煤矿行业--矿井抽放瓦斯设计手册（DOC 52页）

设计手册 第一节 矿井抽放瓦斯设计依据及内容 一设计依据 煤层赋存条件（煤层和岩层的性质、厚度、倾角、层间距等） 矿井瓦斯等级； 矿井瓦斯地质图（或瓦斯等值线图）； 有关煤层瓦斯基础参数，如煤层瓦斯压力及梯度、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数等； 矿井瓦斯储量及其分布、矿井及工作面瓦斯来源构成情况； 矿井开拓部署、采区布置、采煤方法、通风系统及方式等。 二设计内容 矿井概况：煤层赋存条件、矿井煤炭储量、生产能力、巷道布置、采煤 方法及瓦斯、通风状况； 瓦斯鉴定参数：瓦斯压力、瓦斯含量及分布、煤层透气性系数及钻孔流量衰减系数； 瓦斯基础参数计算或预测：如瓦斯含量、瓦斯涌出量、瓦斯储量、瓦斯可抽量及抽放年限； 抽放方法：钻场钻孔布置及工艺参数； 抽放设备：抽放泵、管路系统、监测及安全装置； 抽放泵站：泵房、供水、供电、采暖、避雷及其它； 瓦斯利用：可利用量、利用方案、资金概算（属瓦斯利用专篇内容）； 技术经济：投资概算、完成工期、技术经济分析； 设计文件：包括设计说明书、设备清册、资金概算、图纸； 主要图纸：综合地 质柱状图；煤层瓦斯地质图（或瓦斯等值线图）；抽放瓦斯方法平、剖面图；抽放管路系统图；抽放瓦斯泵房设备平面布置图；抽放站场地平面布置图；供电系统图。 第二节 建立瓦斯抽放系统的条件和指标 从煤矿安全生产角度而言，建立矿井瓦斯抽放系统主要取决于抽放瓦斯的必要性指标，如瓦斯含量、瓦斯涌出量等，即在保持回采面适宜风速（或允许风速）前提下合理的通风能力所能稀排的瓦斯量；同时取决于抽放瓦斯的可能性指标，如煤层透气性、瓦斯压力、钻孔瓦斯流量衰减系数等。 矿井瓦斯抽放管理规范及反风规定指出：凡申请建立 瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列 4 个条件： 1 个采煤工作面的瓦斯涌出量 5 m3/min最小或 1 个掘进面的瓦斯涌出量 3 m3/min最小；矿井瓦斯涌出量 15 m3/min最小； 每 1 个瓦斯抽放系统的抽放量预定可保持在不小于 2 m3/min最小； 瓦斯抽放系统服务在 10 年以上。 上述，项条件指标值是基于在保持回采面适宜风速（ =2.0m/s）前提下合理的通风能力所能稀排的瓦斯量，并假定回采面过风断面 S=5.0m2,瓦斯涌出不均衡系数取千瓦 =1.3 。 符合这一条件的矿井可 遵循上述指标值。然而，在任意条件下，上述指标值不宜套用。 在任意取定回采面风速（在规程规定范围内）、回采面断面不确定的情况下，建立瓦斯抽放系统可参照下列指标： 一 回采工作面瓦斯涌出量参考指标 1.绝对瓦斯涌出量指标（ 0 ） 回采面绝对瓦斯涌出量指标根据回采面过风断面的大小及回采面风速的取值来确定，即： m in46.060m inVi0 SViKw CSqq 绝 （ 1-2） 式中 q 绝 回采面绝对瓦斯涌出量指标， m3/min ； q0 通风所能稀释的瓦斯涌出量， m3/min ； C 回风 流最大瓦斯浓度，取 1%； KW 瓦斯涌出不均衡系数，取 1.3； Smin 回采面最小过风断面， m2 ； Vi 回采面风速， m/s。 若取工作面适宜风速 V=2.0m/s，式（ 1-1）则为： m in0 92.0 Sqq 绝（ 1-2） 若取工作面最大风速 V=4.0m/s，式（ 1-2）则为： m in0 84.1 Sqq 绝（ 1-3） 为便于设计及管理人员参考和套用指标， 可根据回采面的最小过风断面 Smin 值，直接在图 1-1 中查出回采面考虑抽放的绝对瓦斯涌出量指标值。 在回采面过风断面 S=5.0 m2，取回采面风速 V=2.0 m/s的情况下，绝对瓦斯涌出量指标值约为 5.0 m3/min。 2.相对瓦斯涌出量指标（ 0相 ） 回采面相对瓦斯涌出量指标表达式为： ASVq m i n655KwA S m i nVC601440q 0 相相（ 1-4） 式中 q 相 回采面相对瓦斯涌出量指标， m3/ t； q0相 通风所能稀释的瓦斯涌出量， m3/min ； A 工作面产量， t/d； V 工作面风速， m/s； 其余符号同式（ 1-1）。 当取适宜风速 V=2.0m/s，式（ 1-4）变为： ASqq m in0 1330 相相（ 1-5） 若取工作面最大风速 V=4.0m/s，式（ 1-4）则为： q 相 q0相 2660 Smin/A （ 1-6） q0相 随 V的取值而成正比关系。按式（ 1-4）作曲线如图 1-2。 