矿井瓦斯涌出量预测

矿井瓦斯涌出量预测主要报告内容一、根底知识预测目的瓦斯涌出量的概念矿井瓦斯等级等级鉴定与涌出量预测的关系预测目的

矿井瓦斯涌出量——在矿井建设和生产过程中涌出到采掘空间的瓦斯数量。

绝对瓦斯涌出量——单位时间内涌出的瓦斯量，m3/min,m3/d。相对瓦斯涌出量——矿井在正常生产条件下，平均日产一吨煤所涌出的瓦斯量，m3/t。式中q——相对瓦斯涌出量，m3/t；

Q——绝对瓦斯涌出量，m3/d；A——平均日产煤量，t/d；根本概念《煤矿瓦斯等级鉴定暂行方法》于2023年10月14日由国家平安生产监督管理总局、国家开展和改革委员会、国家能源局、国家煤矿平安监察局以安监总煤装〔2023〕162号印发。该《方法》分总那么、矿井瓦斯等级划分和认定、鉴定管理、瓦斯矿井和高瓦斯矿井的鉴定、突出矿井的鉴定、鉴定责任、附那么7章46条，自2023年3月1日起施行。矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级依据实际测定的瓦斯涌出量、瓦斯涌出形式以及实际发生的瓦斯动力现象、实测的突出危险性参数等确定。矿井瓦斯等级划分为：煤〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕突出矿井高瓦斯矿井瓦斯矿井突出矿井发生过煤〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕突出的；经鉴定具有煤〔岩〕与瓦斯〔二氧化碳〕突出煤〔岩〕层的；依照有关规定有按照突出管理的煤层，但在规定期限内未完成突出危险性鉴定的。高瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min矿井任一掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min矿井任一采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量≤10m3/t矿井绝对瓦斯涌出量≤40m3/min矿井各掘进工作面绝对瓦斯涌出量均≤3m3/min矿井各采煤工作面绝对瓦斯涌出量均≤5m3/min瓦斯等级鉴定与涌出量预测的关系瓦斯等级鉴定生产矿井涌出量预测新矿井、新水平瓦斯等级鉴定与涌出量预测的关系一水平二水平三水平四水平五水平

