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摘 要：本文从煤层开采导致矿井瓦斯赋存状态改变的角度出发，分析了工作面瓦斯涌出的来源，采用分源预测法对工作面瓦斯进行预测，并以赵庄矿1307工作面进行实际验证，对工作面瓦斯进行预测，为工作面的瓦斯治理和安全高效生产提供了理论与数据支持。
关键词：瓦斯，分源法，涌出，预测，实践
1、引言
矿井瓦斯是一种优质的能源。据有关专家估算，与陆上常规天然气资源储量相当，其储量甚至超过天然气的储量。另一方面，矿井瓦斯容易发生瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等灾害事故，对矿井安全生产造成严重威胁。[1-3]因此，准确的对工作面瓦斯进行预测是防治煤层瓦斯灾害，保证工作面安全高效生产的关键因素。
2、工作面瓦斯构成
采场范围煤岩受到破坏，部分游离瓦斯会向作业空间内释放，这种现象称为瓦斯的涌出，涌出地点为涌出源。源的多少及量对采场产生直接影响，影响瓦斯涌出源的因素主要取决于开采技术及煤层赋存条件。瓦斯来源主要包括以下幾个部分[4-5]：
（1）煤壁瓦斯涌出。采煤过程中，煤壁暴露解析的瓦斯流入风流中，煤壁瓦斯涌出量的多少与在空气中时间成反比关系，顶板煤壁瓦斯涌出与顶板坚硬强度有关。
（2）采落煤瓦斯涌出。工作面回采过程中，煤层中游离的瓦斯不断被释放。采落的煤块被破碎成块粒状，加大了吸附瓦斯的解析速度，使得工作面瓦斯含量增加。采落煤瓦斯涌出量主要受工作面开采强度、透气性、瓦斯含量等因素影响。
（3）采空区遗煤瓦斯涌出受采出率控制，煤层开采尤其是厚煤层的开采将会有部分放落煤遗留在采空区，这部分放落煤将继续释放其残余的瓦斯。
（4）邻近煤岩层的瓦斯涌出。当有煤层群存在时，煤层开采围岩及地应力受扰动达到新的平衡，在煤岩体中会产生大量的裂隙，这些裂隙为邻近层的瓦斯向工作面涌入提供通道。当邻近煤层处于开采层垮落带内，邻近层瓦斯将会涌向采空区。
3、工作面瓦斯涌出预测
根据工作面瓦斯涌出的来源构成，采用分源法预测工作面瓦斯涌出量，对回采工作面中的瓦斯来源进行全面分析，研究回采工作面各瓦斯来源的比例及其影响程度，为科学的制定回采工作面瓦斯治理方案，防止瓦斯超限，为工作面安全高效开采提供依据。
根据赵庄矿1307作业规程及矿上地质实测资料，1307工作面煤层厚度4.66～6.86 m，开采层采高5.06 m，工作面长度232.5 m。掘进巷道断面25.2 m2，巷道长度2200 m，巷道平均掘进速度V=0.00625 m·min-1，煤的密度γ =1.41t·m-3。3#煤层瓦斯含量6.99～12.73 m3·t-1，残余瓦斯含量3.05 m3·t-1。
回采工作面瓦斯涌出量计算
式中：q采—回采面相对瓦斯涌出量，m3·t-1；q1 —开采层相对瓦斯涌出量，m3·t-1；q2 —邻近层相对瓦斯涌出量，m3·t-1；
（1）开采层相对瓦斯涌出量q1
（1）
式中：q1—开采层瓦斯涌出量，m3·t-1；K1—围岩瓦斯涌出系数，取1.30；
K2—丢煤瓦斯涌出系数，回采率C′=93%，k2=C′-1=1.08；
K3—采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数。K3=（L-2h）L，L为回采工作面长度232.5 m，查《矿井瓦斯涌出量预测方法》附录D表D.1取h=13 m，经计算 ；
M—煤层开采厚度，m，取5.06；m—工作面采高，m，取5；
Wo—煤层原始瓦斯含量，m3·t-1，取12.73；Wc—煤层残存瓦斯含量，m3·t-1，取3.05。
经计算开采层瓦斯涌出量：
（2）邻近层相对瓦斯涌出量q2
（2）
式中：q2—邻近层相对瓦斯涌出量，m3·t-1；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，%；
hi—第i个邻近层距开采层的距离，m；hp—受采动影响邻近层的影响范围，m；