1200 1400 1600 200018001820图 1 - 2 工 作 面 相 对 瓦 斯 涌 出 量 指 标 图(V=2.0m/s时 ）q 2 = 2 1 6 0 / Aq 3 = 3 3 9 0 / Aq 4 = 5 3 2 0 / Aq 5 = 6 6 5 0 / Aq 6 = 7 9 2 0 / Aq 7 = 9 3 1 0 / Aq 8 = 1 0 6 4 0 /A图 1 - 1 工 作 面 绝 对 瓦 斯 涌 出 量 指 标 图V 6 = 4 . 0 m / sV 5 = 3 . 5 m / sV 4 = 3 . 0 m / sV 3 = 2 . 5 m / sV 2 = 2 . 0 m / sV 1 = 1 . 5 m / s321457831 2 4 5 76 8111091213141516q 绝 q 0 = 0 . 4 6 V i S m i n6246108121416600200 400 800 1000例 某矿一个回采面的产量为 1000t/d，采场最小过风断面为 Smin =5.0m2。当根据回采面适宜风速 V=2.0 m/s 配风时，在图 1-2 中查得 q 绝 =6.65 m3/ t，即当 q 绝 6.65 m3/ t 时就应考虑抽放；若按风速 V =3.5 m/s配风，则： tmq /64.1165.62 5.3 30 相 说明加大风量后，相对瓦斯涌出量指标值可达到 11.64 m3/ t。这样，加大工作面风速后，采面的相对量达 11.64 m3/ t以上时可考虑抽放。 在回采过风断面 Smin =5.0m2、取风速 V=2.0 m/s，工作面产量为 500 t/d 的情况下，相对瓦斯涌出量指标值为 q0相 = 13.3m3/ t（接近 15m3/ t） 。 二 。邻近层瓦斯涌出量参考指标： 1. 邻近层绝对瓦斯涌出量参考指标（ q0邻 ）： 是否有必要实行邻近层瓦斯抽放，主要取决于邻近层与开采层的瓦斯涌出量之和是否超过了通风所能稀排的最大瓦斯量。即 ： 本本邻邻 qS m i nVi46.060m i nq 0 qKw CSViq（ 1-8） 式中 q 邻 邻近层向开采层瓦斯涌出量指标， m3/min ； q0邻 回采面通风所能稀释的瓦斯涌出量， m3/min ； C 回风流最大瓦斯浓度，取 1%； KW 瓦斯涌出不均衡系数，取 1.3； Smin 开采层采面最小过风断面， m2 ； Vi 回采面风速， m/s。 q 本 开采层本层瓦斯涌出量（或经本煤层抽放后的瓦斯）； 将式 1-8绘成曲线如图 1-3。根据 Smin值、 q 本 值即可在图中查出相应的指标值 q0邻 。 例 某开采层采面本层瓦斯涌出量为 1.5 m3/min，采场过风断面 Smin =3.0m2，风速 V=2.0 m/s，从图 1-3中可查得邻近层向开采层允许涌入的瓦斯量为 1.26 m3/min。因此，当邻近层向开采层瓦斯涌出量超过 1.26 m3/min，即可考虑对邻近层抽放瓦斯。 若取任意风速 V，则在图 1-3中查的 q0邻 值基础上再乘以 V /2 ， 即得 q0邻 。 在回采面过风断面 S=5.0 m2，工作面产量为 500 t/d，取风速 V=2.0 m/s的情况下，在邻近层向开采层瓦斯涌出量 1.5 m3/min，即应考虑对邻近层抽放瓦斯。 2.邻近层向开采层涌出量占工作面回风总瓦斯量的百分比指标（ p） %100)m in46.01(000 SVi qqqpp 本邻（ 1-9） 上式的图示见图 1-4，符号意义见式（ 1-1）及（ 1-8）。 图 1 - 3 邻 近 层 向 开 采 层瓦 斯 涌 出 量 指 标 图q 邻 q 0 邻 = 0 . 9 2 S min q 本 （ 取 V = 2 . 0 m / s ）7.023.0210S m i n12.0543q 本 （ m 3 / m i n ）5.04.0 6.0q0相（m3/min）3456776（ m 2 ）8.001020304050607080901001 2 3 4 5 6 7 8q 本p p o = ( 1 - ) 1 0 0 % 0 . 9 2 S m i n 图 1 - 4 邻 近 层 瓦 斯 涌 出 量 百 分 比 指 标 图(V=2m/s时 ）2.0 3.04.05.06.0 7.08.0q 本 （ m 3 / m i n ）p0（%）根据有关以知条件即可在图中查出相应的邻近层向开采层涌出量占工作面回风总瓦斯量的百分比指标po。 在矿井条件符合上述“ 1”的情况下，该指标值为 po=30%。 是否实行邻近层抽放，还应考虑是否有一定的邻近层抽放量。