1、第二章第二章 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出 包括：普通涌出和特殊涌出包括：普通涌出和特殊涌出2-1 煤层瓦斯流动的基本规律煤层瓦斯流动的基本规律一、煤层瓦斯流场的分类一、煤层瓦斯流场的分类 煤层内瓦斯流动空间的范围称为煤层内瓦斯流动空间的范围称为流场流场。流场内瓦。流场内瓦斯呈现流动。有一定的：斯呈现流动。有一定的：流向、流速流向、流速、。1、按流场的流向分类、按流场的流向分类A）单向流动（一维）：在）单向流动（一维）：在x、y、z三维空间中，只有一三维空间中，只有一向有流速。向有流速。如如:薄及中厚煤层薄及中厚煤层 掘进面掘进面,采煤工采煤工 作面煤壁。作面煤壁。dldPdldC瓦斯流向瓦斯流向
2、等压瓦斯线等压瓦斯线B）径向流场）径向流场 在在x、y、z三维空间中，两个方向有流速。三维空间中，两个方向有流速。Exp：石门、竖井、钻孔垂直穿透煤层时：石门、竖井、钻孔垂直穿透煤层时。等压瓦斯线平行煤壁近似同心圆形。等压瓦斯线平行煤壁近似同心圆形。瓦斯流场等压瓦斯线C）球向流场）球向流场 在在x、y、z三维空间中，三个方向均有流速。三维空间中，三个方向均有流速。Exp:厚煤层中煤巷掘进工作面煤壁内、钻孔或石门进厚煤层中煤巷掘进工作面煤壁内、钻孔或石门进入煤层等入煤层等。2、流场稳定性分类、流场稳定性分类-按流场在时间上有无变化按流场在时间上有无变化 稳定流场稳定流场-流场内任何一点的流速、流
3、向、瓦斯压力流场内任何一点的流速、流向、瓦斯压力均不随时间变化。均不随时间变化。非稳定流场非稳定流场-反之。反之。二、煤层瓦斯流动的基本定律二、煤层瓦斯流动的基本定律 两类两类：扩散、渗流扩散、渗流1、瓦斯扩散运动、瓦斯扩散运动 瓦斯在小孔（瓦斯在小孔（1m）与微孔（）与微孔（0.1m）内）内运移主要是运移主要是扩散运动扩散运动，即瓦斯分子在其，即瓦斯分子在其浓度梯度浓度梯度作用作用下由高浓度向低浓度方向运移。下由高浓度向低浓度方向运移。可用可用Fick定律描述，即：定律描述，即：式中：式中：D-扩散系数；扩散系数；-瓦斯浓度梯度；瓦斯浓度梯度；dt-时间增量；时间增量；dm-在在dt时间内通
4、过单位面积的扩散量。时间内通过单位面积的扩散量。dtdldcDdmdldc2、煤粒扩散运动方程、煤粒扩散运动方程 若煤层由服从若煤层由服从Fick定律的煤粒组成，根据定律的煤粒组成，根据Fick定定律和质量守恒定律，得煤粒扩散运动微分方程。律和质量守恒定律，得煤粒扩散运动微分方程。式中：式中：X-煤粒瓦斯含量；煤粒瓦斯含量；r-煤粒内任一点半径。煤粒内任一点半径。3、瓦斯渗透运动、瓦斯渗透运动 瓦斯在中孔（瓦斯在中孔（1m）以上的孔隙或裂隙内，由）以上的孔隙或裂隙内，由于于压差作用压差作用下而产生的运动。下而产生的运动。流态流态：层流层流，粘性力为主，粘性力为主，Re110。紊流紊流，惯性力为
5、主，惯性力为主rrXrXDtX222 线性层流渗透定律线性层流渗透定律-Darcy定律定律表述式表述式式中：式中：K-煤层的渗透率，煤层的渗透率，m2；-流体的绝对粘度，流体的绝对粘度，Pa.S;-流体的压力梯度，流体的压力梯度，Pa/m。Darecy定律适应范围讨论：定律适应范围讨论：a)低低Re区区，Re110，为线性流，符合，为线性流，符合Darecy定律；定律；b)中中Re区区，Re=10100，非线性渗流，不符合，非线性渗流，不符合Darecy定律；定律；c）高高Re区区，Re100，紊流区。，紊流区。大多数情况下，煤层的瓦斯流动表现为服从大多数情况下，煤层的瓦斯流动表现为服从Dar
