第１６卷第１１期２００７年１１月
中国矿业
ＣＨＩＮＡＭＩＮＩＮＧ
Ｖ０１．１６。Ｎｏ．１１Ｎｏｖｅｍｂｅｒ
２００７
ＭＡＧＡＺｌＮＥ
工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
张耀平１，叶青２，贾真真２，江文武１
（１．江西理工大学应用科学学院，江西赣州３４１０００｝２．湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭４１１２０１）
摘要：煤层瓦斯赋存状态是研究矿井瓦斯涌出规律和瓦斯灾害防治的技术基础。某矿５煤层局部瓦斯异常涌出．已经开始对煤矿的安全生产有所影响和制约。于此。笔者采用统计分析和分源计算两种方法，对采掘工作面瓦斯涌出量进行了预测，分析了采掘工作面瓦斯涌出影响因素和涌出来源，得出了煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、煤层残余瓦斯含量，钻孔瓦斯涌出量等参数・随采深增加而变化的规律．并提出了针对性的防治措施。
关键词：瓦斯赋存，瓦斯压力；瓦斯台量｝异常涌出Ｉ预测中围分类号：ＴＤ７１２＋．２
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００４－－４０５１（２００７）１ｌ一００４６一０４
Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｏｆｇａｓｅｍｉｓｓｉｏｎｉｎｗｏｒｋｆａｃｅ
ＺＨＡＮＧＹａｏ－ｐｉｎ９１，ＹＥ
Ｑｉｎ９２，ＪＩＡＺｈａｎ－ｚｈｅｎ２，ＪＩＡＮＧＷｅｎ－ｗｕｌ
（１．Ｓｃｈｏｏｌｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｃｉｅｎｃｅ，ＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
ＧａｎＺｈｏｕ
３４１０００，Ｃｈｉｎａ｝２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１２０１，Ｃｈｉｎａ）
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煤层瓦斯是与煤层伴生的气态地质体，煤是生成瓦斯的母岩和瓦斯赋存的主要载体。由于篇幅有限，本文只讨论瓦斯压力、瓦斯含量、残余瓦斯含量、钻孔瓦斯涌出量、透气性系数与赋存深度的关系，分析瓦斯涌出来源，并提出防治技术措施。１煤层地质情况
某矿三水平５煤层位于下石盒子组中段，以１／３焦煤为主，挥发份值为３２．９ｌ％～３５．９７“，平均３４．２９％，溶重１．４５ｔ／ｒａ＂。上距４煤层１３．７ｍ，煤层底板为岩层，含化石碎块，中上部有０．２ｍ含大量沙粒，平均厚度２０．６６ｍ。煤层顶板为１３．７ｍ厚的中细粒砂岩。顶、底板的岩层透气性较大，地
质构造较发育，瓦斯放散速度特别快。２工作面瓦斯涌出量预测
影响瓦斯涌出量的主要因素有ｔ自然因素和开采技术因素。自然因素主要包括三方面，即煤层和围岩的瓦斯含量、开采深度和地面大气压力的变化；开采技术因素主要包括开采顺序与回采方法、回采速度与产量、落煤工艺与老顶来压步距、通风压力与采空区密闭质量和采场的通风系统等。
目前，矿井瓦斯涌出量的表达方法有两种，绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量，前者是指单位时间从煤与岩石内涌出的瓦斯量，单位为ｍ３／ｒａｉｎ或ｍ３／ｄ；后者是指平均日产１ｔ煤同期所涌出的瓦斯量，单位是ｍ３／ｔ。
收藕日期：２００７—０６—２５
作者简升，张耀平（１９７４一）。男，河南潭河人，讲师，从事矿山开采设计、矿业安全等方面的研究。
采掘工作面瓦斯涌出量预测方法，可采用统计分析法和分源计算法。统计分析法是统计过去已采
第１１期
张耀平等：工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
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或已掘工作面瓦斯涌出规律，预测该工作面前方未采区或煤层赋存条件基本相同的相邻工作面瓦斯涌出情况，然而，由于地质构造的影响，往往预测工作面与统计工作面的赋存状况差异很大，故无法使用统计预测法；分源计算法是以煤层瓦斯含量和开采技术条件为基础．根据主要瓦斯涌出源：回采（包括围岩和邻近层）、掘进及采空区瓦斯涌出规律，对回采工作面、掘进工作面瓦斯涌出进行计
裹１
算，以预测采区、矿井瓦斯涌出量。
下面分别采用统计分析法和分源计算法，对５煤层采掘工作面瓦斯涌出情况进行预测。２．１统计分析法
根据三水平５煤层采掘实际状况，拟选择５煤层２１２１０机巷和３１０６０机巷掘进时的通风、瓦斯日报和日进尺进行统计分析。如表１和２所示。
２１２１０机巷掘进期间瓦斯涌出情况
基于所测定的５煤层瓦斯基本参数（测定过程略），煤层瓦斯压力、钻孔瓦斯涌出量和煤层透气
性系数随采深变化规律如表３所示，煤层瓦斯含量和残余瓦斯含量随采深变化规律如表４所示。
衰３瓦斯参数与煤层赋存标高之间的美系
从中可以看出：５煤层的瓦斯压力值随采深的增加，有增加的趋势，５煤层瓦斯压力随采深变化梯度为０．０７２～０．１３１ＭＰａ／１００ｍ。钻孔瓦斯涌出量
和煤层透气性系数随着采深的增加，则表现为逐渐降低，其降低梯度为（１．３６～２．４６）ｍｌ／ｓ／ｌＯＯｍ和（１．８６～４．６１）×１０—２ｍ２／ＭＰａ２・ｄ／ｌＯＯｍ。
寰４赛验室蒉定瓦斯参数与煤层赋存标商之间的美摹
中国矿业
第１６卷
从中可以看出ｔ５煤层的瓦斯含量和残余瓦斯含量值随采深的增加而增加，增加梯度分别为０．７３～１．９８ｍ３／ｔ／１００ｍ和０．１１～０．１５ｍ３／ｔ／１００ｍ，但不同区域有所差别。２．２分源计算法
（１）回采工作面瓦斯涌出量。回采工作面瓦斯涌出量是由开采层（含围岩）和邻近层瓦斯涌出两部分组成。５煤层开采时，所能影响到的邻近层煤层厚度分别为１＿２ｍ、０．８ｍ，间距分别为４．５ｍ和６．７０ｍ。开采过程中，邻近层受采动影响卸压而向工作面涌出瓦斯，故回采工作面瓦斯涌出量为：
ｑ目＝ｑＩ＋ｑ２一岛・ｋ２・＾ａ・坐（Ｚ００一毗）＋
｜ｔｈ
ｙ竺＾，．（弛。一吼）
（１）
，－－－７ｍ１
式中，口－——开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，ｍ３／ｔ；＾。——围岩瓦斯涌出系数，取１．１；