若邻近层的瓦斯抽放量 10 可以抽放 0.003 0.05 10 0.1 较难抽放 0.05 30 y 0.10 0.09 0.07 0.06 0.09 表 1-16 A、 B、 C系数 挥发分 Vr % 系数 A B C 3.0 0.1683 15.770 0.3689 3.5 0.1603 14.634 0.3664 4.0 0.1537 13.703 0.3639 4.5 0.1482 12.922 0.3614 5.0 0.1435 12.250 0.3588 5.5 0.1393 11.665 0.3563 6.0 0.1356 11.166 0.3538 6.5 0.1323 10.684 0.3513 7.0 0.1293 10.267 0.3488 7.5 0.1265 9.888 0.3463 8.0 0.1240 9.542 0.3437 8.5 0.1216 9.224 0.3412 9.0 0.1195 8.928 0.3387 9.5 0.1174 8.652 0.3362 10.0 0.1155 8.395 0.3337 11.0 0.1120 7.929 0.3286 12.0 0.1083 7.514 0.3236 13.0 0.1059 7.143 0.3186 14.0 0.1032 6.803 0.3136 15.0 0.1008 6.494 0.3085 16.0 0.0985 6.212 0.3035 17.0 0.0963 5.949 0.2985 18.0 0.0942 5.700 0.2934 19.0 0.0923 5.470 0.2884 20.0 0.0904 5.255 0.2834 21.0 0.0886 5.052 0.2783 22.0 0.2733 23.0 0.2683 24.0 0.2632 25.0 0.2582 26.0 0.2532 27.0 0.2481 28.0 0.2431 29.0 0.2381 30.0 0.2330 31.0 0.2280 32.0 0.2230 33.0 0.2179 34.0 0.2129 35.0 0.2079 36.0 0.2029 37.0 0.1978 38.0 0.1928 39.0 0.1878 40.0 0.1827 41.0 0.1777 42.0 0.1727 43.0 0.1676 44.0 0.1626 45.0 0.1576 四瓦斯储量计算 矿井瓦斯储量，是指井田开发过程中，受采动影响能够排放瓦斯的煤层（包括不可采煤层）所储存的瓦斯量。 W=W1 W2 W3 （ 1-27） 式中 W 矿井瓦斯储量， Mm3； W1 矿井可采煤层瓦斯储量， Mm3； ni iiWAW 1 111 (1-28) A1i 矿井 i可采煤层的地质储量， Mt； W1i 矿井 i可采煤层的瓦斯含量， m3/t； W2 受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量， Mm3； ni iiWAW 1 222 (1-29) A2i 受采动影响后能够向开采空间排放的 i不可采煤层的地质储量， Mt； W2i 受采动影响后能够向开采空间排放的 i不可采煤层的瓦斯含量， m3/t； W3 受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量， Mm3，实测或按下式计算： W3= K（ W1 W2） （ 1-30） 式中 K 围岩瓦斯储量系数，一般取 K=0.05 0.20。 如果要计算某区域（水平、采区、工作面等）的瓦斯储量，方法同上，但要将 A1i 、 A2i 、 W1i 、 W2i变为所计算区域的煤层储量和煤层瓦斯含量。 五瓦斯涌出量计算 瓦斯涌出量是指在生产过程中，矿井或采区涌出的瓦斯数量，主要由回采、掘进、采空区三部分瓦斯组成。 (一） 回采、掘进及采空区瓦斯涌出量 1. 回采瓦斯涌出量 1） 开采单一煤层时的回采瓦斯涌出量计算（不考虑邻近层的瓦斯涌出量） hpf WKq (1-31) 式中 fq 开采本煤层瓦斯涌出量， tm/3 ； 机械化程度系数，联合采煤机和风镐采煤时等于 1.0，截煤机掏槽落煤等于 1.2。 pK 瓦斯释放系数，即计算的瓦斯涌出量对煤层瓦斯含量的比例，由图 1-9查。 