6、ecy定律。定律。lPKVlPVlPRe=10 非线性渗透定律非线性渗透定律-日本日本 式中式中 Vn-无因次流速；无因次流速；a-煤的瓦斯渗透性系数；煤的瓦斯渗透性系数；m-指数；指数；-无因次瓦斯压力梯度。无因次瓦斯压力梯度。渗透微分方程渗透微分方程 由由Darcy定律和质量守恒定律，可推导得：定律和质量守恒定律，可推导得：mndldPaVdldP4/324)()(PPPPtP三、煤层透气性系数三、煤层透气性系数 是煤层瓦斯流动难易程度的标志是煤层瓦斯流动难易程度的标志。1、渗透系数（、渗透系数（k）Darecy定律，定律，k-渗透率，表示孔隙渗透率，表示孔隙裂隙介质特征的参数。裂隙介质特
7、征的参数。注注：只与孔隙介质的孔隙多少、大小、形态、连通状：只与孔隙介质的孔隙多少、大小、形态、连通状况等有关，与流体的性质和压力无关。况等有关，与流体的性质和压力无关。2、透气系数（、透气系数（）利用等温气体状态方程（利用等温气体状态方程（pv=p0v0）对）对Darecy表达表达式进行变换得：式进行变换得：lPKVdldPdldppkdlPdKV202即：即：物理意义物理意义：断面为：断面为1m3的煤体两侧，的煤体两侧，瓦斯压力平方梯度为瓦斯压力平方梯度为1MPa2/m时，时，流过的流量恰为流过的流量恰为1m3/d时的介质时的介质透气性。透气性。注意注意：表示给定气体在给定孔隙介质内的流动
8、特性，表示给定气体在给定孔隙介质内的流动特性，对于其它气体必须根据它们的绝对粘度进行换算。对于其它气体必须根据它们的绝对粘度进行换算。说明说明：（1）煤层透气性系数相差很大。）煤层透气性系数相差很大。（2）与地压的关系。）与地压的关系。02 pk煤层瓦斯透气性系数，煤层瓦斯透气性系数，m2/MPa2.dMpa/mQ=1m3/dS=1m2be04、煤层透气性系数的测定、煤层透气性系数的测定(自学自学)（1）中矿法）中矿法-钻孔流量法钻孔流量法（2）马可尼法）马可尼法-压力恢复法。压力恢复法。2.2 煤层瓦斯涌出量及主要影响因素煤层瓦斯涌出量及主要影响因素一、瓦斯涌出的概念一、瓦斯涌出的概念 1、
9、瓦斯涌出量的含义、瓦斯涌出量的含义 -指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据据。2、瓦斯涌出量表示方法、瓦斯涌出量表示方法 A）绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量 -单位时间涌出的瓦斯体积，单位为单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或或m3/min：Qg=QC C/100/100 式中式中 Qg 绝对瓦斯涌出量，绝对瓦斯涌出量，m3/min；Q 风量，风量，m3/min；C 风流中的平均瓦斯浓度，。风流中的平均瓦斯浓度，。B）相对瓦斯涌出量
10、相对瓦斯涌出量 -矿井正常生产条件下，平均日产一吨煤所涌出的瓦斯体矿井正常生产条件下，平均日产一吨煤所涌出的瓦斯体积积。qg=Qg/A 式中：式中：qg 相对瓦斯涌出量，相对瓦斯涌出量，m3/t；Qg 绝对瓦斯涌出量，绝对瓦斯涌出量，m3/d；A 日产量，日产量，t/d 说明说明：（1）相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同，相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同，但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。（2）相对涌出量的单位：）相对涌出量的单位：m3/t，过去采用：，过去采用：m3/(t.d)是不正是不正确的。确的。3、瓦斯