ｔｚ——工作面丢煤瓦斯涌出系数。取回采率的倒数；＾。——工作面预排瓦斯影响系数；
砜——煤层厚度，ｍｔｍ－——煤层开采厚度，１２１｝矾——煤层原始瓦斯含量，ｍ３／ｔ｝
砒——煤的残存瓦斯含量，ｍ３／ｔｔｑ２——邻近
层相对瓦斯涌出量，ｍ３／ｔ；
砚——第ｉ个邻近层厚度，ｍ，＾。——第ｉ个
邻近层瓦斯排放率，两个上邻近层分别取０．９５、
０．９０；ｗ。。——第ｉ个邻近层原始瓦斯含量，ｍ３／ｔ，近似取５煤层原始瓦斯含量，ｕ瞄——第ｉ个邻近层煤的残存瓦斯含量，ｍ３／ｔ，取１．２６ｍ３／ｔ。
５煤层正在开采的是２２１６０工作面，该工作面长度１４９ｍ，煤层厚度２．５６ｍ，开采高度２．５０ｍ，回采率为０．９，日产量２０００ｔ，巷道预排等值宽度取１８ｍ，开采方式为长壁后退式回采，煤的原始瓦斯含量为３．２５ｍ３／ｔ，煤的残存瓦斯含量取１．２６ｍ３／ｔ，经计算，该回采工作面瓦斯涌出量为：
ｑｌ一２．８６ｍ３／ｔ，ｑ２—１．４８ｍ３／ｔ，口目一４．３４ｍ３／ｔ
（２）掘进工作面瓦斯涌出量。掘进工作面瓦斯涌出量由煤壁瓦斯涌出Ｑ１和落煤瓦斯涌出Ｑｚ组成。
①煤壁瓦斯涌出
Ｑ１一Ｈ・ｍ－Ｖ・Ｏｏ・（２（Ｌ／Ｖ）１，２—１）（２）
式中，Ｑ。——煤壁瓦斯涌出量，ｍ３／ｍｉｎ；ｎ——暴
露煤壁面个数；
ｍ——掘进地点煤层厚度，ｍｔＶ——平均掘
进速度，ｍ／ｒａｉｎ；
Ｑ。——煤壁瓦斯涌出初速度，Ｑｏ＝０．０２６［ｏ．ｏ００４ｖｋ，＋ｏ．１６１ｔ￡∞，ｍ３／ｍ２．ｍｉｎｔ
ｖ血，——煤的挥发份含量，％；Ｌ——巷道长
度，ｍ。
②落煤瓦斯涌出
Ｑ２＝ｓ・Ｖ・ｒ・（讪一毗）
（３）
式中．Ｑ。——落煤瓦斯涌出量，ｍ３／ｍｉｎｔ５——掘
进巷道见煤断面积，ｍ２’
ｒ煤的容重，ｔ／ｍ３；其余符号意义同前。
以２２１６０风巷掘进工作面瓦斯涌出量预测为
例，该巷道通风风量为２８０ｍ３／ｒａｉｎ，掘进速度为０．８４ｍ／ｈ，巷道断面面积为８．１５ｍ２，煤层厚度为２．５６ｍ，巷道长度为８００ｍ，煤的挥发份为３２．５６％，经计算，２２１６０风巷掘进工作面平均瓦斯涌出量预测值为ｔ
Ｑ—Ｑ１＋Ｑｚ
一１．３０＋０．５９—１．８９ｍ３／ｍｉｎ
２２１６０风巷掘进工作面平均瓦斯涌出量实测值为：１．６８ｍ３／ｍｉｎ，预测结果与工作面的实际统计值，较为吻合，其误差为１１．１％。表明该计算法可以应用于５煤层瓦斯涌出量预测。３工作面瓦斯来源分析
根据三水平５煤层赋存综合柱状图可知，５煤层有２个上邻近层，上邻近层分别为４和３煤层，４煤层与５煤层间距为１３．７ｍ．３煤层与５煤层间距为３０ｍ，５煤层工作面开采过程中，此２层煤的瓦斯大部分均涌人工作面，直接影响工作面的安全生产。
三水平及其以深，主要受北西一南东向搌布的郭庄背斜的倾伏端，竹园逆断层、张家逆断层的控制，构造特征主要是挤压剪切受力为主。郭庄背斜的倾伏端，煤层的倾角、倾向和走向都发生急剧的变化，这种变化会使煤层遭受强烈的挤压和剪切破坏。竹园逆断层和张家逆断层连成为带状，控制了三水平及其以深的大半部分，仅井田深部边界的西北端，构造较简单。此外，龙池断层对三水平及其以深的煤层赋存也有重要的影响，该断层走向Ｎ５３。Ｅ，倾向ＳＥ，倾角６５。，落差２８ｍ，延展长度１０００ｍ左右，属于张（扭）性断层，从目前巷道掘进过程来看，该断层带附近瓦斯较大，在２００２年５月２日２２１６０掘进工作面掘进过程中，曾出现瓦斯涌出异常现象，涌出瓦斯４５０ｍ３。
开采过程中，本煤层瓦斯是工作面瓦斯涌出的
主要来源，其主要是工作面煤壁和落煤瓦斯涌出；
采空区瓦斯涌出亦是工作面瓦斯涌出的重要组成部
第１１期张耀平等：工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
分，其来源于工作面残留煤炭和邻近层瓦斯，但目前所占比例较小。４防治措施
采掘工作面瓦斯防治技术措施，主要包括掘进工作面和回采工作面瓦斯防治、采空区瓦斯防治措施和独头巷道瓦斯积聚的处理，但是，针对目前５煤层的瓦斯涌出情况，其瓦斯治理主要是掘进工作和回采工作面。
４．１掘进工作瓦斯防治技术
控制掘进巷道瓦斯涌出，避免瓦斯浓度超限的主要方法有：提前预抽瓦斯、边掘边抽瓦斯、井巷周壁隔绝封堵引排瓦斯、双巷掘进、缩短独头掘进巷道长度、加大通风、严格通风管理、设专职瓦斯检查员与瓦斯监测、现在掘进速度等。
根据目前三水平５煤层各风巷、机巷的瓦斯涌出情况和工作面突出危险性预测指标的测试，可以
看出：三水平５煤层巷道瓦斯涌出量相对较小，掘
进工作面绝对瓦斯涌出量一般均在３ｍ３／ｒａｉｎ以下，回采工作面绝对瓦斯涌出量一般均在５ｍ３／ｒａｉｎ以下，尚不需采用抽、排等方式处理。因此，建议采用的瓦斯防治措施为：加强通风和瓦斯检查与监测，严格通风管理，确保掘进过程中瓦斯浓度不超限，及时处理局部瓦斯积聚，尤其是高冒区瓦斯积聚；对于瓦斯涌出异常的掘进工作面，可采取掘前向煤层打瓦斯排放孔或边掘边排的办法排放瓦斯，降低掘进期间瓦斯涌出量。
三水平５煤层个别已经揭露的工作面突出危险性预测指标时有超限，表明该煤层有潜在的突出危险性，故在瓦斯涌出异常的掘进工作面的采掘过程中，应加强工作面突出危险性的预测，确保防治措施的实施、效果检验及安全防护。在实际预测中，为避免影响其它工序，提高采掘生产效率，可采用综合分析的方法进行工作面突出危险性预测，或在钻孔瓦斯涌出初速度‰、钻屑瓦斯解吸指标Ａｈ。、钻屑量ｓ等预测方法中，选择合适的预测指标，当预测指标不超限时，方可正常掘进。
防治措施可采用打排放钻孔法。
效果检验可采用钻孔瓦斯涌出初速度法、Ｒ值法、钻屑指标法。检验孔应小于或等于措施孔，并应布置在两个措施孔之间。若测得的指标在煤层突出危险临界值以下，认为措施有效；反之，认为措施无效，必须采取补充措施，如加大排放孔密度。
在煤巷掘进工作面，当绝对瓦斯涌出量大于３ｍ。／ｒａｉｎ，通风方法无法解决时，可采用局部抽放措施，即由巷遭两侧向周围煤体打钻的边掘边抽的
方法，抽放工作面周围、前方煤体的瓦斯，以确保掘进工作面的瓦斯浓度不超限。４．２采煤工作面瓦斯防治
采煤工作面瓦斯治理原则是：既要确保安全又
要实现高产稳产，两个目标不能偏废，但确保安全
是基础。
分源治理、综合配套、最佳组合是矿井瓦斯治理的基本思路。
根据三水平５煤层瓦斯赋存状况和工作面瓦斯涌出来源，结合已采掘的工作面瓦斯涌出规律分析，在三水平５煤层采煤工作面瓦斯治理中，可采取以下几种防治措施：①加强通风和瓦斯检查与监测，严格通风管理，确保回采过程中瓦斯浓度不超限，及时处理局部瓦斯积聚。②随着开采深度的延伸，瓦斯涌出量不断增加，当采用通风的方法不能解决瓦斯超限时，建议采用的瓦斯防治措施为：本煤层采前预排；工作面超前排放瓦斯；采空区瓦斯抽放｝采落煤块洒水快运。③若工作面上隅角瓦斯超限，可采取如下措施：若瓦斯浓度不太高（３％左右），可采用加挂风障法，引导风流吹散上隅角瓦斯＃自控抽出式局部通风机抽排法；上隅角埋管抽放法；斜交钻孔或高位钻孔抽放法等。