hW 煤层瓦斯含量， ;/3 tm Vr图 1 - 9 瓦 斯 放 出 计 算 系 数 值 曲 线2） 多煤层条件下回采瓦斯涌出量 (1) 有邻近层的回采瓦斯涌出量计算之一： 0 q= Kw qc qh qs qx (1-32) 式中 q 采煤时瓦斯涌出量， m3/t； Kw 围岩瓦斯系数，一般取 1.2； qc 采出煤中的瓦斯含量， m3/t，其计算公式见式（ 1-33）； qh 开采层由于回采率不高而产生的附加瓦斯涌出量， m3/t， 其计算公式见（ 1-34） qs、 qx 分别为顶、底板邻近层及不可采夹层泄出的瓦斯量， m3/t， 其计算公式见式（ 1-35）及（ 1-36）。 qc=Wh-Wc (1-33) 式中 Wh 邻近层的瓦斯含量， m3/t； Wc 邻近层的残 存瓦斯含量， m3/t，可按表 7-1选取。 hh WCCbQ 100(1-34) 式中 b 考虑丢失在井下煤中瓦斯涌出程度系数，取 0.6 0.8； C 丢煤百分率， %。 )(00 chsss WWmmbhL Lq (1-35) )(00 chxxx WWmmbhL Lq (1-36) 式中： L0 阶段倾斜长度，米； h 阶段煤柱总长度，米； ms 上邻近层的厚度，米； mx 下邻近层的厚度，米； m 开采层的可采厚度，米； bs 、 bx 邻近层向开采层涌出瓦斯程度系数，其计算公式是： bs 、 )s in(1)s in(1c osc os1LNbx (1-37) 式中： N 邻近层至开采层的法线距离，米； L 开采工作面长度，米； 煤层倾角，度； 卸压角，度。 值也可按下表选取 层间相对厚度与卸压角关系 N/m层间相对厚度 310 1030 3080 值（度） 70 75 80 bs、 bx值也可按下表（经验数据）选取 邻近层向开采层瓦斯涌出程度 邻近层别 间距（米） bs bx 上邻近层 20 40 70 120 1.0 0.70 0.35 0 下邻近层 510 20 40 60 1.0 0.45 0.10 0 例 逢春矿井为急倾斜煤层开采，共计有五层无烟煤，从上往下为 6、 7、 8、 9、 11 号层， 6号层为开采层（保护层）， 8号层为主 要突出层，地质资料提供煤层瓦斯含量值如下表： 煤层 煤层厚度 （ m） 煤层间距 (m) 平均瓦斯含量 (m3/t) 备注 6号 1.02 6.10 14.83 7号 0.77 7.69 3.21 19.07 18.13 8号 3.23 20.46 9号 0.63 18.21 取 11号层资料 11号 0.63 18.21 求 6号层回采时的瓦斯涌出量是多少？ 根据公式 q= Kw qc qh qs qx 取 Kw=1.2 查表 1-1， WC=8 m3/t（无烟煤） qc=Wh Wc=14.83 8=6.83 m3/t Kw qc=1.2 6.83=8.2 m3/t b=0.7,c=15% tmWccbq hs /83.183.1415100 157.0100 3 各邻近层涌向开采层的瓦斯量 qx： 7号层向 6号层的涌出量 取阶段倾斜长度 90m，阶段煤柱总长度 15m tmq /2.9)8-13.18(102.1 77.01590 90 367 8号层向 6号层的涌出量 tmq /7.23)8-0 . 4 62(5.002.1 23.31590 90 368 9号层向 6号层的涌出量 tmq /4.3)8-8. 211(45.002.1 63.01590 90 369 11号层向 6号层的涌出量 tmq /5.1)8-8. 211(2.002.1 63.01590 90 3611 总计 6号层回采的瓦斯涌出量为： q= Kw qc q7-6 q8-6 q9-6 q11-6 =8.2+1.83+9.2+23.7+3.4+1.5 =47.83 m3/t 6号层回采时，瓦斯涌出量为 47.83 m3/t。 (2) 有邻近层的回采瓦斯涌出量计算之二： q= qb qn 式中： q 开采层的瓦斯涌出量， m3/t； qb 开采层本层瓦斯涌出量， m3/t，其计算公式见（ 1-39）。 qn 邻近层瓦斯涌出量， m3/t，其计算公式见（ 1-40）。 hszdwb WmmKKKKq0 （ 1-39） isiin WKbmmq 0（ 1-40） 式中： Kw 围岩瓦斯涌出系数，一般取 1.2； Kd 丢煤损失系数，CK d 100100； C 损失率， %； Kz 掘进回采巷道瓦斯预排系数；其计算见公式（ 1-41） L hLK z 2（ 1-41） L 工作面长度， m； h 掘进预排宽度，无烟煤、贫煤取 10m，瘦煤、焦 煤取 14m；其它煤种取 18m； Ks 瓦斯涌出程度系数，一般取 0.8（运到地表的煤中还残存一部分瓦斯，这部分残余量约占沼气含量的 20%）； m 开采层厚度， m； m0 开采分层厚度， m； Wb 本煤层瓦斯含量， m3/t； mi 邻近煤层厚度， m； bi 邻近煤层瓦斯涌出程度系数，其计算见公式（ 1-42） LW LWWb i iciii )(（ 1-42） 式中： Wi 第 i邻近层瓦斯含量， m3/t； Wci i邻近层残余瓦斯含量， m3/t； Li i邻近层瓦斯排放带宽度， m；其计算见公式（ 1-43）。 