11、涌出强度、瓦斯涌出强度-比瓦斯涌出量比瓦斯涌出量 -单位时间（单位时间（min or d），单位暴露面积（），单位暴露面积（cm2 or m2）涌出的瓦斯体积。涌出的瓦斯体积。单位单位：m3/(d.m2)，m3/(min.m2)，cm3/(min.cm2)。4、瓦斯涌出形式、瓦斯涌出形式 -指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。（1）普通涌出）普通涌出 -长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。特点特点：时间上时间上：连续不断：连续不断 空间上空间上：普遍存在：普遍存在 涌出强度涌出强度：缓慢、均匀。：缓慢、均匀。（2）特殊涌出）特殊
12、涌出 -矿井生产过程中，在某些特定地点、突然矿井生产过程中，在某些特定地点、突然地于一段时间内大量涌出瓦斯的现象。地于一段时间内大量涌出瓦斯的现象。特点特点：时间上时间上：突然地、间隔的：突然地、间隔的 空间上空间上：非普遍存在：非普遍存在 涌出强度涌出强度：产生动力破坏。：产生动力破坏。二、掘进巷道的瓦斯涌出二、掘进巷道的瓦斯涌出1、煤巷掘进工作面瓦斯涌出的构成及变化、煤巷掘进工作面瓦斯涌出的构成及变化（1）瓦斯涌出构成）瓦斯涌出构成 巷道壁、迎头煤壁、采落煤炭巷道壁、迎头煤壁、采落煤炭。瓦斯涌出强度随时间瓦斯涌出强度随时间 的涌出而降低。的涌出而降低。掘进巷道tG工作面工作面采落煤炭采落煤
13、炭巷道壁面巷道壁面（2）时空不均匀性）时空不均匀性机掘机掘：开机后，瓦斯涌出量：开机后，瓦斯涌出量逐渐增大，达到极限稳定值。逐渐增大，达到极限稳定值。炮掘炮掘：放炮后（：放炮后（69min），瓦斯），瓦斯涌出迅速增长（涌出迅速增长（520倍），然后倍），然后下降经过一段时间恢复到初始值。下降经过一段时间恢复到初始值。时间与空间上存在瓦斯涌出与时间与空间上存在瓦斯涌出与浓度的不均匀性是种浓度的不均匀性是种潜在危险潜在危险。tQCH4机掘机掘tQCH4炮掘炮掘2、排瓦斯带深度、排瓦斯带深度 t G 当当 t 达到一定时间后，达到一定时间后，煤壁基本上不涌出瓦斯煤壁基本上不涌出瓦斯时的瓦斯影响深度。
14、时的瓦斯影响深度。3、煤巷排瓦斯极限期、煤巷排瓦斯极限期-Tj 煤壁涌出瓦斯随着暴露时间的延长而逐渐减小，煤壁涌出瓦斯随着暴露时间的延长而逐渐减小，当达到当达到Tj时，瓦斯涌出接近零，此时间称为时，瓦斯涌出接近零，此时间称为排瓦斯极排瓦斯极限期限期。一般为。一般为6 12个月。个月。tG 煤巷排瓦斯极限期测定煤巷排瓦斯极限期测定：方法一：方法一：（1）实测煤壁暴露面瓦斯涌出比流量随暴露时间变化曲实测煤壁暴露面瓦斯涌出比流量随暴露时间变化曲线；线；（2）得出拟合合公式，）得出拟合合公式，；（3）令）令q=0，即可解出，即可解出Tj。方法二：方法二：（1）利用漏斗形铁皮罩盖在煤壁上，用黄泥堵严缝隙
15、，）利用漏斗形铁皮罩盖在煤壁上，用黄泥堵严缝隙，从漏斗出口引出胶管取气样；从漏斗出口引出胶管取气样；（2）测定瓦斯浓度变化，在浓度几乎不增加的诸点中，）测定瓦斯浓度变化，在浓度几乎不增加的诸点中，暴露时间最小者即为暴露时间最小者即为Tj。ntkq)1(4、掘进巷道瓦斯涌出量计算、掘进巷道瓦斯涌出量计算 式中式中 QCH4-绝对瓦斯涌出量，绝对瓦斯涌出量，m3/d；M-煤层厚度煤层厚度,m;V-巷道掘进速度，巷道掘进速度，m/d；t-单巷掘进时间，单巷掘进时间，d；b-单巷宽度，单巷宽度，m；x0,x1-分别为煤层的原始瓦斯含量和剩余瓦斯含量，分别为煤层的原始瓦斯含量和剩余瓦斯含量，m3/t；C