根据目前三水平５煤层瓦斯涌出情况，建议采用的方法：加强通风和瓦斯检查与监测，严格通风管理，确保回采过程中瓦斯浓度不超限，及时处理局部瓦斯积聚。５结论
（１）采用统计分析和分源计算两种方法，对５煤层采掘工作面瓦斯涌出量进行预测，分析采掘工作面瓦斯涌出影响因素和涌出来源，得出煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、煤层残余瓦斯含量等参数随采深增加而变化的规律：瓦斯压力值随采深的增加，有增加的趋势，煤层瓦斯压力随采深变化梯度为０．０７２～０．１３１ＭＰａ／ｌＯＯｍ；钻孔瓦斯涌出量和煤层透气性系数随着采深的增加，则表现为逐渐降低，其降低梯度分别为（１．３６～２．４６）ｍｌ／ｓ／ｌＯＯｍ和（１．８６～４．６１）×１０４ｍ２／ＭＰａ２．ｄ／ｌＯＯｍ；煤层的瓦斯含量和残余瓦斯含量值随采深的增加而增加，其增加梯度分别为０．７３～１．９８ｍ３／ｔ／１００ｍ和０．１１～０．１５ｍ３／ｔ／１００ｍ，但不同区域有所差别。
（２）有针对性地提出了５煤层开采过程中，瓦斯防治技术措施。对于采掘工作面瓦斯涌出，在采用通风方法无法解决时，应首先考虑采用合理的
（下转第５２页Ｊ
中国矿业
实时趋势显示数据当前的数据变化趋势，其操作方法与历史趋势几乎一致，这里不再赘述。
（３）报警显示
某些模拟量数据如煤仓煤位等，当数据超过正常范围，就需要报警提示。在报警提示表中，显示信号在哪段时间值内，数值是偏高或是偏低。按下。报警显示”按钮后，将会出现报警纪录显示：
①。确认所有报警”：报警纪录表里，会显示当前和历史报警纪录，点击此按钮将对所有数据进行筛选。只显示当前处于报警状态的数据，并在“确定”栏打勾确定，自动删除当前不处于报警状态的数据。
②“确认所选报警”：选择报警纪录里的一个报警纪录值，点击此按钮，确定这个数据当前是否处于报警状态。若当前不处于报警状态，则自动删除｝若当前处于报警状态，在“确定”栏打勾确定。
③一般情况下，若有数据处于报警状态，则计算机的蜂鸣器会发出“笃笃”的报警声。为了保持操作环境的安静，默认情况下让蜂鸣器处于静音的状态，点击“激活报警音响”按钮，则蜂鸣器被打开，有数据报警时，则发出报警声音。这个按钮显示“屏蔽报警音响”，点击它则消除报警音效。
（４）语音报警
有些信号如“强一堆煤”报警，当强一堆煤时，则发出“强一堆煤”的语音提示。
（５）报表
在本系统中，每条胶带机和给煤机每天的开停时刻和每天的开停总时间都有记录，并且可以对每条纪录进行查询。点击“统计报表”按钮，进人查询画面。
默认情况下，显示左边数据窗口第一条记录的开／停机时间记录，单击左边数据窗口中的项目，右边数据窗口中显示相应项目的开／停机明细。单
击“打印”按钮，打印出开／停机报表。３系统安全性
第１６卷
（１）完善的胶带机及相关设备的保护。采用
性能可靠、动作灵敏、故障率低的控制保护装置，如胶带机自动控制装置核心部分，采用西门子ｓ７系列可编程控制器（ＰＬＣ）。
（２）设备出线口满足安全规程要求，芯线接续简便、牢固。
（３）传感器采用本质安全型或矿用隔爆型。（４）当接触器接点粘连需停胶带机而无法停止时，切断上一级开关。
（５）就地控制装置设立闭锁开关，便于故障
检查，处理时实现闭锁，以防误操作。
（６）在远程控制方式下，设立传输故障保护，实现自动停机，防止失控。
（７）设备选型符合煤矿安全规程要求，具有防潮、防尘、防震和抗干扰性能。
（８）因故障查找或处理故障原因，需临时启动胶带机时，能将不必要的保护信号临时屏蔽，故障排除一切正常后恢复。４结语
该胶带运输机监控系统，解决了就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点。实现就地无人操作，仅设巡检人员。系统采用分布式控制（ＤＣＳ系统），结构合
理，信息共享，实现提高指挥效率和生产率，达到
减人提效的目的。能够充分满足现场运行、检修要
求。整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、修
改灵活。系统具有灵活、可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，人机界面友好。系统具有自诊断功能，并具有语音、图像以及报警功能。系统具有实时数据采集、处理及显示功能。系统结构合理，便于系统的扩展。
・
｛Ｉ｝鼍睾睾来睾鬻｛｜｝半睾来素弗睾睾睾睾幸睾鬻睾弗素来素幸素素幸弗来睾睾睾睾睾睾睾睾●牵膏素睾睾●＿｝睾睾
（上接第４９页）
抽放方法。尤其是采煤工作面上隅角瓦斯治理，在瓦斯超限较为严重的情况下，建议采用自控风机抽排或向采空区上隅角插管、移动瓦斯泵站抽放的方法来解决。
’考文献
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工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
作者：作者单位：
张耀平， 叶青， 贾真真， 江文武， ZHANG Yao-ping， YE Qing， JIA Zhen-zhen，JIANG Wen-wu
张耀平,江文武,ZHANG Yao-ping,JIANG Wen-wu(江西理工大学应用科学学院,江西,赣州,341000)， 叶青,贾真真,YE Qing,JIA Zhen-zhen(湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南,湘潭,411201)中国矿业
CHINA MINING MAGAZINE2007，16(11)0次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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为研究掌握祁南煤矿72煤层的瓦斯赋存规律及煤层瓦斯灾害程度,文章首先分析论述了煤层瓦斯基本参数的物理意义及测试方法,通过现场打钻测定及实验室取样测试分析等工作,得出了煤层瓦斯压力、含量随深度的变化规律,结合其他煤层指标,获得了72煤层的煤层瓦斯赋存规律,并对煤层进行了区域划分,为下一步的煤层瓦斯治理提供了理论基础.