Woi—第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3·t-1；Wci—第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3·t-1。
上下邻近层的影响范围分别为120 m和35 m。3#煤层开采后，1#、2#煤层有影响，下部有影响的煤层为5#、7#煤层。邻近层瓦斯含量及残存量无实测值，参照3#煤层选取。
预测工作面回采工程中瓦斯涌出量如表2。
根据上述计算结果，1307工作面产能达到3.00 Mt·a-1时，工作面瓦斯相对涌出量14.1 m3·t-1，绝对瓦斯涌出量为70.13 m3·min-1。在采煤工作面瓦斯涌出中，开采层相对瓦斯涌出量为12.19 m3·t-1，占工作面总涌出量的84.64%，邻近层相对瓦斯涌出量为2.21 m3·t-1，占工作面总涌出量的15.36%。
4、结论
工作面瓦斯来源主要包括四个部分，分别是煤壁瓦斯涌出；采落煤瓦斯涌出；采空区遗煤瓦斯涌出；邻近煤岩层的瓦斯涌出。本文根据赵庄矿1307工作面瓦斯涌出的来源构成，采用分源法进行预测，得出在采煤工作面瓦斯涌出中，开采层瓦斯涌出量占工作面总涌出量的84.64%，邻近层工作面总涌出量的15.36%。瓦斯主要由开采层和邻近层的瓦斯涌出量构成，为工作面瓦斯的根治提供了方向，为矿井安全生产发挥了重要作用。
参考文献
[1] 孙茂远.中国煤层气产业现状与远景[J]. 中国煤层气， 2009.
[2] 宋岩，张新民，柳少波.中国煤层气基础研究和勘探开发技术新进展[J]. 天然气工业， 2010.
[3] 翟成，林柏泉，王力.我国煤矿井下煤层气抽采利用现状及问题[J]. 天然气工业， 2008 .
[4] 董魁. 综采工作面采空区瓦斯抽采技术的应用研究[D]. 太原：太原理工大学，2009.
[5] 李胜，宁志勇，朱小强，等.基于灰色理论预测五阳矿未受采动影响煤层瓦斯含量[J]. 科技导报， 2014.
作者简介：
董向中；性别：男；年龄：33；民族：汉；毕业院校：黑龙江科技大学；专业：采矿工程；单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司；职务：设计人员；职称：工程师。
关键词：瓦斯，分源法，涌出，预测，实践
1、引言
矿井瓦斯是一种优质的能源。据有关专家估算，与陆上常规天然气资源储量相当，其储量甚至超过天然气的储量。另一方面，矿井瓦斯容易发生瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等灾害事故，对矿井安全生产造成严重威胁。[1-3]因此，准确的对工作面瓦斯进行预测是防治煤层瓦斯灾害，保证工作面安全高效生产的关键因素。
2、工作面瓦斯构成
采场范围煤岩受到破坏，部分游离瓦斯会向作业空间内释放，这种现象称为瓦斯的涌出，涌出地点为涌出源。源的多少及量对采场产生直接影响，影响瓦斯涌出源的因素主要取决于开采技术及煤层赋存条件。瓦斯来源主要包括以下幾个部分[4-5]：
（1）煤壁瓦斯涌出。采煤过程中，煤壁暴露解析的瓦斯流入风流中，煤壁瓦斯涌出量的多少与在空气中时间成反比关系，顶板煤壁瓦斯涌出与顶板坚硬强度有关。
（2）采落煤瓦斯涌出。工作面回采过程中，煤层中游离的瓦斯不断被释放。采落的煤块被破碎成块粒状，加大了吸附瓦斯的解析速度，使得工作面瓦斯含量增加。采落煤瓦斯涌出量主要受工作面开采强度、透气性、瓦斯含量等因素影响。
（3）采空区遗煤瓦斯涌出受采出率控制，煤层开采尤其是厚煤层的开采将会有部分放落煤遗留在采空区，这部分放落煤将继续释放其残余的瓦斯。
（4）邻近煤岩层的瓦斯涌出。当有煤层群存在时，煤层开采围岩及地应力受扰动达到新的平衡，在煤岩体中会产生大量的裂隙，这些裂隙为邻近层的瓦斯向工作面涌入提供通道。当邻近煤层处于开采层垮落带内，邻近层瓦斯将会涌向采空区。
3、工作面瓦斯涌出预测