LtgHL ii 2 （ 1-43） 式中： Hi 第 I煤层与开采层的间距， m； 卸压角，（ ），按表 1-19 选取； L 回采工作面长度， m； 表 1-19 开采层沿倾斜的卸压角 煤层倾角 （ ） 卸压角 （ ） 最大下沉角 （ ） 1 2 3 4 0 80 80 75 75 90 10 77 83 75 75 83 20 73 87 75 75 86 30 69 90 77 70 70 40 65 90 80 70 65 50 70 90 80 70 56 60 72 90 80 70 48 70 72 90 80 72 36 80 73 90 78 75 22 90 75 80 75 80 0 卸压角范围见图 1-10。 图 1 - 1 0 沿 倾 斜 卸 压 角 示 意 图开采层 3 1 2 4(3) 中厚、厚煤层分层开采时的回采瓦斯涌出量计算： )()()1)()(1( 111 zbhchf WWZWWMmmWWnq （ 1-44） 式中： q 回采瓦斯涌出量， m3/t； Wh 回采的自 然分层中煤的瓦斯含量， m3/t； Wc 煤运至地面残余瓦斯含量， m3/t； W1 煤柱内剩余的瓦斯量， m3/t； W2 未采的自然分层中剩余的瓦斯量， m3/t； m 回采的自然分层厚度， m； 回采的自然分层煤的容重， t/m3； m1 未采的自然分层厚度， m； 1 未采的自然分层煤的容重， t/m3； n 围岩中涌出的瓦斯量占采煤中涌出的瓦斯量的比值系数； 全部充填管理顶板时取 0.1； 局部充填管理顶板时取 0.15； 全部冒落管理顶板时取 0.2； M 煤柱煤 量占采区煤量比， %； Z 采空区残煤占采区煤量比， %； 例 某矿单一煤层长壁式工作面，煤厚 8m，分层采高 2m，全部冒落管理顶板，预计瓦斯含量 20 m3/t，求回采期间吨煤瓦斯涌出量？ 已知：围岩瓦斯涌出系数 n =20%；煤中残存瓦斯量 Wc=8 m3/t; 煤柱内剩余的瓦斯量 W1=12m3/t；未采的自然分层中剩余的瓦斯量 W2=10m3/t；煤柱煤量占采区煤量比 M=20%；采空区残煤占采区煤量比 Z=5%；煤的容重 = 1=1.4 t/m3。 由公式得： tmq f /7.59)1020(05.0)1220(2.0)4.12 4.161)(820)(2.01( 3 则该 工作面预计瓦斯涌出量为 59.7 m3/t。 2. 掘进瓦斯涌出量 掘进工作面瓦斯涌出量按下式计算： 1） 计算式 1： Lmj qqq （ 1-45） )1/2( 0 vLqVmnq vm （ 1-46） )( chL WWVsq （ 1-47） 式中： qj 掘进工作面瓦斯涌出量， m3/min； qm 掘进煤壁瓦斯涌出量， m3/min；其计算公式见 1-46 qL 落煤瓦斯涌出量， m3/min；其计算公式见 1-47 n 暴露煤面个数，单巷掘进时 n=2； m 煤层厚度， m; V 平均掘进速度， m/min； qv 煤壁瓦斯涌出初速度， m3/m2 min（无实测数据时可参照公式 1-48）取值）； hrv WVq 16.0)(0 0 0 4.00 2 6.0 2（ 1-48） Vr 煤的挥发分， %； Wh 煤层瓦斯含量， m3/t； L0 巷道瓦斯涌出量达到最大稳定值时的巷道长度， m； S 掘进端头见煤面积， m2； 煤的容重， t/m3； Wc 煤层残存瓦斯量， m3/t。 例 淮南潘一矿 13-1 煤层普掘工作面，有关参数为： n=2、 m=4.97m、 V=0.00347 m/min、 L0=800m、Vr=38.67%、 Wh=8.18 m3/t、 Wc=3.5 m3/t、 S=8 m2、 =1.4 t/m3，求掘进面瓦斯涌出量？ 解： )1/2(0 vLqVmnq vm m i n/32.5 100347.0/8002161.000347.097.42 3m hrv WVq 16.0)(0 0 0 4.00 2 6.0 2 m in/161.0 18.816.0)67.38(0004.0026.0 3 2m )( chL WWVsq m in/18.0 )5.318.8(4.10 0 3 4 7.08 3m m in/50.518.032.5 3mqqq Lmj 则该煤层掘进工作面预计瓦斯涌出量为 5.50m3/min。 