2.期刊论文 叶青.林柏泉.张仁贵.YE Qing.LIN Bo-quan.ZHANG Ren-gui 三河口矿3煤层瓦斯赋存规律探讨 -煤炭工程2006,""(8)
煤层瓦斯赋存状态是研究矿井瓦斯涌出规律和瓦斯灾害防治的技术基础.三河口矿局部瓦斯异常涌出已经开始对煤矿的安全生产有所影响和制约,为此,文章通过测定该矿3煤层的瓦斯参数来开展瓦斯赋存规律的研究,得出了瓦斯压力、瓦斯含量与赋存深度的关系,为采取针对性的防治措施提供了技术依据.
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建业煤炭公司目前已正式投入生产,为了提高对矿井瓦斯隐患的认知度和预测性,在对矿区地质构造条件分析的基础上,结合钻孔采样结果,分析了煤层瓦斯赋存情况及影响因素,认为构造因素是影响该区瓦斯赋存的主要地质因素.该结论可为矿井生产开采提供参考.
4.期刊论文 王永文.吴世跃.董国民.卢波.陈全秋.王灿召.WANG Yong-wen.WU Shi-yue.DONG Guo-min.LU Bo.CHENQuan-qiu.WANG Can-zhao 贺西煤矿3号和4号煤层瓦斯含量与压力的统计分析 -太原理工大学学报2010,41(1)
通过对贺西煤矿地质构造、地质勘探钻孔探明的瓦斯基础参数分析发现煤层埋藏深度是影响该矿瓦斯含量和压力的控制因素.统计分析表明二者分别与煤层的埋藏深度成近似线性关系,并由此预测了生产采区生产区域的瓦斯含量和压力,预测值与实测值误差小于20%.贺西煤田的瓦斯风带深度为225m,瓦斯带内瓦斯含量和压力的变化范围分别为5.27～8.64 m~3/t和0.1～1.45 MPa. 研究结论能作为瓦斯抽放设计的依据.
5.学位论文 程瑞端 煤层瓦斯涌出规律及其深部开采预测的研究 1995
该文在总结了前人关于煤层瓦斯赋存及井工开采采场瓦斯涌出规律研究的基础上,首先对拟研究矿井煤的吸附和渗流特性进行了实验室测定,重点研究了瓦斯压力、温度和围压对它们的影响,并提出了考虑地温和地应力影响的瓦斯压力和含量计算的分式.并且,以此为依据,在矿井地应力、地温和瓦斯参数测定的基础上,采用非线性有限元数值分析方法,进行了华蓥山绿水洞矿的地应力场分析和该矿深部瓦斯压力和含量的预测,为矿井延深的瓦斯涌出计算奠定了基础.采场瓦斯涌出规律是该研究的重点,该文根据回采工作面煤壁、采落煤粒瓦斯涌出的实测资料,采区巷道中的遥测资料和理论分析,提出了采场瓦斯涌出量的计算公式.同时,还根据煤层瓦斯的渗流理论,进行了采面前方煤体中瓦斯渗流场的有限元数值分析,所得计算结果,与现场实测计算值基本吻合.该文所提出的研究方法,对于一般瓦斯矿井也适用,所取得的具体研究成果,对华蓥山绿水洞矿深部开采的瓦斯治理具有指导作用.
6.期刊论文 刘继认.王启明.冯军 安林煤矿煤与瓦斯突出区域危险性分布的探讨 -焦作工学院学报（自然科学版）2004,23(6)
通过分析安林煤矿煤与瓦斯突出特点及瓦斯赋存状况,研究和探讨了地质构造和岩浆岩侵入对煤质和瓦斯赋存的影响,测定了突出预测指标在煤层中的变化及其分布规律,对开采煤层进行了突出危险性区划.
7.期刊论文 陈飞.姜波.李仁东.屈争辉.刘磊.CHEN Fei.JIANG Bo.LI Ren-dong.QU Zheng-hui.LIU Lei 贵州青龙
矿瓦斯赋存与突出影响因素分析 -贵州地质2008,25(4)
本文在贵州青龙煤矿瓦斯地质条件综合分析的基础上,通过矿井瓦斯含量、瓦斯压力和煤与瓦斯突出等特征的深入分析,探讨了区域演化、煤层顶、底板岩性、煤层埋深和矿井构造对瓦斯赋存和突出的控制作用.结果表明:区域沉积演化的特殊性是造成整个贵州西部地区瓦斯含量较大的主要原因;矿区内瓦斯分布的整体趋势受煤层埋深的控制,而瓦斯含量分布不均匀性主要受矿井构造的影响.
8.学位论文 李忠华 高瓦斯煤层冲击地压发生理论研究及应用 2007
目前对通常的冲击地压的发生机理已经有些基本认识，对其预测与防治已形成一些基本方法和技术。但迄今为止很少见到对高瓦斯煤层冲击地压的发生机理、预测、防治进行系统专门的研究。选择阜新矿区五龙等矿为试验矿井，采用理论分析、实验室试验和现场实验相结合的研究方法，对高瓦斯煤层冲击地压发生机理及预防技术进行研究。主要内容如下：
1．现场调研与实验研究。通过现场调研，对试验矿井地质情况、瓦斯赋存与抽放情况和冲击地压发生情况进行了统计分析。
通过实验室试验测定了试验矿井煤样的视密度、抗压强度、弹性模量等物理力学参数，测定瓦斯渗透率、水渗透率、峰值强度与瓦斯含量的关系、弹性模量与瓦斯含量的关系、湿润接触角、浸水过程中力学性质随含水率的变化规律。
2．高瓦斯煤层冲击地压发生理论研究。揭示了高瓦斯煤层冲击地压发生机理、冲击地压发生后的瓦斯涌出机理、瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的区别与联系。建立了高瓦斯煤层冲击地压发生理论及其数学模型，对煤巷和采煤工作面冲击地压进行了解析分析。
瓦斯压力存在一个临界值，当瓦斯压力大于临界值时，Klinbenberg效应消失，煤对瓦斯的吸附达到饱和，有效应力系数随瓦斯压力增大而减小，渗透系数随瓦斯压力增大而增大，表现为高瓦斯特性。
含瓦斯煤体孔隙中的瓦斯对煤体通过孔隙压力以有效应力的方式施加于煤体，煤体的变形破坏过程受有效应力控制，在有效应力作用下，煤体中的裂纹发生发展，当局部的有效应力超过峰值强度时，此局部区域的煤体成为应变软化的非稳定介质，形成了由此局部区域的非稳定介质与外部区域的稳定介质组成的变形系统。采掘过程中，在瓦斯吸附、解吸、渗流与煤层变形耦合作用下，系统处于非稳定平衡状态，遇外部扰动时，系统将会失稳而形成冲击地压灾害。
高瓦斯煤体发生冲击地压时，在冲击点形成了瓦斯卸压带，在瓦斯压力差和浓度差作用下，煤体内瓦斯的解吸、扩散和渗流同时进行，因此会有大量瓦斯涌出，并会持续一段时间。
瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的孕育过程是完全相似的，但发生过程和能量来源有很大区别。瓦斯煤层冲击地压是煤层变形系统整体受压失稳而发生的，而煤和瓦斯突出是拉性有效应力超过煤抗拉强度发生的拉伸失稳破坏。高瓦斯煤层冲击地压的发生条件与瓦斯压力和煤的力学性质有关。煤巷冲击地压的临界载荷随瓦斯压力增大而增加。采煤工作面冲击地压的临界载荷随有效应力系数和瓦斯压力增大而增加。
3．高瓦斯煤层冲击地压预测技术研究。考虑瓦斯的作用与影响，确定了瓦斯煤层钻屑量指标，讨论相关参数对钻屑量指标的影响规律，并与不考虑瓦斯情况的钻屑量指标进行了对比分析。确定了钻屑法检测冲击地压危险的工艺参数，通过现场实施验证了其正确性和可行性。 考虑瓦斯的作用与影响时，钻屑指标低于不考虑瓦斯影响时的理论值，随瓦斯压力增大而减小，随有效应力系数增大而减小
4．高瓦斯煤层冲击地压防治技术研究分别应用单孔介质和双孔介质模型，建立瓦斯煤层注水过程水气驱替理论。通过求解平面径向流水气驱替基本方程，得到计算注水时间的解析式。对阜新矿区煤层注水防治瓦斯煤层冲击地压的可行性进行了研究，确定了瓦斯煤层注水防治冲击地压的工艺参数和过程，并通过现场实施进行了验证。提出了阜新矿区高瓦斯煤层冲击地压总体防治方案、具体解危措施和冲击地压后瓦斯涌出防治措施。
煤被水湿润后物理力学性质发生改变，凡是注水充分的工作面，冲击地压发生的频度和强度均大大降低。瓦斯煤层注水过程是水驱替瓦斯的过程。煤体孔隙率、瓦斯压力和注水半径越大注水时间越长，渗透率和注水压力越大注水时间越短。注水工艺参数主要有注水半径、注水量、注水时间、注水孔封孔长度、注水压力等。
9.期刊论文 陈飞.姜波.李仁东.屈争辉.刘磊.CHEN Fei.JIANG Bo.LI Ren-dong.QU Zheng-hui.LIU Lei 贵州青龙矿瓦斯赋存与突出影响因素分析 -煤矿开采2008,13(2)
在贵州青龙煤矿瓦斯地质条件综合分析的基础上,通过矿井瓦斯含量、瓦斯压力和煤与瓦斯突出等特征的深入分析,探讨了区域演化、煤层顶、底板岩性、煤层埋深和矿井构造对瓦斯赋存和突出的控制作用.结果表明,区域沉积演化的特殊性是造成整个贵州西部地区瓦斯含量较大的主要原因;矿区内瓦斯分布的整体趋势受煤层埋深的控制,而瓦斯含量分布不均匀性主要受矿井构造的影响.