16、1-瓦斯涌出特性系数。瓦斯涌出特性系数。)(4105.014xxbMVtMVCQCH暴露面暴露面采落煤炭采落煤炭 瓦斯涌出特性系数的测定瓦斯涌出特性系数的测定 直接从掘进巷道中测得。直接从掘进巷道中测得。测定方法：测定方法：（1）在掘进巷道取三个断面；）在掘进巷道取三个断面；（2）同时测定三断面巷道风流）同时测定三断面巷道风流中瓦斯平均浓度和风量；中瓦斯平均浓度和风量；（3）计算瓦斯涌出量；）计算瓦斯涌出量；（4）联立方程计算）联立方程计算C。式中，式中，t1，t2，t3分别为各测点的暴露时间。分别为各测点的暴露时间。)(421,4,4ttMVCQQCHCH)(432,4,4ttMVCQQCH
17、CH三、回采工作面瓦斯涌出三、回采工作面瓦斯涌出1、瓦斯涌出来源、瓦斯涌出来源 本开采煤层本开采煤层：煤壁、采空区、采落煤炭；：煤壁、采空区、采落煤炭；厚煤层未采分层厚煤层未采分层；采动影响邻近层采动影响邻近层；围岩围岩。2、时空不均匀性、时空不均匀性A）落煤、放煤时与平均瓦斯涌出相比。）落煤、放煤时与平均瓦斯涌出相比。水采水采：24倍；倍；炮采炮采：1.42.0倍；倍；机采机采：1.3 1.6倍；倍；风镐风镐：1.1 1.3倍。倍。B）从切眼起逐渐增大，达到一定距离后稳定（）从切眼起逐渐增大，达到一定距离后稳定（初次来压初次来压后后），随老顶周期来压，瓦斯涌出呈周期性变化。），随老顶周期来压
18、，瓦斯涌出呈周期性变化。C）对上行通风，）对上行通风，从工作面下口至上口，瓦斯浓度逐渐增从工作面下口至上口，瓦斯浓度逐渐增大，上隅角达到最大大，上隅角达到最大。12C/%D）沿走向方向瓦斯浓度分布）沿走向方向瓦斯浓度分布4、回采工作面瓦斯涌出量计算、回采工作面瓦斯涌出量计算（1）开采层瓦斯涌出量）开采层瓦斯涌出量A）瓦斯含量法）瓦斯含量法X/mC/%有采空区瓦斯涌出X/mC/%无采空区瓦斯涌出min/6024)()(310mllmvxxQhblhl21B）瓦斯涌出规律计算）瓦斯涌出规律计算 工作面煤壁瓦斯涌出：工作面煤壁瓦斯涌出：煤壁剩余瓦斯含量：煤壁剩余瓦斯含量：每每m3煤涌出瓦斯量：煤涌出
19、瓦斯量：煤壁瓦斯涌出量：煤壁瓦斯涌出量：采落煤炭瓦斯涌出采落煤炭瓦斯涌出：煤壁剩余瓦斯含量：煤壁剩余瓦斯含量：每每m3煤涌出瓦斯量：煤涌出瓦斯量：采落煤炭瓦斯涌出量：采落煤炭瓦斯涌出量：开采层瓦斯涌出量：开采层瓦斯涌出量：6024)()1(01hbtbllmVeXQ)1(0000btbteXeXXXXXbteXX0nttXX)1(20nbtntteXtXXXX)1(1)1(1(2020016024)()1(1202hnbtbllmVteXQ21bbbQQQ（2）邻近层瓦斯涌出量）邻近层瓦斯涌出量 邻近层邻近层-受采动影响能向开采煤层涌出瓦斯的煤层。受采动影响能向开采煤层涌出瓦斯的煤层。式中：式
20、中：Ql-上下邻近层瓦斯涌出量；上下邻近层瓦斯涌出量；V-工作面推进速度；工作面推进速度；l-工作面斜长；工作面斜长；X0i-第第I邻近层原始瓦斯含量；邻近层原始瓦斯含量；mi-第第I邻近层厚度邻近层厚度;i-第第I邻近层瓦斯涌出率；邻近层瓦斯涌出率；Xi-第第I邻近层残余瓦斯含量；邻近层残余瓦斯含量；a、c-系数，与工作面推进速度有关。系数，与工作面推进速度有关。niiiiclmmXlVaVQ130min/6024（3）回采工作面瓦斯涌出量）回采工作面瓦斯涌出量式中：式中：Qb-本煤层瓦斯涌出量；本煤层瓦斯涌出量；Ql-邻近层瓦斯涌出量；邻近层瓦斯涌出量；Ct-取决于通风系统的系数。取决于通
