研究生课程：瓦斯灾害预测与防治——第二讲：矿井瓦斯涌出量预测技术ppt课件

1、河南理工大学安全学院河南理工大学安全学院瓦 斯 防 治 技 术 及 装 备 研 究 所瓦 斯 防 治 技 术 及 装 备 研 究 所国家安全生产专家国家安全生产专家硕士研究生课程：硕士研究生课程：瓦斯灾害预测与防治瓦斯灾害预测与防治2019年年4月月杨宏民杨宏民 博士博士 高级工程师高级工程师内容提要内容提要第一章：矿井瓦斯涌出量预测技术及发展历程第一章：矿井瓦斯涌出量预测技术及发展历程第二章：矿井瓦斯涌出量预测方法第二章：矿井瓦斯涌出量预测方法第三章：矿山统计法第三章：矿山统计法第四章：分源预测法第四章：分源预测法第五章：煤层瓦斯涌出量等值线图绘制第五章：煤层瓦斯涌出量等值线图绘制第一章：矿

2、井瓦斯涌出量预测技术第一章：矿井瓦斯涌出量预测技术及发展历程及发展历程一、国内矿井瓦斯涌出预测方法一、国内矿井瓦斯涌出预测方法 我国于1953年首次在辽源矿务局中央立井应用矿山统计法计算煤层瓦斯含量梯度；1959年开展煤中瓦斯含量及其影响因素理论研究，探索煤中水分、孔隙率、煤阶、温度等因素对瓦斯容量的影响；1959年国内首次在淮南矿务局谢家集二矿应用矿山统计法预测深部矿井瓦斯涌出量；1959年1964年，采用矿山统计法完成了抚顺、北票、峰峰、南桐、梅田等矿区深部瓦斯涌出量预测工作；以后，矿山统计法在全国瓦斯矿井得到广泛应用。一、国内矿井瓦斯涌出预测方法一、国内矿井瓦斯涌出预测方法 “七五期间1

3、986-1990年），我国开展了矿井瓦斯涌出量预测方法的研究，以王兆丰等为主提出了“矿井瓦斯涌出量分源预测法”，研制了等压瓦斯解吸仪和定点煤样采集器，瓦斯涌出量预测技术有了较大的发展，并得到初步的推广应用；“八五期间1991-2019年），在瓦斯含量科学规范测试的基础之上，矿井瓦斯涌出量预测经过大范围的推广应用，这一技术不断规范，形成了矿井瓦斯涌出量预测方法及规范；同时地勘瓦斯含量测定技术和装备得到发展，测试深度可达5001000m，准确率提高到85%以上，收集了20个矿务局11万个瓦斯含量数据。一、国内矿井瓦斯涌出预测方法一、国内矿井瓦斯涌出预测方法 “九五期间2019-2000年），随着我

4、国高产高效工作面的普及和推广，引入了工作面推进度修正系数，研究了综掘落煤瓦斯的均匀性与落煤量、运煤速度及工作面长度的关系，完善了矿井瓦斯涌出量预测方法和装备；“十五期间2019-2019年），进行了瓦斯涌出动态监测技术研究，通过对淮南矿区掘进工作面瓦斯涌出预测动态规律的研究，建立了掘进工作面瓦斯涌出量预测模型。第二章：矿井瓦斯涌出量预测方法第二章：矿井瓦斯涌出量预测方法1. 矿山统计法矿山统计法2. 含量法含量法3. 分源预测法分源预测法4. 类比法类比法5. 瓦斯地质数学模型法瓦斯地质数学模型法6. 速度预测法速度预测法7. 灰色预测法灰色预测法8. 神经网络预测法神经网络预测法一、矿山统计

5、法一、矿山统计法 1. 基本原理： 根据矿井已采区域历年测定的相对瓦斯涌出量及相应的开采深度，采用数理统计的方法建立二者的关系线性或非线性），并经过统计检验，对深部或生产条件相同的其他矿井未采区域的瓦斯涌出量作出预测；一、矿山统计法一、矿山统计法 2. 应用条件： 1生产矿井深部水平； 2开采技术条件相同、地质条件相同邻近矿井； 3Q=f (H)，线性：Q=H+Q0二、含量法二、含量法1. 基本原理： 采区相对瓦斯涌出量等于平均每采1t煤各瓦斯源涌出分量的总和。式中： qi采区平均每采1t煤第i瓦斯源涌出瓦斯分量，m3/t； mi, m1煤层厚度，开采厚度，m； x0原始瓦斯含量，m3/t；

6、xi残存瓦斯含量，m3/t； C1第i瓦斯源的瓦斯涌出率，%。100)(1101Cxxmmqii二、含量法二、含量法 1. 基本原理： 此方法是以瓦斯含量为计算依据的，所以称为含量法。 这种计算方法有十余种，他们之间基本区别在于：确定各涌出源瓦斯涌出率的数学模型不同。二、含量法二、含量法2. 邻近层瓦斯涌出率模型：二、含量法二、含量法3. 各预测模型所考虑的因素：主要影响因素各种邻近层瓦斯涌出率预测方法荷兰斯图夫康德国舒尔茨德国弗吕格德国温尔特法国根特前苏联李金波兰巴尔巴拉英国采矿研究所邻近层瓦斯含量其它岩层瓦斯含量邻近层厚度到邻近层距离工作面长度瓦斯抽放强度开采层倾角*开采层厚度冒落或充填开