10.期刊论文 熊晓英.胡宝林.XIONG Xiao-ying.HU Bao-lin 新集一矿13-1煤层瓦斯赋存特征研究 -煤炭工程2009,""(12)
根据新集一矿13-1煤层勘探期间直接测定和矿井生产期间利用测定煤层瓦斯压力间接计算所获得的瓦斯含量数据,编制了新集一矿13-1煤层瓦斯含量等值线.分析了影响瓦斯赋存的地质因素,得到了瓦斯赋存和分布规律,对指导矿井采掘接替、通风设计及采取有针对性的瓦斯综合治理有着重要的现实意义.
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第１６卷第１１期２００７年１１月
中国矿业
ＣＨＩＮＡＭＩＮＩＮＧ
Ｖ０１．１６。Ｎｏ．１１Ｎｏｖｅｍｂｅｒ
２００７
ＭＡＧＡＺｌＮＥ
工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
张耀平１，叶青２，贾真真２，江文武１
（１．江西理工大学应用科学学院，江西赣州３４１０００｝２．湖南科技大学能源与安全工程学院，湖南湘潭４１１２０１）
摘要：煤层瓦斯赋存状态是研究矿井瓦斯涌出规律和瓦斯灾害防治的技术基础。某矿５煤层局部瓦斯异常涌出．已经开始对煤矿的安全生产有所影响和制约。于此。笔者采用统计分析和分源计算两种方法，对采掘工作面瓦斯涌出量进行了预测，分析了采掘工作面瓦斯涌出影响因素和涌出来源，得出了煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、煤层残余瓦斯含量，钻孔瓦斯涌出量等参数・随采深增加而变化的规律．并提出了针对性的防治措施。
关键词：瓦斯赋存，瓦斯压力；瓦斯台量｝异常涌出Ｉ预测中围分类号：ＴＤ７１２＋．２
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００４－－４０５１（２００７）１ｌ一００４６一０４
Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｆｏｒｅｃａｓｔｏｆｇａｓｅｍｉｓｓｉｏｎｉｎｗｏｒｋｆａｃｅ
ＺＨＡＮＧＹａｏ－ｐｉｎ９１，ＹＥ
Ｑｉｎ９２，ＪＩＡＺｈａｎ－ｚｈｅｎ２，ＪＩＡＮＧＷｅｎ－ｗｕｌ
（１．Ｓｃｈｏｏｌｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｃｉｅｎｃｅ，ＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
ＧａｎＺｈｏｕ
３４１０００，Ｃｈｉｎａ｝２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｘｉａｎｇｔａｎ４１１２０１，Ｃｈｉｎａ）
ｔｅｅｈｎｏ－ｂａｓｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙ
ｍｉｎｅｈａｄｅｆｆｅｃｔ
ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｇａｓ
ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ
ｒｕｌｅｉｓｔｈｅ
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ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ
ｆａｃｅｗａｓｆｏｒｅｃａｓｔｅｄｂｙｍｅａｎｓｏｆｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｉｆ－
ｓｏｕｒｃｅｓ
ｆｅｒｅｎｔ－ｓｏｕｒｃｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．ａｎｄｔｈｅｔｗｅｅｎ
ｅｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓａｎｄｏｆｇａｓｅｍｉｓｓｉｏｎ
ａｒｅ
ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｅ—
ｇａｓ
ｐｒｅｓｓｕｒｅ
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ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ）ｇａｓ
ｂｒｏｕｇｈｔｆｏｒｗａｒｄ．
ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ
ｐｒｅｓｓｆｇａｓ
ｃｏｎｔｅｎｔ；ｕｎｅｖｅｎ
ｅｍｉｓｓｉｏｍｆｏｒｅｃａｓｔ
煤层瓦斯是与煤层伴生的气态地质体，煤是生成瓦斯的母岩和瓦斯赋存的主要载体。由于篇幅有限，本文只讨论瓦斯压力、瓦斯含量、残余瓦斯含量、钻孔瓦斯涌出量、透气性系数与赋存深度的关系，分析瓦斯涌出来源，并提出防治技术措施。１煤层地质情况
某矿三水平５煤层位于下石盒子组中段，以１／３焦煤为主，挥发份值为３２．９ｌ％～３５．９７“，平均３４．２９％，溶重１．４５ｔ／ｒａ＂。上距４煤层１３．７ｍ，煤层底板为岩层，含化石碎块，中上部有０．２ｍ含大量沙粒，平均厚度２０．６６ｍ。煤层顶板为１３．７ｍ厚的中细粒砂岩。顶、底板的岩层透气性较大，地
质构造较发育，瓦斯放散速度特别快。２工作面瓦斯涌出量预测
影响瓦斯涌出量的主要因素有ｔ自然因素和开采技术因素。自然因素主要包括三方面，即煤层和围岩的瓦斯含量、开采深度和地面大气压力的变化；开采技术因素主要包括开采顺序与回采方法、回采速度与产量、落煤工艺与老顶来压步距、通风压力与采空区密闭质量和采场的通风系统等。
目前，矿井瓦斯涌出量的表达方法有两种，绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量，前者是指单位时间从煤与岩石内涌出的瓦斯量，单位为ｍ３／ｒａｉｎ或ｍ３／ｄ；后者是指平均日产１ｔ煤同期所涌出的瓦斯量，单位是ｍ３／ｔ。
收藕日期：２００７—０６—２５