根据工作面瓦斯涌出的来源构成，采用分源法预测工作面瓦斯涌出量，对回采工作面中的瓦斯来源进行全面分析，研究回采工作面各瓦斯来源的比例及其影响程度，为科学的制定回采工作面瓦斯治理方案，防止瓦斯超限，为工作面安全高效开采提供依据。
根据赵庄矿1307作业规程及矿上地质实测资料，1307工作面煤层厚度4.66～6.86 m，开采层采高5.06 m，工作面长度232.5 m。掘进巷道断面25.2 m2，巷道长度2200 m，巷道平均掘进速度V=0.00625 m·min-1，煤的密度γ =1.41t·m-3。3#煤层瓦斯含量6.99～12.73 m3·t-1，残余瓦斯含量3.05 m3·t-1。
回采工作面瓦斯涌出量计算
式中：q采—回采面相对瓦斯涌出量，m3·t-1；q1 —开采层相对瓦斯涌出量，m3·t-1；q2 —邻近层相对瓦斯涌出量，m3·t-1；
（1）开采层相对瓦斯涌出量q1
（1）
式中：q1—开采层瓦斯涌出量，m3·t-1；K1—围岩瓦斯涌出系数，取1.30；
K2—丢煤瓦斯涌出系数，回采率C′=93%，k2=C′-1=1.08；
K3—采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数。K3=（L-2h）L，L为回采工作面长度232.5 m，查《矿井瓦斯涌出量预测方法》附录D表D.1取h=13 m，经计算 ；
M—煤层开采厚度，m，取5.06；m—工作面采高，m，取5；
Wo—煤层原始瓦斯含量，m3·t-1，取12.73；Wc—煤层残存瓦斯含量，m3·t-1，取3.05。
经计算开采层瓦斯涌出量：
（2）邻近层相对瓦斯涌出量q2
（2）
式中：q2—邻近层相对瓦斯涌出量，m3·t-1；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，%；
hi—第i个邻近层距开采层的距离，m；hp—受采动影响邻近层的影响范围，m；
Woi—第i个邻近层煤层原始瓦斯含量，m3·t-1；Wci—第i个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3·t-1。
上下邻近层的影响范围分别为120 m和35 m。3#煤层开采后，1#、2#煤层有影响，下部有影响的煤层为5#、7#煤层。邻近层瓦斯含量及残存量无实测值，参照3#煤层选取。
预测工作面回采工程中瓦斯涌出量如表2。
根据上述计算结果，1307工作面产能达到3.00 Mt·a-1时，工作面瓦斯相对涌出量14.1 m3·t-1，绝对瓦斯涌出量为70.13 m3·min-1。在采煤工作面瓦斯涌出中，开采层相对瓦斯涌出量为12.19 m3·t-1，占工作面总涌出量的84.64%，邻近层相对瓦斯涌出量为2.21 m3·t-1，占工作面总涌出量的15.36%。
4、结论
工作面瓦斯来源主要包括四个部分，分别是煤壁瓦斯涌出；采落煤瓦斯涌出；采空区遗煤瓦斯涌出；邻近煤岩层的瓦斯涌出。本文根据赵庄矿1307工作面瓦斯涌出的来源构成，采用分源法进行预测，得出在采煤工作面瓦斯涌出中，开采层瓦斯涌出量占工作面总涌出量的84.64%，邻近层工作面总涌出量的15.36%。瓦斯主要由开采层和邻近层的瓦斯涌出量构成，为工作面瓦斯的根治提供了方向，为矿井安全生产发挥了重要作用。
参考文献
[1] 孙茂远.中国煤层气产业现状与远景[J]. 中国煤层气， 2009.
[2] 宋岩，张新民，柳少波.中国煤层气基础研究和勘探开发技术新进展[J]. 天然气工业， 2010.
[3] 翟成，林柏泉，王力.我国煤矿井下煤层气抽采利用现状及问题[J]. 天然气工业， 2008 .
[4] 董魁. 综采工作面采空区瓦斯抽采技术的应用研究[D]. 太原：太原理工大学，2009.
[5] 李胜，宁志勇，朱小强，等.基于灰色理论预测五阳矿未受采动影响煤层瓦斯含量[J]. 科技导报， 2014.
作者简介：
董向中；性别：男；年龄：33；民族：汉；毕业院校：黑龙江科技大学；专业：采矿工程；单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司；职务：设计人员；职称：工程师。