7、采深度*采区服务年限工作面推进速度运输机上煤的瓦斯涌出二、含量法二、含量法4. 采用7种方法预测结果对比王兆丰）：工作面名称瓦斯涌出量预测方法对比值对比值法国法国根特根特英国英国采矿研究所采矿研究所前苏联前苏联李金李金德国德国温尔特温尔特波兰波兰巴尔巴拉巴尔巴拉荷兰荷兰斯图夫康斯图夫康重庆、阳泉矿重庆、阳泉矿务局研究所法务局研究所法阳泉一矿九一一工作面预测值（m3/t）36.3634.7427.7530.9324.5932.1026.70实测值（m3/t）32.9032.9032.9032.9032.9032.9032.90相对误差（%）10.525.59-15.65-5.99-25.26-2

8、.43-18.84阳泉一矿一一二工作面预测值（m3/t）111.4583.2859.9372.9130.2494.2761.30实测值（m3/t）68.1468.1468.1468.1468.1468.1468.14相对误差（%）63.5622.22-12.057.00-55.6238.35-10.04三、分源预测法三、分源预测法 1. 基本原理： 根据矿井瓦斯涌出来源不同，分别计算出回采和掘进工作面的瓦斯涌出量，再乘以采空区涌出系数得到矿井瓦斯涌出量。瓦斯涌出源可分为6类： 开采层 邻近层 掘进工作面煤壁 掘进工作面落煤 回采工作面采空区 已采采区的采空区三、分源预测法三、分源预测法2. 发

9、展与完善： 此方法是以王兆丰教授为主的科研团队在“八五期间提出的。 “七五期间，王兆丰教授将前苏联的方法应用于淮南潘一矿一水平13-1煤层瓦斯涌出量预测，通过研究对其中的公式和参数进行了修正，提出了适合于我国煤矿条件的取值范围，并于“八五期间提出了分源预测法，“九五期间进行了完善。 四、类比法四、类比法1. 基本原理： 根据地勘瓦斯含量与生产期间的瓦斯涌出量之比，计算新建矿井瓦斯涌出量。 瓦斯的生成、赋存和排放条件受地质构造因素控制。对于未采动煤层，瓦斯含量分布规律与地质构造条件密切相关。 在同一矿区内，地质条件相似时，矿井瓦斯涌出量与地勘钻孔瓦斯含量之间存在一个自然比值。 四、类比法四、类比

10、法2. 基本公式：A/B=C/DC=AD/B式中： A生产矿井瓦斯涌出量，m3/min； B生产矿井钻孔煤层瓦斯含量， m3/min； C新建矿井瓦斯涌出量， m3/min； D新建矿井钻孔煤层瓦斯含量， m3/min 。五、瓦斯地质数学模型法五、瓦斯地质数学模型法1. 基本原理： 河南理工大学袁崇孚、张子戌教授经多年研究提出的。 通过研究瓦斯地质规律，分析瓦斯涌出量的变化规律，筛选影响瓦斯涌出量变化的主要地质因素，根据已采区的瓦斯涌出实测资料，考虑多因素，建立多变量数学模型，对矿井瓦斯涌出量进行预测地方法。五、瓦斯地质数学模型法五、瓦斯地质数学模型法2. 数量化理论： 是一种基于数量化理论建

11、模的预测方法。 数量化理论是一种同时能够处理定性变量和定量变量的多元统计分析方法。 定性变量：煤层稳定性、围岩特征保、散） 煤田暴露程度暴露、隐伏） 定量变量：煤层厚度、埋深、瓦斯含量六、速度预测法六、速度预测法1. 基本原理： 是太原理工大学赵益芳教授等人提出的一种预测方法。 认为采煤工作面的瓦斯涌出量主要来源于开采层及邻近层。瓦斯涌出量不但取决于煤体内外的压力差和透气性，还与其存在的时间、空间关系有关。 是基于瓦斯涌出速度计算矿井瓦斯涌出量。六、速度预测法六、速度预测法 2. 煤壁瓦斯涌出的初速度： 在未受采动的煤层中，瓦斯的运移主要取决于瓦斯压力和煤的透气性，前者是动力,后者是阻力。式中

12、： v瓦斯涌出速度，m/min； v0瓦斯涌出初速度，m/min； 衰减系数； t 煤壁暴露时间，d。tevv20七、灰色系统预测法七、灰色系统预测法1. 灰色系统： 由武汉华中科技大学的邓聚龙教授提出的一种新的系统理论。 灰色系统理论的主要优点是通过一系列数据生成方法直接累加法、移动平均法、遗传因子法和自适应性累加法等），将一些本没有规律、杂乱无章的或规律性不强的一组原始数据序列变得具有明显的规律性，解决了数学界一直认为不能解决的微分方程建模问题。七、灰色系统预测法七、灰色系统预测法2. 瓦斯涌出量灰色系统预测原理： 矿井瓦斯涌出量是一个受多种因素影响的多元函数，这些因素既包含已知信息即白色

