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 淮南矿业集团潘一矿东一采区淮南矿业集团潘一矿东一采区2352(1)B112352(1)B11工作面工作面走向长走向长1640 m1640 m，倾斜长，倾斜长190m190m，煤层平均厚度，煤层平均厚度2.0m2.0m。煤层瓦斯含量为煤层瓦斯含量为5.5m5.5m3 3/t/t，煤层赋存稳定，地质构造，煤层赋存稳定，地质构造

46、简单，采用综合机械化采煤。邻近层瓦斯参数如下。简单，采用综合机械化采煤。邻近层瓦斯参数如下。预测当工作面日产量预测当工作面日产量1700t 1700t 时的绝对瓦斯涌出量。时的绝对瓦斯涌出量。p分源预测法分源预测法 例题例题三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法1 1）开采层相对瓦斯涌出量）开采层相对瓦斯涌出量 由于由于B11B11煤层厚煤层厚2.0m2.0m，采用不分层开采，工作面使，采用不分层开采，工作面使用全部陷落法管理顶板，用全部陷落法管理顶板，K K1 1取取1.21.2，K K2 2 取取1.051.05，该，该工作面为采用长壁后退式回采，计算得工作面为采用长壁后退式

47、回采，计算得K K3 3=(190-=(190-2 210)/190=0.910)/190=0.9。煤层厚度为煤层厚度为2.0m2.0m，工作面采高为，工作面采高为2.0m2.0m，X X0 0-X-X1 1=5.5-=5.5-2.0=3.5m2.0=3.5m3 3/t/t。3112301()1.2 1.05 0.9 1 3.53.97/mqK K KXXmtM p分源预测法分源预测法 例题例题三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法2）邻近层相对瓦斯涌出量 开采煤层回采工作面的瓦斯涌出量开采煤层回采工作面的瓦斯涌出量q=qq=q1 1+q+q2 2=3.97+12=15.97 m

48、=3.97+12=15.97 m3 3/t/t。2110.8326300.928()10.410.410.4210021002100nioiiiimqXXM312.0/mtp分源预测法分源预测法 例题例题三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法3 3）当工作面日产量）当工作面日产量1700t1700t，开采煤层工作面的绝对瓦，开采煤层工作面的绝对瓦斯涌出量斯涌出量 1440qAQ p 分源预测法分源预测法 例题例题三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 矿山统计法矿山统计法是根据煤矿已往生产中获得的大量的相对瓦是根据煤矿已往生产中获得的大量的相对瓦斯涌出量与开采深度的

49、数据，按统计规律预测深部水平瓦斯斯涌出量与开采深度的数据，按统计规律预测深部水平瓦斯涌出量的方法。其外推范围沿垂深不超过涌出量的方法。其外推范围沿垂深不超过200m200m，沿煤层倾斜，沿煤层倾斜方向不超过方向不超过600m600m。步骤如下：步骤如下：第一步计算相对瓦斯涌出量梯度值（剔除异常点）；第一步计算相对瓦斯涌出量梯度值（剔除异常点）；第二步计算深部待采煤层的相对瓦斯涌出量。第二步计算深部待采煤层的相对瓦斯涌出量。p 矿山统计法矿山统计法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法130 1440niiicQqA nq qc c开采深度（开采深度（H H）时，）时，月平均相对月

50、平均相对瓦斯涌出量，瓦斯涌出量，m/t;m/t;Q Qi i该月内测得的该月内测得的回风量回风量，m/minm/min；i i风流中的风流中的瓦斯浓度瓦斯浓度，%；n n该月内测试该月内测试次数次数；A A该月的该月的产量产量，t t。若是该月若是该月多水平开采多水平开采，q qc c为为加权开采深度加权开采深度（H Hw w）处的相对瓦）处的相对瓦斯涌出量。斯涌出量。月平均相对瓦斯涌出量月平均相对瓦斯涌出量p 矿山统计法矿山统计法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法三、煤矿瓦斯涌出量预测方法11niiiwniiH AHAHi、Ai第第i个采区的个采区的开采深度和产量开采深度和产量；n该月开采的采区数。