已开采完

正在生产

正在生产

待延深水平

待延深水平鉴定预测二、预测方法简介开展及传统方法预测方法的开展矿山统计法分源预测法类比法数理模型方法瓦斯地质模型法瓦斯涌出初速度法神经网络预测灰色系统理论预测预测方法的开展从20世纪50年代初就开始进行这方面的研究，1953年首次在辽源矿务局中央竖井应用矿山统计法计算煤层瓦斯含量梯度，1959年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—1964年先后完成了抚顺煤田、北票台吉矿、峰峰煤田、南桐、梅田等矿区矿井深部瓦斯涌出量预测工作。此后，矿山统计法在全国瓦斯矿井得到了广泛应用。预测方法的开展“七五〞期间(1986—1990年)提出了矿井瓦斯涌出量分源预测方法，并得到初步推广应用。“八五〞期间(1991—1995年)在分源预测根底上，提出了构造单元分源预测法，首次建立了全国统一的矿井瓦斯涌出量预测方法，将预测精度提高到85％以上。预测方法的开展“九五〞期间(1991—1995年)进一步研究了高产高效采煤工作面和综掘工作面的瓦斯涌出规律。经过近20多年不断地研究开展，目前分源预测法已根本上到达实用化阶段，并于2006年发布了行业标准《矿井瓦斯涌出量预测方法》(AQ1018—2006)。预测方法的开展随着现代科技的迅速开展，特别是数学方法和计算机技术的开展，原有的预测方法和应用范围得到了拓展，出现了一些新的预测方法，如瓦斯地质数学模型法、瓦斯涌出初速度预测法以及灰色系统理论预测法、神经网络预测法等，但这些方法还在探索阶段，没有到达实用阶段。矿山统计法根本原理根据生产矿井不同开采深度己采水平的相对瓦斯涌出量的大量实测资料，通过统计分析，找出相对瓦斯涌出量随深度增长的规律，来预测延伸水平或相邻矿井的瓦斯涌出量。在风化带以下的甲烷带内，当煤层瓦斯地质条件和开采条件变化不大时，相对瓦斯涌出量随采深呈近似线性关系矿山统计法适用条件及存在的缺乏适用于生产矿井的延深水平、开采水平的新区、邻近的新矿井。至少风化带下应积累2个开采水平的瓦斯涌出量资料，开采技术条件类似：煤层开采顺序、采煤方法与顶板管理、地质构造、煤层赋存、煤质等应与生产区相同或类似。外推范围限定在垂深度不得超过100—200m，倾斜方向不超过600m。当开采条件或地质条件发生改变时，且即使在同一矿井，也不能对深部区域进行预测。分源预测法根本原理分源法预测法实质是按照矿井生产过程中瓦斯涌出源的多少、各个涌出源瓦斯涌出量的大小来预测矿井、采区、回采面和掘进工作面等的瓦斯涌出量。各个瓦斯源涌出瓦斯量的大小是以煤层瓦斯含量、瓦斯涌出规律及煤层开采技术条件为根底进行计算确定的。分源预测法适用条件及存在缺乏适用于新建矿井、生产矿井水平延深、新设计采区以及采掘工作面的瓦斯涌出量预测。但分源预测法的一些参数是根据某些矿区现场实测得到，一些公式是经验公式，具有一定的局限性，在其它矿区推广应用时出现了预测精度不高的现象。类比法根本原理瓦斯生成、赋存、排放条件是受地质构造因素控制的。在一个煤田或一个矿区范围内，在地质条件相同或相似的情况下，矿井瓦斯涌出量与钻孔煤层瓦斯含量之间存在一个自然比值。对于新建矿井可以通过邻近生产矿井的矿井瓦斯涌出量资料和钻孔煤层瓦斯含量资料的统计运算，求得一个比值。然后将该比值与新建矿井的钻孔煤层瓦斯含量相乘，即可得到新建矿井的瓦斯涌出量。类比法适用条件及存在缺乏适用于与邻近生产矿井具有相同或相似的地质、开采条件的新建矿井瓦斯涌出量预测。类比法对矿井瓦斯涌出的预测精度很低，有时只能够作定性的分析。瓦斯地质模型法根本原理通过瓦斯地质规律研究，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，在此根底上，根据矿井已采地区的瓦斯涌出量实测资料和相关的地质资料，综合考虑包括开采深度在内的多种影响因素，采用一定的数学方法，建立预测瓦斯涌出量的多变量数学模型(预测方程)，利用所建立的数学模型，对矿井未采区域的瓦斯涌出量进行预测。瓦斯地质模型法适用条件及存在缺乏瓦斯地质数学模型法适用于在矿井生产阶段对深部未采区域进行瓦斯涌出量预测。需要统计积累矿井生产期间大量的地质、开采及瓦斯涌出方面的资料。其它方法瓦斯涌出初速度法神经网络预测法灰色系统理论预测预测方法比照分析分源预测法是以煤层原始瓦斯含量为根底；速度预测法是以现场实测的瓦斯涌出初速度V0与衰减系数α为根底；而其它5种方法都是建立在统计数据的根底上的，只不过回归的方法不同而已，比方矿山统计法采用的是一元回归，瓦斯地质数学模型法是采用的多元统计分析，灰色系统预测法是通过微分建模型，神经网络预测法实质也是一种非线性回归方法。三、矿山统计法定义要求预测方法瓦斯梯度确实定瓦斯风化带深度确实定定义及要求定义根据对本矿井或邻近矿井实际瓦斯涌出资料的统计分析得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，预测新井或新水平瓦斯的方法。要求采用矿山统计法必须具备所要预测的矿井或采区煤层开采顺序、采煤方法、顶板管理、地质构造、煤层赋存、煤质等与生产矿井或生产区域相同或类似的条件。矿山统计法预测瓦斯涌出量外推范围沿垂深不超过200m，沿煤层倾斜方向不超过600m。预测方法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；