13、信息），又包含未知的或不确定的信息即灰色信息），因而它是一个灰色系统。 矿井瓦斯涌出量受多种因素影响的动态变化过程，各因素之间的关系是动态的、模糊的。灰色模型正好能反映瓦斯涌出量外延明确、内涵不明确的系统内在变化规律。七、灰色系统预测法七、灰色系统预测法3. 灰色系统预测方法： 运用灰色理论对矿井瓦斯测定的日报表、月报表进行整理，得出矿井不同开采强度瓦斯涌出量原始数据，建立微分方程GM1,1模型，最后对矿井瓦斯涌出量进行预测。八、神经网络预测法八、神经网络预测法1. 基本原理： 神经网络具有通过样本“学习的能力，一方面区别于传统的各种预测方法，实际应用时无需做出因素与瓦斯涌出量相关关系的任何假

14、设，只需将实际数据直接提供给网络来训练。 另一方面训练完成后的网络能以任何精度逼近真值只要训练数据足够多）。此方法能够捕捉那些隐含的、未被认知的规律，这是其他方法所无法比拟的。八、神经网络预测法八、神经网络预测法2. 神经网络系统： W011VI1输入层输出层隐含层VIi神经元(结点)WH11WH1jVHjW01jV01V0j神经网络结构示意图九、各种预测方法的特点九、各种预测方法的特点1. 预测基础： 分源预测法煤层瓦斯含量根底速度预测法瓦斯涌出速度v0，衰减系数类比法瓦斯地质数学模型法灰色系统预测法神经网络预测法矿山统计法数理统计一元/多元线性回归一元线性回归多元统计法多元非线性回归回归逼

15、近法定性因素定量因素定量因素九、各种预测方法的特点九、各种预测方法的特点2. 使用条件： 矿山统计法已采区域实测瓦斯涌出量条件类比法瓦斯地质数学模型法灰色系统预测法神经网络预测法分源预测法瓦斯含量分布矿井勘探、精探能提供瓦斯含量开采、地质条件相近的参比矿井设计阶段独立新建矿井不能用于条件适应性强不能用于周边无生产矿井与生产矿井条件相差大九、各种预测方法的特点九、各种预测方法的特点3. 实用性： 矿山统计法已达到实用阶段是我国普遍采用的预测方法类比法瓦斯地质数学模型法灰色系统预测法神经网络预测法分源预测法简单易行现场应用较多AQ1018-2019方法标准计算过程复杂必须借助于计算机编程现场应用较

16、少第三章：矿山统计法第三章：矿山统计法一、简易统计法一、简易统计法 在瓦斯带内，当煤层地质条件和开采条件变化不大时，相对瓦斯涌出量随开采深度呈近似线性关系：式中：q矿井相对瓦斯涌出量，m3/t； H开采深度，m； H0瓦斯风化带深度，m； 相对瓦斯涌出量随开采深度的变化梯度，m/（m3.t）。1、矿井相对外涌出量与开采深度的关系、矿井相对外涌出量与开采深度的关系 20HHq/m/m3/tH0H1Hiqiq12一、简易统计法一、简易统计法 当瓦斯风化带以下有两个水平的实际相对瓦斯涌出量资料时：式中： H2瓦斯带内2水平的开采深度，m； H1瓦斯带内1水平的开采深度，m； q2在H2深度开采时的相

17、对瓦斯涌出量，m3/t； q1在H1深度开采时的相对瓦斯涌出量，m3/t。2、 相对涌出量梯度相对涌出量梯度值的确定值的确定 2212qqHH/m/m3/tH0H1Hiqiq12一、简易统计法一、简易统计法当瓦斯风化带以下有多个水平的实际相对瓦斯涌出量资料时：式中： Hi第i水平的开采深度，m； qi第i水平的的相对瓦斯涌出量，m3/t； n统计的开采水平个数。2、相对涌出量梯度、相对涌出量梯度值的确定值的确定 niniiinininiiiiiqqnqHHqn1122111)(/m/m3/tH0H1Hiqiq12一、简易统计法一、简易统计法 根据相对瓦斯涌出量梯度计算：式中： H0瓦斯风化带深

18、度，m； Hi第i水平的开采深度，m； qi第i水平的的相对瓦斯涌出量，m3/t； 相对瓦斯涌出量随采深的变化梯度， m/（m3.t） 。3、 风化带深度风化带深度H0的确定的确定 )2(110qHH20HHq/m/m3/tH0H1Hiqiq12一、简易统计法一、简易统计法 根据实测煤层瓦斯基本参数确定： a) 甲烷及重烃的浓度之和占气体组分的80%（按体积）； b) 瓦斯压力P = 0.10.15MPa； c) 相对瓦斯涌出量 qCH4= 2 3m3/t； d) 煤层的瓦斯含量： 长焰煤：W=1.01.5 m3/t.r； 气 煤：W=1.52.0 m3/t.r； 肥、焦煤：W=2.02.5