2） 计算式 2： 对于单巷： )(4 5.01 chj WWb m vtm v cq （ 1-49） 对于双巷： )()(811215.02 bvbbvWWmtm v cq chj （ 1-50） 式中 m 煤层厚度， m; V 巷道的掘进速度， m/d； t 巷道掘进时间， d； b 单巷宽度， m； b1、 b2 分别为双巷主巷和副巷的宽度， m； Wh、 WC 分别为煤层的原始瓦斯含量与残余瓦斯含量， m3/t； V1、 b1 分别为联络巷的掘进速度与宽度， m/d， m； C1 单巷的瓦斯涌出量特性系数， m3/m2 d0.5或 m/d0.5; C2 双巷的瓦斯涌出量特性系数， m/d0.5; qj 单巷或双巷掘进工作面瓦斯涌出量， m3/d； 煤壁暴露面的瓦斯涌出随着暴露时间的延长而逐减 ，当达到一定时间 t1 时，它就接近于零，这个时间T1定义为排放瓦斯极限期，一般为 6 12个月，当巷道掘进时间 tT1时，则 单巷 5.0114 Tmvcq j （ 1-51） 双巷 5.0128 Tmvcq j （ 1-52） 如果巷道在掘进中有停掘期，则应分段计算，以上计算适用于巷道周围瓦斯地质条件相同，煤厚不 超过巷高两倍和掘进速度变化不大的条件下。 瓦斯涌出特性系数可以按下列方法直接从掘进巷道中测得。在图 1-11 所示断面 三处，同时测定巷道风流中的瓦斯平均浓度与风量，进而算出瓦斯涌出量，即求得 qj 、 qj 、 qj ，然后求出瓦斯涌出特性系数的平均值作为该巷的 C值。 qj -qj )(4211 ttmvc （ 1-53） qj -qj )(4321 ttmvc （ 1-54） 式中 qj 、 qj 、 qj 已测得， t1、 t2、 t3为各测点的暴露时间和 m、 v等均为已知，未知数 C1即可解出，C2的求法类似可求出。 3. 采空区瓦斯涌出 量 采空区瓦斯涌出量可参照下式计算： )( jck qqKq （ 1-55） 式中： qk 采空区瓦斯涌出量， m3/t K 采空区瓦斯涌出系数，一般为 0.15 0.25； qc 采出煤的瓦斯涌出量， m3/t； qj 掘进煤的瓦斯涌出量， m3/t。 （二） 采区瓦斯涌出量 采区瓦斯涌出量由下式计算： Aqqqq kjfa （ 1-56） 式中 qa 采区 瓦斯涌出量， m3/t qf 采区采煤工作面瓦斯涌出量总和， m3/d qj 采区掘进工作面瓦斯涌出量总和， m3/d qk 采区采空区瓦斯涌出量， m3/d; A 采区日产煤量， t/d。 A 采区日产煤量， t/d （三） 矿井瓦斯涌出量 矿井瓦斯涌出量可采用矿山统计法或根据前述煤层瓦斯含量计算确定。 1. 矿山统计法 1） 线性方程计算法 根据矿井不同生产水平的实测相对瓦斯涌出量，用作图或数理统计分别找出矿井及采区，回采工作面的瓦斯涌出量与开采深度的函数关系，通常可用线性方程表示： qh=aH+b (1-57) 式中 qh 瓦斯涌出量， m3/t； a、 b 常数； H 矿井、采区或回采工作面的平均采深， m。 2） 统计法 当矿井的风量比较均衡正常时，其平均瓦斯涌出量的计算为： （ 1） 月平均瓦斯涌出量： nA CQCQCQTq nnk )(1 4 40 2211 （ 1-58） 式中 qk 矿井月平均瓦斯涌出量， m3/t; T 该月中的天数， d Q1n 进行测风时的回风量， m3/min n 测定次数 A 采煤量， t/月 （ 2）某一时期的瓦斯涌出量 在某一时期内平均瓦斯涌出量，如年、月测定的结果： nnnk AAA AqAqAqq 212211（ 1-59） 式中 qk 某一段时间内，矿井的平均瓦斯涌出量， m3/t； q1n 按月计算的矿井瓦斯涌出量， m3/t； A1n 按月计算的采煤量， t/月。 （ 3）根据瓦斯梯度计算 2)0( a HHq （ 1-60） 式中 q H深度的瓦斯涌出量 , m3/t； H 开采深度， m； H0 瓦斯风化带深度， m； a 瓦斯梯度数， m3/t m。瓦斯梯度按下式计算： nnHHqqa)()(00 （ 1 61） 式中 q0 瓦斯风化带内瓦斯涌出量，一般取 q0=2 m3/t或查表； n 梯度指数，在现代开采条件下等于 1； 其余符号意义同前。 按上式可求出不同深度的瓦斯涌出量，但应注意以下三个问题： A.开采 方法的变化影响瓦斯涌出量，因此开采方法不变时统计法比较容易做，在有变化时，预测深部瓦斯要做适当修正。 B.