21、风系统的系数。5、瓦斯涌出不均匀性、瓦斯涌出不均匀性 矿井瓦斯涌出在时、空上都是不均匀的。矿井瓦斯涌出在时、空上都是不均匀的。正常变化正常变化：在某一地区瓦斯涌出的周期性变化，：在某一地区瓦斯涌出的周期性变化，变化幅度变化幅度 某一数值。某一数值。ltbQCQQtQ/m3/minQaQmax 异常变化异常变化：特殊情况的变化（突出、喷出、大冒顶、大气：特殊情况的变化（突出、喷出、大冒顶、大气压急剧变化）。压急剧变化）。矿井风量计算时一般取平均瓦斯涌出量，为满足周矿井风量计算时一般取平均瓦斯涌出量，为满足周期变化的需要，应考虑一个系数期变化的需要，应考虑一个系数 kg-瓦斯涌出不均系数。瓦斯涌出
22、不均系数。瓦斯涌出不均系数的含义：瓦斯涌出不均系数的含义：-某一段时间内，周期性最大瓦斯涌出量与平均瓦斯涌某一段时间内，周期性最大瓦斯涌出量与平均瓦斯涌出量之比出量之比。矿井瓦斯涌出不均系数表示为：矿井瓦斯涌出不均系数表示为：kg=Qmax/Qa 式中：式中：kg给定时间内瓦斯涌出不均系数，给定时间内瓦斯涌出不均系数，一般大于一般大于1；Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min；Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min；6、影响瓦斯涌出量的主要因素、影响瓦斯涌出量的主要因素 决定于决定于自然因素自然因素和和开采技术因素开采技术因素的综
23、合影响。的综合影响。（一）（一）自然因素自然因素1 1、煤层和围岩的瓦斯含量、煤层和围岩的瓦斯含量 它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，它是决定瓦斯涌出量多少的最重要因素。一般地，煤层的瓦斯含量越高，开采时的瓦斯涌出量也越大。煤层的瓦斯含量越高，开采时的瓦斯涌出量也越大。ExpExp：焦作中马村矿：焦作中马村矿,淮南谢二矿淮南谢二矿C C1313煤煤，2 2、地面大气压变化。、地面大气压变化。对回采工作面采空区和老空区、塌陷区、冒顶区瓦对回采工作面采空区和老空区、塌陷区、冒顶区瓦斯涌出有明显影响斯涌出有明显影响。美国：美国：19101910 19601960，1/21/2的爆炸发生在气
24、压急剧变化时期。的爆炸发生在气压急剧变化时期。XqCH4XqCH)76.122.1(4XqCH)73.158.1(4（二）开采技术因素（二）开采技术因素 1 1、开采规模、开采规模 开采规模指开采深度，开拓与开采范围开采规模指开采深度，开拓与开采范围和矿井产量。和矿井产量。A、在甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌在甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。出量增大。B、开拓与开采的范围越广，煤岩的暴露面就越大，开拓与开采的范围越广，煤岩的暴露面就越大，因此，矿井瓦斯涌出量也就越大。因此，矿井瓦斯涌出量也就越大。C、矿井产量与矿井瓦斯涌出量间的关系比较复杂，矿井产量与矿井瓦斯涌出量