19、m3/t.r； 瘦 煤：W=2.53.0 m3/t.r； 贫 煤：W=3.04.0 m3/t.r； 无烟煤：W=5.07.0m3/t.r。3、 风化带深度风化带深度H0的确定的确定 二、线性回归法二、线性回归法 线性回归法的步骤和模型与简易法相同，只是确定瓦斯涌出量梯度的方法不同。根据一组瓦斯涌出量和对应开采深度数据，利用最小二乘法进行线性回归。式中： 预测的矿井相对瓦斯涌出量， m3/t； a 回归系数，表示涌出量随开采深度的变化梯度，m3/(t.m)； b 回归常数，m3/t。1、 一般式一般式 baHqq 二、适用条件二、适用条件 地质条件和生产条件相似： 类似：预测新水平、新采区、邻近

20、新矿井已生产区 地质条件：煤层赋存、煤质、煤系岩性、地质构造 生产条件：煤层开采顺序、采煤方法、顶板管理 预测外推范围： 垂直方向：不超过200m； 水平方向：不超过600m； 地质构造：无大的地质构造相隔。二、适用条件二、适用条件 已知条件： 瓦斯涌出量：至少已知2个已采水平的瓦斯涌出量资料； 瓦斯风化带：已知1个已采区资料和风化带深度；风化带内q=2m3/t。 所依据的矿井瓦斯涌出量产量稳定。三、所需资料三、所需资料u矿井采掘设计说明书：u 开辟/开采系统图、采掘比、采掘接替计划、采煤方法、通风方式、煤层开采顺序、配采关系、掘进巷断面、煤巷平均掘进速度等。u 矿井、采区、工作面及掘进面产量

21、。 u历年实测资料：u 历年瓦斯等级鉴定资料、通风报表月报、旬报）；u 邻近矿井或本矿已采水平、采区及采掘工作面涌出量测定结果。四、该方法应用情况四、该方法应用情况u 1959年首次在淮南矿务局谢家集二矿应用；u 1959-1964年先后完成了抚顺、北票、峰峰、南桐、梅田等矿区深部瓦斯涌出量预测；u 以后，矿山统计法在全国普及和推广。五、鹤壁煤业集团四矿应用实例五、鹤壁煤业集团四矿应用实例u 矿井概况u 鹤壁四矿位于鹤壁矿区北部。井田南北走向长4.1 km，东西倾斜宽3.5 km，面积14.3 km2。矿井于1960年投产，1 993年改扩建完成后设计生产能力90万t/a，2019年实际生产原

22、煤110万t，2019年计划生产109万t。u 本井田煤系地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原群。山西组含煤24层，其中二1煤厚度大且稳定，为本区主采煤层；太原群含煤及煤线14层，一1煤和一2煤可采。u 将鹤壁四矿历年生产过程中累积的实际相对瓦斯涌出量经“去伪存真核实处理； 六、鹤壁煤业集团四矿应用实例六、鹤壁煤业集团四矿应用实例u 计算出相对瓦斯涌出量与开采深度的关系如图：第四章：分源预测法第四章：分源预测法一、矿井瓦斯构成一、矿井瓦斯构成汇：矿井瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出源：已采采区采空区瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出掘进工作面瓦斯涌出源：生产采区采空区瓦斯涌出源：开采层瓦斯涌出源：邻近层瓦斯

23、涌出源：煤壁瓦斯涌出源：落煤瓦斯涌出二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算式中： q采回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t； q1开采层相对瓦斯涌出量，m3/t； q2邻近层相对瓦斯涌出量，m3/ t。1、采煤工作面瓦斯涌出量计算、采煤工作面瓦斯涌出量计算 21qqq采二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算(1) 开采层瓦斯涌出量：薄及中厚煤层：厚煤层：式中： q1开采煤层(包括围岩)相对瓦斯涌出量，m3/t； m 煤层厚度，m； M 开采层的开采厚度，m； W0煤层瓦斯含量，m3/t； Wc运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3/t。1、采煤工作面瓦斯涌出量计算、采煤工作面瓦斯涌出量计算 11230cm

24、qkkkWWM)(03211cfWWkkkkq二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算(1) 开采层瓦斯涌出量：薄及中厚煤层：厚煤层：式中： q1开采煤层(包括围岩)相对瓦斯涌出量，m3/t； k1围岩瓦斯涌出系数； k2工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数； k3采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数； kf取决于煤层分层数和顺序的分层瓦斯涌出影响系数； 1、采煤工作面瓦斯涌出量计算、采煤工作面瓦斯涌出量计算 11230cmqkkkWWM)(03211cfWWkkkkq二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算围岩瓦斯涌出系数K1的取值方法 对于单个煤层开采条件， 围岩瓦斯涌出系数