a——相对瓦斯涌出量随开采深度的变化梯度，m／(m3•t-1)。瓦斯梯度确实定

a即所谓的瓦斯梯度，是指甲烷带内相对瓦斯涌出量平均每增加1m3/t时深度的增加量。

当瓦斯风化带以下有两个生产水平的资料时：H1、H2——瓦斯风化带以下两次测定涌出量的深度，m，H2＞H1；q1、q2——对应于H1、H2的相对瓦斯涌出量，m3/t。q0q1q2qHH2H1H0瓦斯梯度确实定当有瓦斯风化带以下多个水平的实际相对瓦斯涌出量的资料时，a的加权平均值由下式计算：Hi——第i个水平的开采深度，m；

qi——第i个水平的相对瓦斯涌出量，m3/t；

n——统计的开采水平个数。瓦斯风化带深度确实定瓦斯垂直分带CO2-N2带N2带N2-CH4带瓦斯风化带深度确实定方法一：瓦斯风化带深度确实定方法二：根据实测煤层瓦斯根本参数确定。甲烷及重烃的浓度之和占气体组分的80%〔按体积〕；瓦斯压力P=0.1MPa~0.15MPa；相对瓦斯涌出量qCH4=2m3/t~3m3/t；煤层的瓦斯含量：用矿山统计法时的本卷须知地质条件差异较大时如果某一井田范围内存在较明显的构造分区，而且受地质构造等因素的影响，不同构造分区的瓦斯涌出量随开采深度的变化梯度有明显差异，井田内采用一个瓦斯涌出量梯度或回归方程进行预测，会造成预测误差增大，达不到生产要求。在这种情况下，应在各个构造分区分别计算瓦斯涌出量梯度或回归方程，分区进行预测。当瓦斯梯度非常数时应首先根据实测资料确定a值与开采深度的变化规律，然后再进行预测。四、分源预测法定义矿井瓦斯涌出构成回采工作面瓦斯涌出预测掘进工作面瓦斯涌出预测生产采区瓦斯涌出预测矿井瓦斯涌出预测矿井瓦斯涌出预测系统定义定义根据时间和地点的不同，分成数个向矿井涌出的瓦斯源，在分别对这些瓦斯涌出源进行预测的根底上得出矿井瓦斯涌出量的方法。矿井瓦斯涌出构成回采工作面瓦斯涌出量预测回采面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表示，以24h为一个预测圆班，采用下式计算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。开采层相对瓦斯涌出量计算薄及中厚煤层不分层开采时，用下式计算q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3／t；K1——围岩瓦斯涌出系数；K1值选取范围为1.1～1.3；全部陷落法管理顶板，碳质组分较多的围岩，K1取1.3；局部充填法管理顶板K1取1.2；全部充填法管理顶板K1取1.1；砂质泥岩等致密性围岩K1取值可偏小；开采层相对瓦斯涌出量薄及中厚煤层不分层开采时，用下式计算K2——工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算；K3——采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，取值方法；K3取值方法采用长壁后退式回采时，按下式计算采用长壁前进式回采时，如上部相邻工作面已采，那么K3=1；上部相邻工作面未采，K3按下式计算L——工作面长度，m；h——掘进巷道预排等值宽度，m，取值方法；b——巷道宽度，m。掘进巷道预排等值宽度