作者简升，张耀平（１９７４一）。男，河南潭河人，讲师，从事矿山开采设计、矿业安全等方面的研究。
采掘工作面瓦斯涌出量预测方法，可采用统计分析法和分源计算法。统计分析法是统计过去已采
第１１期
张耀平等：工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
４７
或已掘工作面瓦斯涌出规律，预测该工作面前方未采区或煤层赋存条件基本相同的相邻工作面瓦斯涌出情况，然而，由于地质构造的影响，往往预测工作面与统计工作面的赋存状况差异很大，故无法使用统计预测法；分源计算法是以煤层瓦斯含量和开采技术条件为基础．根据主要瓦斯涌出源：回采（包括围岩和邻近层）、掘进及采空区瓦斯涌出规律，对回采工作面、掘进工作面瓦斯涌出进行计
裹１
算，以预测采区、矿井瓦斯涌出量。
下面分别采用统计分析法和分源计算法，对５煤层采掘工作面瓦斯涌出情况进行预测。２．１统计分析法
根据三水平５煤层采掘实际状况，拟选择５煤层２１２１０机巷和３１０６０机巷掘进时的通风、瓦斯日报和日进尺进行统计分析。如表１和２所示。
２１２１０机巷掘进期间瓦斯涌出情况
基于所测定的５煤层瓦斯基本参数（测定过程略），煤层瓦斯压力、钻孔瓦斯涌出量和煤层透气
性系数随采深变化规律如表３所示，煤层瓦斯含量和残余瓦斯含量随采深变化规律如表４所示。
衰３瓦斯参数与煤层赋存标高之间的美系
从中可以看出：５煤层的瓦斯压力值随采深的增加，有增加的趋势，５煤层瓦斯压力随采深变化梯度为０．０７２～０．１３１ＭＰａ／１００ｍ。钻孔瓦斯涌出量
和煤层透气性系数随着采深的增加，则表现为逐渐降低，其降低梯度为（１．３６～２．４６）ｍｌ／ｓ／ｌＯＯｍ和（１．８６～４．６１）×１０—２ｍ２／ＭＰａ２・ｄ／ｌＯＯｍ。
寰４赛验室蒉定瓦斯参数与煤层赋存标商之间的美摹
中国矿业
第１６卷
从中可以看出ｔ５煤层的瓦斯含量和残余瓦斯含量值随采深的增加而增加，增加梯度分别为０．７３～１．９８ｍ３／ｔ／１００ｍ和０．１１～０．１５ｍ３／ｔ／１００ｍ，但不同区域有所差别。２．２分源计算法
（１）回采工作面瓦斯涌出量。回采工作面瓦斯涌出量是由开采层（含围岩）和邻近层瓦斯涌出两部分组成。５煤层开采时，所能影响到的邻近层煤层厚度分别为１＿２ｍ、０．８ｍ，间距分别为４．５ｍ和６．７０ｍ。开采过程中，邻近层受采动影响卸压而向工作面涌出瓦斯，故回采工作面瓦斯涌出量为：
ｑ目＝ｑＩ＋ｑ２一岛・ｋ２・＾ａ・坐（Ｚ００一毗）＋
｜ｔｈ
ｙ竺＾，．（弛。一吼）
（１）
，－－－７ｍ１
式中，口－——开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，ｍ３／ｔ；＾。——围岩瓦斯涌出系数，取１．１；
ｔｚ——工作面丢煤瓦斯涌出系数。取回采率的倒数；＾。——工作面预排瓦斯影响系数；
砜——煤层厚度，ｍｔｍ－——煤层开采厚度，１２１｝矾——煤层原始瓦斯含量，ｍ３／ｔ｝
砒——煤的残存瓦斯含量，ｍ３／ｔｔｑ２——邻近
层相对瓦斯涌出量，ｍ３／ｔ；
砚——第ｉ个邻近层厚度，ｍ，＾。——第ｉ个
邻近层瓦斯排放率，两个上邻近层分别取０．９５、
０．９０；ｗ。。——第ｉ个邻近层原始瓦斯含量，ｍ３／ｔ，近似取５煤层原始瓦斯含量，ｕ瞄——第ｉ个邻近层煤的残存瓦斯含量，ｍ３／ｔ，取１．２６ｍ３／ｔ。
５煤层正在开采的是２２１６０工作面，该工作面长度１４９ｍ，煤层厚度２．５６ｍ，开采高度２．５０ｍ，回采率为０．９，日产量２０００ｔ，巷道预排等值宽度取１８ｍ，开采方式为长壁后退式回采，煤的原始瓦斯含量为３．２５ｍ３／ｔ，煤的残存瓦斯含量取１．２６ｍ３／ｔ，经计算，该回采工作面瓦斯涌出量为：
ｑｌ一２．８６ｍ３／ｔ，ｑ２—１．４８ｍ３／ｔ，口目一４．３４ｍ３／ｔ
（２）掘进工作面瓦斯涌出量。掘进工作面瓦斯涌出量由煤壁瓦斯涌出Ｑ１和落煤瓦斯涌出Ｑｚ组成。
①煤壁瓦斯涌出
Ｑ１一Ｈ・ｍ－Ｖ・Ｏｏ・（２（Ｌ／Ｖ）１，２—１）（２）
式中，Ｑ。——煤壁瓦斯涌出量，ｍ３／ｍｉｎ；ｎ——暴
露煤壁面个数；
ｍ——掘进地点煤层厚度，ｍｔＶ——平均掘
进速度，ｍ／ｒａｉｎ；
Ｑ。——煤壁瓦斯涌出初速度，Ｑｏ＝０．０２６［ｏ．ｏ００４ｖｋ，＋ｏ．１６１ｔ￡∞，ｍ３／ｍ２．ｍｉｎｔ
ｖ血，——煤的挥发份含量，％；Ｌ——巷道长
度，ｍ。
②落煤瓦斯涌出
Ｑ２＝ｓ・Ｖ・ｒ・（讪一毗）
（３）
式中．Ｑ。——落煤瓦斯涌出量，ｍ３／ｍｉｎｔ５——掘
进巷道见煤断面积，ｍ２’
ｒ煤的容重，ｔ／ｍ３；其余符号意义同前。
以２２１６０风巷掘进工作面瓦斯涌出量预测为
例，该巷道通风风量为２８０ｍ３／ｒａｉｎ，掘进速度为０．８４ｍ／ｈ，巷道断面面积为８．１５ｍ２，煤层厚度为２．５６ｍ，巷道长度为８００ｍ，煤的挥发份为３２．５６％，经计算，２２１６０风巷掘进工作面平均瓦斯涌出量预测值为ｔ
Ｑ—Ｑ１＋Ｑｚ
一１．３０＋０．５９—１．８９ｍ３／ｍｉｎ
２２１６０风巷掘进工作面平均瓦斯涌出量实测值为：１．６８ｍ３／ｍｉｎ，预测结果与工作面的实际统计值，较为吻合，其误差为１１．１％。表明该计算法可以应用于５煤层瓦斯涌出量预测。３工作面瓦斯来源分析
根据三水平５煤层赋存综合柱状图可知，５煤层有２个上邻近层，上邻近层分别为４和３煤层，４煤层与５煤层间距为１３．７ｍ．３煤层与５煤层间距为３０ｍ，５煤层工作面开采过程中，此２层煤的瓦斯大部分均涌人工作面，直接影响工作面的安全生产。
三水平及其以深，主要受北西一南东向搌布的郭庄背斜的倾伏端，竹园逆断层、张家逆断层的控制，构造特征主要是挤压剪切受力为主。郭庄背斜的倾伏端，煤层的倾角、倾向和走向都发生急剧的变化，这种变化会使煤层遭受强烈的挤压和剪切破坏。竹园逆断层和张家逆断层连成为带状，控制了三水平及其以深的大半部分，仅井田深部边界的西北端，构造较简单。此外，龙池断层对三水平及其以深的煤层赋存也有重要的影响，该断层走向Ｎ５３。Ｅ，倾向ＳＥ，倾角６５。，落差２８ｍ，延展长度１０００ｍ左右，属于张（扭）性断层，从目前巷道掘进过程来看，该断层带附近瓦斯较大，在２００２年５月２日２２１６０掘进工作面掘进过程中，曾出现瓦斯涌出异常现象，涌出瓦斯４５０ｍ３。
开采过程中，本煤层瓦斯是工作面瓦斯涌出的
主要来源，其主要是工作面煤壁和落煤瓦斯涌出；