25、可用统计方法，以工作面基本顶初次来压前后的平均绝对瓦斯涌出量qa与q的比值，即K1=qa/q来估算。如焦作矿区单一煤层，K1=1.191.27，平均为1.21。 当没有实测统计值时，可参照下面选取： 1K1值选取范围为1.11.3； 2全部垮落法管理顶板时，对于碳质组分较多的围岩， K1取1.3，对于砂质泥岩等致密性围岩， K1取值可偏小； 3局部充填法管理顶板时， K1取1.2； 4全部充填法管理顶板时， K1取1.1。二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算 巷道预排瓦斯影响系数K3的取值方法 采用长壁后退式采煤时，按下式计算： 采用长壁前进式采煤时，如上部相邻工作面已采，则K3=l；上部相邻

26、工作面未采，K3按下式计算：式中 L工作面长度，m； h 掘进巷道预排等值宽度，m。如无实测值，可按表中取值； b 巷道宽度，m。LhLK)2(3bLbhLK2223二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算 巷道预排瓦斯影响系数K3的取值方法 巷道预排瓦斯带宽度h取值巷道煤壁暴露时间T（d） 不同煤种巷道预排瓦斯带宽度h（m）无烟煤瘦煤或焦煤肥煤、气煤及长焰煤256.59.011.5507.410.513.01009.012 416 0150l0.514.218.020011.015.4l9.725012.016.921 530013.018.023.0h值亦可采用下式计算： 低变质煤：h=0.8

27、08T0.55；高变质煤：h=(13.850.0183T)(1+0.0183T)二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算分层开采瓦斯涌出系数Kf的取值方法 分层(两或三层)开采时，Kf按下表1取值；分层(四层)开采时， Kf值按表2取值。表1 分层(两或三层)开采时Kf取值表2 分层(四层)开采时Kf取值两个分层开采 三个分层开采Kf1Kf2Kf1Kf2Kf31.5040.4961.8200.6920.488分层1234Kfi1.801.030.700.47二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算(2) 邻近层瓦斯涌出量：式中： q2 邻近层瓦斯涌出量，m3/t； mi 第i个邻近层厚度，m； M 开

28、采层的开采厚度，m； i 取决于层间距离的第i邻近层瓦斯排放率，%； W0i第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t； Wci第i邻近层残存瓦斯含量，m3/t；其余符号意义同前。1、采煤工作面瓦斯涌出量计算、采煤工作面瓦斯涌出量计算 201()niiiciimqWWM二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算 邻近层瓦斯排放率 1当邻近层位于冒落带中， =1； 2) 当采高小于4.5 m时， 按下式计算或按右选取。 式中 hi第i邻近层与开采层垂直距离，m； hp受开采层采动影响顶板底岩形成贯穿裂隙，邻近层向工作面释放卸压瓦斯的岩层破坏范围，m。 hp 可按附录六的方法计算。piihhK1二、瓦斯涌出量计算

29、二、瓦斯涌出量计算 邻近层瓦斯排放率 3当采高大于4.5 m时，按下式计算：式中 hi 第i邻近层与开采层垂直距离，m； M采高，m； L工作面长度，m。 LhMhKiii04.8447. 0100二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算式中： q掘掘进工作面相对瓦斯涌出量，m3/t； q3掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/t； q4掘进落煤瓦斯涌出量，m3/ t。2、掘进工作面瓦斯涌出量计算、掘进工作面瓦斯涌出量计算 43qqq掘二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算(1) 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量：式中： q3 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/t； D巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m； 对于薄煤层，D

30、=2m0； 对于厚煤层，D=2h+b，h、b分别为巷道的高度和宽度； v巷道平均掘进速度，m/min； L巷道长度，m； q0煤壁瓦斯涌出初速度，m3/(m2min)。2、掘进工作面瓦斯涌出量计算、掘进工作面瓦斯涌出量计算 30(2/1)qD v qL v 二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算(1) 掘进巷道煤壁瓦斯涌出量：煤壁瓦斯涌出初速度：式中： Vr煤中挥发份含量，%； W0煤层原始瓦斯含量，m3/t。2、掘进工作面瓦斯涌出量计算、掘进工作面瓦斯涌出量计算 2000.026 0.004 ()0.16rqVW二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算(2) 掘进落煤瓦斯涌出量：式中： q4 掘进

31、巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min； S 掘进巷道断面积，m2。 v 巷道平均掘进速度，m/min； 煤的密度，t/m3； W0煤层原始瓦斯含量，m3/t。 Wc运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3/t。2、掘进工作面瓦斯涌出量计算、掘进工作面瓦斯涌出量计算 40()cqS vWW 二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算(3)综合机械化巷道煤壁瓦斯涌出量：式中： q3掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min； u 巷道的煤壁周边长度，m； v1 巷道日平均掘进速度，m/min； L1巷道长度，m； 煤壁瓦斯解吸强度衰减系数。2、掘进工作面瓦斯涌出量计算、掘进工作面瓦斯涌出量计算 ）（111)(144011