掘进巷道排放瓦斯的影响

工作面回采之前，已掘进的回风巷和运输巷会使工作面内沿巷道方向形成一定宽度的瓦斯排放带。瓦斯排放带越宽，回采过程中涌出的瓦斯量将越小。掘进巷道预排宽度h取值方法巷道煤壁暴露时间(d)不同煤种巷道预排瓦斯等值宽度h（m）无烟煤瘦煤焦煤肥煤气煤长焰煤256.59.09.011.511.511.5507.410.510.513.013.013.01009.012.412.416.016.016.016010.514.214.218.018.018.020011.015.415.419.719.719.725012.016.916.921.521.521.530013.018.018.023.023.023.0开采层相对瓦斯涌出量薄及中厚煤层不分层开采时，用下式计算m——开采层厚度，m；M——工作面采高，m；开采层相对瓦斯涌出量薄及中厚煤层不分层开采时，用下式计算W0——煤层原始瓦斯含量，m3／t，取值注意；Wc——运出矿井后煤的残存瓦斯含量，m3／t，有实测值按实测值，如无实测值参考。煤层原始瓦斯含量取值本卷须知煤层瓦斯含量值是分源预测矿井瓦斯涌出量的核心参数，因此要求瓦斯含量测值尽可能接近真值。煤层原始瓦斯含量的测定与计算可采用直接法〔地勘钻孔解吸法〕进行测定与计算，参见煤层气测定方法〔解吸法〕〔MT/T77—94〕。《地勘时期煤层瓦斯含量预测标准》〔AQ1046-2007〕地勘钻孔解吸法测定煤层瓦斯含量时，当钻孔深度小于500m时，按MT/T77—94标准测定瓦斯含量；当钻孔深度500m~1000m或煤的解吸性能很强时，测定值必须进行校正。直接法测定的煤层瓦斯含量应与邻近生产矿井和已生产水平井下钻孔解吸法或间接法测定的瓦斯含量比照。煤的残存瓦斯含量Wc取值高变质煤瓦斯含量>10m3/t.r和低变质煤的Wc值可按下表选取瓦斯含量<10m3/t.r的高变质煤按下式计算开采层相对瓦斯涌出量计算厚煤层分层开采时，用下式计算Kf——取决于煤层分层数量和顺序的分层瓦斯涌出系数，如无实测值可按参照下页选取；其他符号意义同前。Kf取值方法两个分层开采三个分层开采Kf1Kf2Kf1Kf2Kf31.5040.4961.8200.6920.488分层〔四层〕开采Kfi值分层〔两层或三层〕开采Kfi值分层1234Kfi1.81.030.70.47邻近层瓦斯涌出量计算邻近层瓦斯涌出量按下式计算q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3／t；mi——第i个邻近层煤层厚度，m；M——工作面采高，m；ηi——第i个邻近层瓦斯排放率，%，取值方法；W0i——第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3／t，如无实测值可参照开采层选取；Wci——第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3／t，如无实测值可参照开采层选取。

邻近层受采动影响瓦斯排放率Ki当邻近层位于冒落带中时，Ki=1。当采高小于4.5m时，按式右图选取。邻近层受采动影响瓦斯排放率Ki当采高大于4.5m时，按下式计算hi——第i邻近层与开采层垂直距离，m；M——工作面采高，m；L——工作面长度，m。

掘进工作面瓦斯涌出量计算掘进工作面瓦斯涌出量预测用绝对瓦斯涌出量表达，采用下式计算q掘——掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3／min；q3——掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3／min；q4——掘进工作面落煤绝对瓦斯涌出量，m3／min。巷道煤壁相对瓦斯涌出量计算掘进巷道煤壁瓦斯涌出量采用下式计算q3——掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3／min；D——巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m；对于薄及中厚煤层，D=2m0，m0为开采层厚度；对于厚煤层，D=2h+b，h及b分别为巷道的高度及宽度；υ——巷道平均掘进速度，m／min；L——巷道长度，m；巷道煤壁相对瓦斯涌出量计算q0——煤壁瓦斯涌出强度，m3／(m2•min)，如无实测值可参考下式计算Vr——煤中挥发分含量，％；W0——煤层原始瓦斯含量，m3／t，参照前