采空区瓦斯涌出亦是工作面瓦斯涌出的重要组成部
第１１期张耀平等：工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
分，其来源于工作面残留煤炭和邻近层瓦斯，但目前所占比例较小。４防治措施
采掘工作面瓦斯防治技术措施，主要包括掘进工作面和回采工作面瓦斯防治、采空区瓦斯防治措施和独头巷道瓦斯积聚的处理，但是，针对目前５煤层的瓦斯涌出情况，其瓦斯治理主要是掘进工作和回采工作面。
４．１掘进工作瓦斯防治技术
控制掘进巷道瓦斯涌出，避免瓦斯浓度超限的主要方法有：提前预抽瓦斯、边掘边抽瓦斯、井巷周壁隔绝封堵引排瓦斯、双巷掘进、缩短独头掘进巷道长度、加大通风、严格通风管理、设专职瓦斯检查员与瓦斯监测、现在掘进速度等。
根据目前三水平５煤层各风巷、机巷的瓦斯涌出情况和工作面突出危险性预测指标的测试，可以
看出：三水平５煤层巷道瓦斯涌出量相对较小，掘
进工作面绝对瓦斯涌出量一般均在３ｍ３／ｒａｉｎ以下，回采工作面绝对瓦斯涌出量一般均在５ｍ３／ｒａｉｎ以下，尚不需采用抽、排等方式处理。因此，建议采用的瓦斯防治措施为：加强通风和瓦斯检查与监测，严格通风管理，确保掘进过程中瓦斯浓度不超限，及时处理局部瓦斯积聚，尤其是高冒区瓦斯积聚；对于瓦斯涌出异常的掘进工作面，可采取掘前向煤层打瓦斯排放孔或边掘边排的办法排放瓦斯，降低掘进期间瓦斯涌出量。
三水平５煤层个别已经揭露的工作面突出危险性预测指标时有超限，表明该煤层有潜在的突出危险性，故在瓦斯涌出异常的掘进工作面的采掘过程中，应加强工作面突出危险性的预测，确保防治措施的实施、效果检验及安全防护。在实际预测中，为避免影响其它工序，提高采掘生产效率，可采用综合分析的方法进行工作面突出危险性预测，或在钻孔瓦斯涌出初速度‰、钻屑瓦斯解吸指标Ａｈ。、钻屑量ｓ等预测方法中，选择合适的预测指标，当预测指标不超限时，方可正常掘进。
防治措施可采用打排放钻孔法。
效果检验可采用钻孔瓦斯涌出初速度法、Ｒ值法、钻屑指标法。检验孔应小于或等于措施孔，并应布置在两个措施孔之间。若测得的指标在煤层突出危险临界值以下，认为措施有效；反之，认为措施无效，必须采取补充措施，如加大排放孔密度。
在煤巷掘进工作面，当绝对瓦斯涌出量大于３ｍ。／ｒａｉｎ，通风方法无法解决时，可采用局部抽放措施，即由巷遭两侧向周围煤体打钻的边掘边抽的
方法，抽放工作面周围、前方煤体的瓦斯，以确保掘进工作面的瓦斯浓度不超限。４．２采煤工作面瓦斯防治
采煤工作面瓦斯治理原则是：既要确保安全又
要实现高产稳产，两个目标不能偏废，但确保安全
是基础。
分源治理、综合配套、最佳组合是矿井瓦斯治理的基本思路。
根据三水平５煤层瓦斯赋存状况和工作面瓦斯涌出来源，结合已采掘的工作面瓦斯涌出规律分析，在三水平５煤层采煤工作面瓦斯治理中，可采取以下几种防治措施：①加强通风和瓦斯检查与监测，严格通风管理，确保回采过程中瓦斯浓度不超限，及时处理局部瓦斯积聚。②随着开采深度的延伸，瓦斯涌出量不断增加，当采用通风的方法不能解决瓦斯超限时，建议采用的瓦斯防治措施为：本煤层采前预排；工作面超前排放瓦斯；采空区瓦斯抽放｝采落煤块洒水快运。③若工作面上隅角瓦斯超限，可采取如下措施：若瓦斯浓度不太高（３％左右），可采用加挂风障法，引导风流吹散上隅角瓦斯＃自控抽出式局部通风机抽排法；上隅角埋管抽放法；斜交钻孔或高位钻孔抽放法等。
根据目前三水平５煤层瓦斯涌出情况，建议采用的方法：加强通风和瓦斯检查与监测，严格通风管理，确保回采过程中瓦斯浓度不超限，及时处理局部瓦斯积聚。５结论
（１）采用统计分析和分源计算两种方法，对５煤层采掘工作面瓦斯涌出量进行预测，分析采掘工作面瓦斯涌出影响因素和涌出来源，得出煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、煤层残余瓦斯含量等参数随采深增加而变化的规律：瓦斯压力值随采深的增加，有增加的趋势，煤层瓦斯压力随采深变化梯度为０．０７２～０．１３１ＭＰａ／ｌＯＯｍ；钻孔瓦斯涌出量和煤层透气性系数随着采深的增加，则表现为逐渐降低，其降低梯度分别为（１．３６～２．４６）ｍｌ／ｓ／ｌＯＯｍ和（１．８６～４．６１）×１０４ｍ２／ＭＰａ２．ｄ／ｌＯＯｍ；煤层的瓦斯含量和残余瓦斯含量值随采深的增加而增加，其增加梯度分别为０．７３～１．９８ｍ３／ｔ／１００ｍ和０．１１～０．１５ｍ３／ｔ／１００ｍ，但不同区域有所差别。
（２）有针对性地提出了５煤层开采过程中，瓦斯防治技术措施。对于采掘工作面瓦斯涌出，在采用通风方法无法解决时，应首先考虑采用合理的
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中国矿业
实时趋势显示数据当前的数据变化趋势，其操作方法与历史趋势几乎一致，这里不再赘述。
（３）报警显示
某些模拟量数据如煤仓煤位等，当数据超过正常范围，就需要报警提示。在报警提示表中，显示信号在哪段时间值内，数值是偏高或是偏低。按下。报警显示”按钮后，将会出现报警纪录显示：
①。确认所有报警”：报警纪录表里，会显示当前和历史报警纪录，点击此按钮将对所有数据进行筛选。只显示当前处于报警状态的数据，并在“确定”栏打勾确定，自动删除当前不处于报警状态的数据。
②“确认所选报警”：选择报警纪录里的一个报警纪录值，点击此按钮，确定这个数据当前是否处于报警状态。若当前不处于报警状态，则自动删除｝若当前处于报警状态，在“确定”栏打勾确定。
③一般情况下，若有数据处于报警状态，则计算机的蜂鸣器会发出“笃笃”的报警声。为了保持操作环境的安静，默认情况下让蜂鸣器处于静音的状态，点击“激活报警音响”按钮，则蜂鸣器被打开，有数据报警时，则发出报警声音。这个按钮显示“屏蔽报警音响”，点击它则消除报警音效。
（４）语音报警
有些信号如“强一堆煤”报警，当强一堆煤时，则发出“强一堆煤”的语音提示。
（５）报表
在本系统中，每条胶带机和给煤机每天的开停时刻和每天的开停总时间都有记录，并且可以对每条纪录进行查询。点击“统计报表”按钮，进人查询画面。
默认情况下，显示左边数据窗口第一条记录的开／停机时间记录，单击左边数据窗口中的项目，右边数据窗口中显示相应项目的开／停机明细。单