32、1013vLVvuq二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算(4) 综合机械化掘进落煤瓦斯涌出量：式中：q4掘进巷道落煤的瓦斯涌出量，m3/min； 煤的密度，t/m3； S掘进巷道断面积，m3； v1巷道平均掘进速度，m/min； v2输送机的运煤速度(一般取刮板输送机的速度)，m/min； L2输送机的运煤长度，m； V0采落煤的极限瓦斯解吸强度，m3/(m2min)； a 落煤瓦斯解吸强度衰减系数。2、掘进工作面瓦斯涌出量计算、掘进工作面瓦斯涌出量计算 ）1)1(1122014vLVvSq二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算式中：q区 生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t； K生产采区内采空区瓦

33、斯涌出系数； q采i 第i回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t； Ai 第i回采工作面平均日产量，t； q掘i 第i掘进工作面掘绝对瓦斯涌出量，m3/min； A0 生产采区平均日产量，t。3、生产区瓦斯涌出量计算、生产区瓦斯涌出量计算 011)1440(AqAqKqniiniii掘采区二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算式中：q井 矿井相对瓦斯涌出量，m3/t； K已采采空区瓦斯涌出系数； q区i 第i生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t； A0i 第i生产采区平均日产量，t； q区i 第i生产采区相对瓦斯涌出量，m3/min。 4、矿井瓦斯涌出量计算、矿井瓦斯涌出量计算 niiniiiAAqkq

34、1010)( 区井二、瓦斯涌出量计算二、瓦斯涌出量计算采空区瓦斯涌出系数K、K的取值方法 采空区瓦斯涌出系数煤层属性取值范围 备 注生产采区K单一煤层1.201.35取值原则： 1对通风管理水平较高开采煤层厚度适中，丢煤较少，煤层层数较少的矿井(或采区)，应取下限值； 2对通风管理水平较差，开采中厚以上煤层且煤层层数较多的矿井(或采区)，应取上限值近距离煤层群1.251.45已采采区K单一煤层1.151.25近距离煤层群1.251.45三、适用条件三、适用条件 分源预测法的适用条件较广，适用于新建矿井、生产矿井水平延伸、新采区设计及采掘工作面的瓦斯涌出量预测。 由于瓦斯含量法以煤层瓦斯含量作为

35、预测的基础依据，因而对煤层瓦斯含量测定值的可靠性和含量点的分布及密度有较高的要求。五、所需资料五、所需资料1图纸： 开辟、开采系统图、巷道断面图；2生产设计： 采掘比、采掘接替计划、采煤方法、通风方式；煤层开采顺序、配采关系、掘进巷道断面、煤巷平均掘进速度；矿井、采区、采煤工作面及掘进工作面产量。1、矿井采掘设计说明书、矿井采掘设计说明书五、所需资料五、所需资料1地层剖面图、柱状图： 各煤层和煤夹层厚度、层间距及顶底岩性。2瓦斯： 煤层地勘瓦斯含量测定结果、风化带深度及瓦斯含量等值线图。3煤质： 煤的工业分析指标(灰分、水分、挥发分和密度)和煤质牌号。 2、矿井地质报告、矿井地质报告五、所需资

36、料五、所需资料1历年矿井瓦斯等级鉴定资料： 风量、瓦斯浓度、产量、抽采情况。2瓦斯涌出量实测资料： 回采工作面、掘进工作面瓦斯涌出量、回风流瓦斯浓度、风量等。3瓦斯异常情况： 瓦斯异常涌出情况、瓦斯异常区情况火成岩侵入区等）。 3、瓦斯涌出资料、瓦斯涌出资料六、存在的问题六、存在的问题 预测计算公式中，部分参量的取值具有随意性，预测结果有不确定的成分；1、有一定的随意性和不确定性、有一定的随意性和不确定性 某些瓦斯源的涌出量预测值具有普遍高于实测值的趋势，而另一些瓦斯源的涌出量预测具有普遍低于实际值的趋势； 例如：阳泉矿区北区，经多年实测和统计分析结果，邻近层瓦斯涌出量占到总涌出量的60-80

37、%，而用分源预测法计算的邻近层瓦斯涌出量仅占20-40%。2、某些瓦斯源预测有普遍偏高和偏低的现象、某些瓦斯源预测有普遍偏高和偏低的现象六、存在的问题六、存在的问题 预测方法是静态的，预测值属于长期平均值预测，预测结果不能真实反映具有动态行为的采掘工作面生产过程中的瓦斯涌出实际情形，预测的针对性、时效性和可靠性较差；3、预测方法是静态的，缺乏时效性、预测方法是静态的，缺乏时效性 综放开采技术是一种新的开采工艺，但在高产高效的同时，采煤工作面绝对瓦斯涌出量随之增大，并且瓦斯涌出不同于普遍采煤方法的特征，更具不均衡性，现有的预测方法明显不能满足其需要。 4、难以满足高效高产采煤方法的需求、难以满足

38、高效高产采煤方法的需求七、实例七、实例1、山西侯甲煤矿概况、山西侯甲煤矿概况芹池寺头井田槐树腰井田候甲煤矿伏岩山沟煤矿油纺头煤矿羊泉煤矿伯府煤矿沟沟煤矿竹林山煤矿武甲煤矿小西沟煤矿沁城勘探区侯甲井田邻近生产矿井分布图侯甲井田邻近生产矿井分布图新建矿井39455003946000394700039465003947500196210001962000030101运 输 顺 槽30101轨 道 顺 槽30101进 风 顺 槽30101回 风 顺 槽19620500196210002 4 02 5 01962000025019620500临 时 水 仓井 底 煤 仓主 立 井等 候 室清 理 撒 煤