当地质条件没有大变化时，统计法可以比较切合实际的估算深部瓦斯大小，如果有较大的断层、褶曲，就不宜应用。 C.根据已有理论及其他煤田的实际资料表明，瓦斯不是随着开采的延深而无限增加，因此应用时应注意梯度指数的变化。 2.计算法 按前述公式根据煤层瓦斯含量计算出回采、掘进工作面及采空区瓦斯涌出量后，按下式计算矿井瓦斯涌出量： 211NNqkjni ai qqk （ 1-62） 式中 kq 矿井瓦斯涌出量， tm/3 ； iaq 各采区瓦斯涌出量的总和， tm/3 ； kjq 矿井开拓巷道掘进瓦斯涌出量总和。（岩石巷道 0kjq）， tm /3 ； 1N 采区数量； 2N 同时掘进的矿井开拓巷道掘进工作面数量。 六煤层透气性系数 煤层透气性系数是煤层瓦斯流动难易程度的标志，煤层透气性系数 的测算方法有径向稳定流动测算法和径向不稳定流动测算法等。 1. 径向稳定流动测算法 1）测定方法：在石门见煤前，先打两个钻孔 1M 、 2M 测定瓦斯压力，待压力平衡后，在中间打一个排瓦斯钻孔 Mc 。因钻孔 Mc 涌出瓦斯使钻孔 Mc 与测压钻孔 1M 、 2M 之间造成瓦斯压力变化，并测得钻孔 Mc瓦斯流量0Q，将测得的数据 代入下式计算透气性系数 。此法简便，用于煤层透气性较大，打完排放孔后即可明显看出 1p 、 2p 变化，不适于透气性较小的煤层。 2） 计算公式： )(ln22110ycPPmCQ （ 1-63） 式中 透气性系数， dMPam 22 / ； 1 测压孔 1M 距排放孔 Mc 的距离， m ； c 排放孔半径， m ； 0Q 当大气压等于 0.101325 )1( atmMPa 时的钻孔流量， dm/3 ； m 煤层厚度， m ； yp 排放钻孔瓦斯压力， MPapy 101325.0； 1p 测压孔绝对瓦斯压力， MPa ； C 系数， 310634.1 C 。 3） 实例。抚顺龙凤矿 -460m水平 10 钻场测定煤层透气性系数 ，1,055.0 mc =9.5m, ypdmQmmM P apM P ap ,/2292,0.6,101325.027.4,101325.066.4 3021 0.101325Mpa。 将上述数值代入式 1-63，得： dM P amPPmCQyc 22223221101 /98.14)101325.047217.0(0.6055.05.9ln229210634.1)(ln 同理算出 ;2/27.182 dM Pam 取均值 dM P am 2221 /84.162/)( 。 2. 径向不稳定流动测算法； 1） 测定方法： （ 1） 从岩石巷道向煤层打钻孔，记录钻孔方位角、仰角和钻孔在煤层中的长度、钻孔进入煤层和打完煤层的时间，取平均值作为打钻时钻 孔开始排放瓦斯时间（年、月、日、时、分）。 （ 2） 封孔测定瓦斯压力，上表前要测定钻孔瓦斯流量，记录流量和测定流量时的时间（年、月、日、时、分）。 （ 3） 上升到煤层真实压力或压力稳定后，卸下压力表排放瓦斯，测定钻孔瓦斯流量，记录 每次瓦斯流量和测定时间。 煤层透气性系数测定方法如图 1-12所示： 2） 计算公式： baFY0（ 1-64） 式中 Y 流量准数，无因次，其计算公式 （ 1-65） 0F 时间准数，无因次，其计算公式（ 1-67） a 、 b 系数，无因次，见表 1-20 2120 1( ppqY （ 1-65） 式中 q 在排放时间为 t 时钻孔壁单位面积的瓦斯流量（即比流量）， dmm 23 / ，其计算公式（ 1-66） 1 钻孔半径， m 透气性系数， dMPam 22 / ； 0p 煤层原始绝对瓦斯压力（表压力值）， MPa 1p 钻孔内瓦斯压力， MPap 101325.01 LQq t12（ 1-66） 式中 tQ 在时间 t 时的钻孔瓦斯流量， dm/3 L 钻孔长度，一般等于煤厚， m 215.1004tpF （ 1-67） 式中 t 开始排放瓦斯到测量瓦斯比流量 q 的时间间隔， d 煤层瓦斯含量系数， ,/ pWh其中hW为瓦斯含量，单位 33/mm ， p 为瓦斯压力，单位 MPa 由于流量准数随时间准数变化，难以用一个简单公式表达，所以采用分段表达方法，有关透气性系数 的计算及参数见表 1-20。 表 1-20 透气性系数 的计算及参数 公式 0F 计算公式 b 参数 bF0 10-2 1 1 10 10 102 102 103 103 105 105 107 4.14107.19111.13.7114.14125.156.2139.164.1161.114.31.283.11.1BABABABABABA1 1 0.93 0.588 0.512 0.344 -0.38 -0.28 -0.20 -0.12 -0.10 -0.065 215.10212014artpBppqrA AYBF 0 3） 计算步骤： （ 1） 根据测定所得参数，计算出 A、 B值。 （ 2） 一般选择 计算公式进行试算（时间 dt 1 时，可先用0F=1 10 公式；时间在 1d 以上时，可先用0F=102 103公式作第一次试算）。 （ 3） 把求出的 值代入 BF 0中，校验0F值是否在选用公式的范围内。如0F不在所选公式范围，则根据计算出的0F值，另选公式计算，直到符合所选公式的范围为止。 4） 实例。已知 ,/53.3,05.0,/194.13,053.4 315.0330 dmQmM P ammM P aP t dtmL 41,5.3 。求 ? 解： 425.1215.1032221201231100569.405.0194.13053.44144107767.91 0 1 3 2 5.0053.405.021.3/21.35.305.01416.3253.32tpBppqAdmmLQq t由于时间较长，选择0F=103 105。 dM P amBA 22211.111.1 /109887.31.2 检验 2.16180 BF 0F在 103 105范围内，公式应用正确。故 dM P am 222 /1098 87.3 。 七百米钻孔瓦斯流量衰减系数 百米钻孔流量衰减系数，是衡量煤层预抽瓦斯难易程度的一种指标，它反映不受采动影响条件下，煤层内钻孔瓦斯流量随时间呈衰减变化的特性。 1. 测量方法： 选 择有代表性、未受采动影响的煤层区域，向煤层打直径 75mm的钻孔，测出其初始瓦斯流量 ,0q经过时间dt10( 以上）后，测其流量 q 即可。 2. 计算公式 根据钻孔瓦斯流量 ateqq 0衰减变化的关系 t qq lnln 0 （ 1-68） 式中 百米钻孔瓦斯流量衰 减系数； 0q 百米钻孔初始瓦斯流量， mm 100min/3 ； q 经过 t 时间的百米钻孔瓦斯流量， mm 100min/3 ； 0lnq、 qln 为0q、 q 的自然对数； t 时间， d 八瓦斯抽放率和可抽量计算 （一）瓦斯抽放率 瓦斯抽放率是指矿井、采区或工作面的瓦斯抽放量占相应瓦斯涌出量或瓦斯储量的百分比，前者在生产实践中应用广泛更具有实际意义，它是衡量矿井、采区或工作面瓦斯抽放效果效果的主要标志。瓦斯抽放率的计算见表 1-21 表 1-21 瓦斯抽放率计算公式 计算公式 符号注释 矿井（采区）瓦斯抽放率 zkkk QQ Q 100k 矿井（采区）瓦斯抽放率， %； kQ 矿井（采区）瓦斯抽放量， aMm/3 ； zQ 矿井（采区）总回风绝对瓦斯涌出量， aMm/3 单一煤层工作面瓦斯抽放率 fggd qq q 100 d 单一煤层工作面（本煤层）瓦斯抽放率， %； gq 工作面瓦斯抽放量， min;/3m fq 工作面回风顺槽回风流中瓦斯量， min/3m 工作面（有邻近层）瓦斯抽放率 glnnn qq q 100n 工作面（有邻近层）瓦斯抽放率， %； nq 邻近层瓦斯抽放量， min;/3m glq 工作面回风顺槽回风流中瓦斯量， min/3m （二）可抽量计算 1. 单一煤层 bWWCN ch )(100 100 （ 1-69） 式中 N 每吨煤瓦斯可抽量， ;/3 tm C 丢煤百分率， %； b 解吸瓦斯系数，一般取 1； hW 煤层瓦斯含量， ;/3 tm cW 煤层残存瓦斯含量， tm/3 。 2. 多煤层 1） 对陷落的顶板邻近层 hcp WmmbCN 10 010 0（ 1-70） 2） 对不陷落的顶板邻近层 )(10 010 0 chcm WWmmbCN （ 1-71） 3） 对下邻近层 )(1 001 009.0 chcm WWmmbCN （ 1-72） 式中 pb 陷落邻近层的瓦斯放出系数，对距开采层 15倍开采层厚度的邻近层取 0.8，距开采层 1530倍开采层厚度的邻近层取 0.9； cm 邻近层的厚度， ;m m 开采层的厚度， ;m mb 不陷落的邻近层的瓦斯放出系数，在实际计算时值取 0.9。 应当指出，如果矿山地质条件和矿山技术条件发生变化，确定邻近层瓦斯可抽量用这种方法在实际计算中可能产生较大误差，因此，必须附加一修正值，见表 1-22。 表 1-22 瓦斯可抽量修正值 开采层至邻近 层距离与开采 层厚度之比 上 邻 近 层 下 邻 近 层 煤 层 倾 角 （ ） 20 以下 20 40 40 以上 20 以下 20 40 40 以上 10 0.6 0.7 0.3 0.4 0.1 0.2 2