击“打印”按钮，打印出开／停机报表。３系统安全性
第１６卷
（１）完善的胶带机及相关设备的保护。采用
性能可靠、动作灵敏、故障率低的控制保护装置，如胶带机自动控制装置核心部分，采用西门子ｓ７系列可编程控制器（ＰＬＣ）。
（２）设备出线口满足安全规程要求，芯线接续简便、牢固。
（３）传感器采用本质安全型或矿用隔爆型。（４）当接触器接点粘连需停胶带机而无法停止时，切断上一级开关。
（５）就地控制装置设立闭锁开关，便于故障
检查，处理时实现闭锁，以防误操作。
（６）在远程控制方式下，设立传输故障保护，实现自动停机，防止失控。
（７）设备选型符合煤矿安全规程要求，具有防潮、防尘、防震和抗干扰性能。
（８）因故障查找或处理故障原因，需临时启动胶带机时，能将不必要的保护信号临时屏蔽，故障排除一切正常后恢复。４结语
该胶带运输机监控系统，解决了就地控制存在的事故隐患，减少各设备之间相互脱节、无法充分发挥效率的缺点。实现就地无人操作，仅设巡检人员。系统采用分布式控制（ＤＣＳ系统），结构合
理，信息共享，实现提高指挥效率和生产率，达到
减人提效的目的。能够充分满足现场运行、检修要
求。整个系统运行可靠、故障率低、维护方便、修
改灵活。系统具有灵活、可靠的控制功能，简单实用，易于掌握，人机界面友好。系统具有自诊断功能，并具有语音、图像以及报警功能。系统具有实时数据采集、处理及显示功能。系统结构合理，便于系统的扩展。
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（上接第４９页）
抽放方法。尤其是采煤工作面上隅角瓦斯治理，在瓦斯超限较为严重的情况下，建议采用自控风机抽排或向采空区上隅角插管、移动瓦斯泵站抽放的方法来解决。
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工作面瓦斯涌出量预测及瓦斯来源分析
作者：作者单位：
张耀平， 叶青， 贾真真， 江文武， ZHANG Yao-ping， YE Qing， JIA Zhen-zhen，JIANG Wen-wu
张耀平,江文武,ZHANG Yao-ping,JIANG Wen-wu(江西理工大学应用科学学院,江西,赣州,341000)， 叶青,贾真真,YE Qing,JIA Zhen-zhen(湖南科技大学能源与安全工程学院,湖南,湘潭,411201)中国矿业
CHINA MINING MAGAZINE2007，16(11)0次
刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
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1．现场调研与实验研究。通过现场调研，对试验矿井地质情况、瓦斯赋存与抽放情况和冲击地压发生情况进行了统计分析。
通过实验室试验测定了试验矿井煤样的视密度、抗压强度、弹性模量等物理力学参数，测定瓦斯渗透率、水渗透率、峰值强度与瓦斯含量的关系、弹性模量与瓦斯含量的关系、湿润接触角、浸水过程中力学性质随含水率的变化规律。
2．高瓦斯煤层冲击地压发生理论研究。揭示了高瓦斯煤层冲击地压发生机理、冲击地压发生后的瓦斯涌出机理、瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的区别与联系。建立了高瓦斯煤层冲击地压发生理论及其数学模型，对煤巷和采煤工作面冲击地压进行了解析分析。
瓦斯压力存在一个临界值，当瓦斯压力大于临界值时，Klinbenberg效应消失，煤对瓦斯的吸附达到饱和，有效应力系数随瓦斯压力增大而减小，渗透系数随瓦斯压力增大而增大，表现为高瓦斯特性。
含瓦斯煤体孔隙中的瓦斯对煤体通过孔隙压力以有效应力的方式施加于煤体，煤体的变形破坏过程受有效应力控制，在有效应力作用下，煤体中的裂纹发生发展，当局部的有效应力超过峰值强度时，此局部区域的煤体成为应变软化的非稳定介质，形成了由此局部区域的非稳定介质与外部区域的稳定介质组成的变形系统。采掘过程中，在瓦斯吸附、解吸、渗流与煤层变形耦合作用下，系统处于非稳定平衡状态，遇外部扰动时，系统将会失稳而形成冲击地压灾害。
高瓦斯煤体发生冲击地压时，在冲击点形成了瓦斯卸压带，在瓦斯压力差和浓度差作用下，煤体内瓦斯的解吸、扩散和渗流同时进行，因此会有大量瓦斯涌出，并会持续一段时间。
瓦斯煤层冲击地压与煤和瓦斯突出的孕育过程是完全相似的，但发生过程和能量来源有很大区别。瓦斯煤层冲击地压是煤层变形系统整体受压失稳而发生的，而煤和瓦斯突出是拉性有效应力超过煤抗拉强度发生的拉伸失稳破坏。高瓦斯煤层冲击地压的发生条件与瓦斯压力和煤的力学性质有关。煤巷冲击地压的临界载荷随瓦斯压力增大而增加。采煤工作面冲击地压的临界载荷随有效应力系数和瓦斯压力增大而增加。
3．高瓦斯煤层冲击地压预测技术研究。考虑瓦斯的作用与影响，确定了瓦斯煤层钻屑量指标，讨论相关参数对钻屑量指标的影响规律，并与不考虑瓦斯情况的钻屑量指标进行了对比分析。确定了钻屑法检测冲击地压危险的工艺参数，通过现场实施验证了其正确性和可行性。 考虑瓦斯的作用与影响时，钻屑指标低于不考虑瓦斯影响时的理论值，随瓦斯压力增大而减小，随有效应力系数增大而减小
4．高瓦斯煤层冲击地压防治技术研究分别应用单孔介质和双孔介质模型，建立瓦斯煤层注水过程水气驱替理论。通过求解平面径向流水气驱替基本方程，得到计算注水时间的解析式。对阜新矿区煤层注水防治瓦斯煤层冲击地压的可行性进行了研究，确定了瓦斯煤层注水防治冲击地压的工艺参数和过程，并通过现场实施进行了验证。提出了阜新矿区高瓦斯煤层冲击地压总体防治方案、具体解危措施和冲击地压后瓦斯涌出防治措施。
煤被水湿润后物理力学性质发生改变，凡是注水充分的工作面，冲击地压发生的频度和强度均大大降低。瓦斯煤层注水过程是水驱替瓦斯的过程。煤体孔隙率、瓦斯压力和注水半径越大注水时间越长，渗透率和注水压力越大注水时间越短。注水工艺参数主要有注水半径、注水量、注水时间、注水孔封孔长度、注水压力等。
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下载时间：2010年8月26日