25、间的关系比较复杂，达产前、达产后及产量收缩期。达产前、达产后及产量收缩期。2 2、开采顺序与回采方法、开采顺序与回采方法 首先开采的煤层（或分层）瓦首先开采的煤层（或分层）瓦斯涌出量大；采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方斯涌出量大；采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方法，采区瓦斯涌出量大。顶板管理采用陷落法比充填法，采区瓦斯涌出量大。顶板管理采用陷落法比充填法能造成顶板更大范围的破坏和卸压，临近层瓦斯涌法能造成顶板更大范围的破坏和卸压，临近层瓦斯涌出量就比较大。回采工作面周期来压时，瓦斯涌出量出量就比较大。回采工作面周期来压时，瓦斯涌出量也会大大增加。也会大大增加。3 3、生产工艺、生产工艺 瓦
26、斯从煤层暴露面（煤壁和钻孔）和采落瓦斯从煤层暴露面（煤壁和钻孔）和采落的煤炭内涌出的特点是，初期瓦斯涌出的强度大，然的煤炭内涌出的特点是，初期瓦斯涌出的强度大，然后大致按指数函数的关系逐渐衰减。所以后大致按指数函数的关系逐渐衰减。所以落煤时瓦斯落煤时瓦斯涌出量总是大于其它工序涌出量总是大于其它工序。4、风量变化风量变化 矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动，但很快就会转变为另一稳定状态。会发生扰动，但很快就会转变为另一稳定状态。tC/%tC/%tC/%tC/%单一煤层风量增大单一煤层风量增大单一煤层风量减少单一煤层风量减少采区风量增
27、大采区风量增大采区风量减少采区风量减少5 5、采区通风系统、采区通风系统 采区通风系统对采空区内和采区通风系统对采空区内和回风流中瓦斯浓度分布有重要影响。回风流中瓦斯浓度分布有重要影响。全部进入全部进入进进回回皆皆煤煤部分进入部分进入进进回回皆皆空空小部分进入小部分进入进进煤煤回回空空大全部进入大全部进入进进空空回回煤煤 6 6、采空区的密闭质量、采空区的密闭质量 采空区内往往积存着大量高浓度的瓦斯（可达采空区内往往积存着大量高浓度的瓦斯（可达6070%），如果封闭的密闭墙质量不好，或进、回风侧），如果封闭的密闭墙质量不好，或进、回风侧的通风压差较大，就会造成采空区大量漏风，使矿井的通风压差较
28、大，就会造成采空区大量漏风，使矿井的瓦斯涌出增大。的瓦斯涌出增大。低负压可以减少矿井瓦斯涌出。低负压可以减少矿井瓦斯涌出。太信一井矿井负压与瓦斯涌出量关系表四、瓦斯积聚层四、瓦斯积聚层 瓦斯积聚瓦斯积聚：瓦斯浓度超过瓦斯浓度超过2%，其体积超过，其体积超过0.5m3的现象。的现象。瓦斯积聚层瓦斯积聚层：瓦斯在其自身浮力作用下上升，积聚于巷：瓦斯在其自身浮力作用下上升，积聚于巷道顶板形成稳定的瓦斯层。道顶板形成稳定的瓦斯层。原因原因：1）巷道周壁不断涌出瓦斯（点或面涌出）；）巷道周壁不断涌出瓦斯（点或面涌出）；2）巷道风流含有瓦斯；）巷道风流含有瓦斯；3）巷道风速低，不能造成瓦斯与空气紊流混合。
29、）巷道风速低，不能造成瓦斯与空气紊流混合。层厚层厚：几：几cm 几十几十cm,层长：几层长：几m 几十几十m 层内瓦斯浓度由下至上逐渐升高。层内瓦斯浓度由下至上逐渐升高。点涌出面涌出风流中含有CH4CH4CH42.3 矿井瓦斯等级及其鉴定矿井瓦斯等级及其鉴定一、矿井瓦斯等级划分一、矿井瓦斯等级划分 原则原则：按矿井瓦斯：按矿井瓦斯涌出量的大小涌出量的大小和和瓦斯涌出形式瓦斯涌出形式。意义意义：便于进行分级管理，使矿井瓦斯管理趋于科学化。：便于进行分级管理，使矿井瓦斯管理趋于科学化。瓦斯矿井：瓦斯矿井：一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为该矿