39、 平 巷井 底 水 窝 清 理 斜 巷胶 带 运 输 斜 巷+353.5m车 场 大 巷轨 道 大 巷3 7 019619500装 载 硐 室 进 风 岩 石平 巷回 风 大 巷3 2 03 3 03 1 03 0 02 9 02 8 02 6 02 7 0主 变 电 所 及 水 泵 房3 4 0井 底 水 仓管 子 道19619000回 风 下 山运 输 下 山轨 道 下 山26019619500196190003945000394550019618500394600039470003946500196185003947500回 风 立 井30103回 风 顺 槽30103轨 道 顺 槽30

40、103运 输 顺 槽30103进 风 顺 槽30101工 作 面30103预 抽 工 作 面30105运 输 顺 槽掘 进 面30105进 风 顺 槽掘 进 面30105回 风 顺 槽掘 进 面30105轨 道 顺 槽掘 进 面副 立 井七、实例七、实例1、山西侯甲煤矿概况、山西侯甲煤矿概况侯甲煤矿开拓方式图侯甲煤矿开拓方式图七、实例七、实例2、邻近矿井瓦斯基本情况、邻近矿井瓦斯基本情况矿井2019年2019年瓦斯等级结论来源绝对涌出量（m3/min）相对涌出量（m3/t）绝对涌出量（m3/min）相对涌出量（m3/t）油坊头5.9218.946.2220.13高瓦斯矿井瓦斯等级鉴定伯 府8.

41、2416.708.3314.51高瓦斯矿井瓦斯等级鉴定竹林山35.7620.3430.7541.36突出矿井突出危险性鉴定小西沟26.9332.54 (m3/min) 17.2420.83 (m3/t)高瓦斯矿井涌出量预测武甲84.5898.80m3/min 30.8336.01 (m3/t)高瓦斯矿井涌出量预测芹池2019年2019年突出矿井瓦斯等级鉴定21.30*67.58*22.06*50.42*伏岩山突出矿井，3号煤层为突出煤层突出危险性鉴定七、实例七、实例3、煤层地勘瓦斯含量、煤层地勘瓦斯含量钻孔采样深度（m）煤样可燃质重量（g）瓦斯成分（）瓦斯（CH4）含量(m3/t.r)CH4C

42、O2N2H1518.80396.0494.943.610.989.81H2438.41295.0598.331.550.037.05H3554.43449.2949.2512.2638.495.05H4562.62450.5082.356.4411.217.15检查孔1423.90474.8341.0811.4047.534.26检查孔2425.56488.2690.823.515.678.35七、实例七、实例4、煤层地勘瓦斯含量、煤层地勘瓦斯含量测定地点采样深度（m）煤样瓦斯成分瓦斯含量（m3/t.r）CH4(%)CO2()N2(%)油坊头煤矿3400运巷30096.320.003.6812

43、.03沟沟煤矿3011工作面28595.320.004.6812.71小西沟煤矿水文检查孔29191.520.008.4810.87武甲煤矿检查孔375.7197.032.850.1216.87伏岩山煤矿集中回风下山19999.5800.428.5伏岩山煤矿集中轨道下山21799.4900.5111.61竹林山1316回风顺槽30595.520.004.4813.41七、实例七、实例5、煤层瓦斯含量分布规律、煤层瓦斯含量分布规律侯甲煤矿侯甲煤矿3号煤层瓦斯含量与埋藏深度关系散点图号煤层瓦斯含量与埋藏深度关系散点图 瓦斯含量增长梯度为瓦斯含量增长梯度为3.88(m3/t.r)/100m。 七、实

44、例七、实例6、煤层瓦斯含量等值线、煤层瓦斯含量等值线39455003946000394700039465003947500196210001962000030101运输顺槽30101轨道顺槽30101进风顺槽30101回风顺槽19620500196210002402501962000025019620500临时水仓井底煤仓主立井等候室清理撒煤平巷井底水窝清理斜巷胶带运输斜巷+353.5m车场大巷轨道大巷37019619500装载硐室进风岩石平巷回风大巷320330310300290280260270主变电所及水泵房340井底水仓管子道19619000回风下山运输下山轨道下山2601961950

45、01961900039470003946500196185003947500回风立井30103回风顺槽30103轨道顺槽30103运输顺槽30103进风顺槽30101工作面30103预抽工作面副立井16182022242626242220图 例吕家庄-35030105回采面30107回采面候候甲甲煤煤矿矿3 3号号煤煤层层瓦瓦斯斯含含量量分分布布预预测测图图七、实例七、实例7、回采工作面瓦斯涌出量计算、回采工作面瓦斯涌出量计算生产时期工作面名称煤厚(m)瓦斯含量日产量(t/d)瓦斯涌出量(m3/t.r)(m3/t)(m3/t)(m3/min)初期301015.2022.0 18.6 27271

46、4.57 27.59 中期301045.2022.5 19.0 272715.04 28.48 后期301065.2022.0 18.6272714.57 27.59 七、实例七、实例8、掘进工作面瓦斯涌出量计算、掘进工作面瓦斯涌出量计算生产时期掘进工作面煤厚(m)瓦斯含量（m3/t）巷长(m)掘进速度(m/mon)瓦斯涌出量（m3/min）煤壁落煤合计初期30102工作面顺槽5.2022.3715004009.69 3.6013.29大巷5.2016.4611253005.30 1.616.91中期30105工作面顺槽5.2018.998004006.01 2.888.89大巷5.2017.

47、306003004.07 1.745.81后期30107工作面顺槽5.2019.927004005.89 3.088.97大巷5.2017.735253003.90 1.805.70七、实例七、实例9、采区矿井瓦斯涌出量计算、采区矿井瓦斯涌出量计算生产时期日产量(t/d)采区瓦斯涌出量回采(m3/min)掘进(m3/min)采空区(m3/min)合 计(m3/min)(m3/t)初期324627.59 20.20 16.73 64.52 28.62 中期324628.48 14.70 15.11 58.29 25.86 后期324627.59 14.67 14.79 57.0525.31 第五

48、章：煤层瓦斯涌出量等值线图绘制第五章：煤层瓦斯涌出量等值线图绘制一、瓦斯含量随埋深变化的线性回归一、瓦斯含量随埋深变化的线性回归1、瓦斯含量数据筛选、瓦斯含量数据筛选(1) 煤样灰分含量不超过40，否则测值视为不可靠；(2)煤样现场瓦斯解吸测定后，必须密封装罐，脱气前不漏气，否则测值视为不可靠；(3)采用地勘解吸法测定瓦斯含量时，煤样重量不得少于250克，否则测值视为不可靠；(4)瓦斯带中所取的瓦斯含量测定煤样，甲烷成分必须高于80，否则测值视为不可靠;(5) 同一钻孔、同一煤层有两个或两个以上的瓦斯含量测值满足可靠性条件时，取最大测值作为煤层瓦斯含量。SHX-160299.344981613

49、93897493.532.833.645.31瓦斯含量偏低，不可靠SHX-161371.52498970393926499.30.420.2815.14可靠SHX-169313.4498515393910697.112.630.266.45瓦斯含量偏低，不可靠SHX-170293498362393926898.110.511.3812.87可靠SHX-171361498409393958191.344.314.3516.15可靠SHX-172290.03498400393983495.283.221.516.72可靠SHX-179275.86497788393952396.923.0804.4

50、2瓦斯含量偏低，不可靠SHX-181332.4497835394025394.764.720.528.71瓦斯含量偏低，不可靠SHX-187327.58497246393958195.892.251.861.98瓦斯含量偏低，不可靠SHX-101338499309394164993.735.041.2322.4可靠SHX-102436499564394160596.992.620.3924.2可靠SHX-103409499764394167992.063.894.0526.3可靠SHX-104299.4500180394173897.211.824.8可靠SHX-105293500402394

51、167095.61.592.8124.3可靠SHX-106315500676394163693.953.842.2123.7可靠SHX-107333501124394167294.345.130.5324.9可靠SHX-108315501389394158894.825.160.0220.4可靠SHX-109319501658394161292.734.392.8820.3可靠SHX-110302501866394161996.8803.1223.8可靠SHX-1112535021873941582963.960.0422.2可靠SHX-112297499417394191592.212.01

52、5.7822.1可靠SHX-113293499801394200091.282.686.0422.5可靠SHX-114299500072394190489.431.289.2926可靠SHX-115338500365394189192.54.413.0927.3可靠SHX-116340500611394195990.683.795.5326.3可靠SHX-117342500934394192688.664.556.7925.3可靠SHX-118341501271394194496.683.32023.6可靠SHX-119333501567394194990.252.497.2623.7可靠一、

53、瓦斯含量随埋深变化的线性回归一、瓦斯含量随埋深变化的线性回归2、瓦斯含量规律线性回归、瓦斯含量规律线性回归(1) 确定每个瓦斯含量的埋藏深度留意：不是标高，当上层第四纪黄土层覆盖厚度较大时，应减除此厚度；(2) 准备埋藏深度-瓦斯含量数据，并以录入EXCEL电子表格的两列中；(3) 用EXECL绘制埋藏深度-瓦斯含量散点图；(4) 绘制这些散点图的趋势线，选择直线模型；(5) 添加显示公式选项：Y=AX+B。(6) A/100即为瓦斯含量随埋深变化梯度， m3/ (t100m ) 。一、瓦斯含量随埋深变化的线性回归一、瓦斯含量随埋深变化的线性回归2、瓦斯含量规律线性回归、瓦斯含量规律线性回归二、瓦斯含量等值线绘制二、瓦斯含量等值线绘制1、数据准备、数据准备a查清煤层底板网格点坐标x，y，z）；b查清对应的地面网格