30、井即为瓦斯矿井瓦斯矿井。（第。（第133133条）条）突出矿井：突出矿井：矿井在采掘过程中，只要发生过矿井在采掘过程中，只要发生过1 1次煤（岩）次煤（岩）与瓦斯突出（简称突出，下同），该矿井即为与瓦斯突出（简称突出，下同），该矿井即为突出矿突出矿井井。突出煤层：突出煤层：发生突出的煤层即为发生突出的煤层即为突出煤层。突出煤层。根据矿井根据矿井相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量矿井绝对瓦斯涌出量和和瓦斯涌出形式瓦斯涌出形式划分为：划分为：（一）（一）低瓦斯矿井低瓦斯矿井：矿井：矿井相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量小于或等于小于或等于10m10m3 3/t/t且矿井且矿井绝对瓦斯涌出量
31、绝对瓦斯涌出量小于或等于小于或等于40m40m3 3/min/min。（二）（二）高瓦斯矿井高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于：矿井相对瓦斯涌出量大于10m10m3 3/t/t或矿或矿井绝对瓦斯涌出量大于井绝对瓦斯涌出量大于40m40m3 3/min/min。（三）（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。二、矿井瓦斯等级鉴定二、矿井瓦斯等级鉴定 每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量的鉴定工作，报省（自治区、直辖市）负责煤炭行业管理鉴定工作，报省（自治区、直辖市）负责煤炭行业管理的部门审批，并报省级煤矿安全监察
32、机构备案。的部门审批，并报省级煤矿安全监察机构备案。1 1、鉴定时的生产条件、鉴定时的生产条件 正常生产，产量不低该地区总产量的正常生产，产量不低该地区总产量的60%60%。2、鉴定时间鉴定时间 根据矿井生产和气候变化规律，选在瓦斯涌出量根据矿井生产和气候变化规律，选在瓦斯涌出量较大的一个月份。较大的一个月份。3 3、鉴定工作内容及要求、鉴定工作内容及要求 （1 1）一月上、中、下旬某一天分三班进行。在矿井、）一月上、中、下旬某一天分三班进行。在矿井、煤层、一翼、水平和采区回风道中，分别测定风量和煤层、一翼、水平和采区回风道中，分别测定风量和瓦斯浓度。瓦斯浓度。（2 2）抽放瓦斯矿井，鉴定期间
33、的抽放量应计算。）抽放瓦斯矿井，鉴定期间的抽放量应计算。（3 3）计算瓦斯涌出量。）计算瓦斯涌出量。（4 4）编写鉴定报告。）编写鉴定报告。2.4 矿井瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量预测 -指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。一、一、矿山统计法矿山统计法 矿山统计法又可分为两种方法：矿山统计法又可分为两种方法：1、瓦斯梯度法、瓦斯梯度法 瓦斯梯度瓦斯梯度是指相对瓦斯涌出量每增加是指相对瓦斯涌出量每增加1m3/t时时,深度增深度增加的米数。计算式：加的米数。计算
34、式：1212qqHHa（q1,H1）(q2,H2)(q,H)q(m3/t)H(m)（q0,H0）式中：式中：H H1 1、H H2 2瓦斯风化带以下两次测定涌出瓦斯风化带以下两次测定涌出量的深度，量的深度，m m，H H2 2H H1 1；q q1 1、q q2 2对应于对应于H H1 1、H H2 2的相对瓦斯涌出的相对瓦斯涌出量，量，m m3 3/t/t。注：注：a大说明瓦斯涌出量随深度增加慢。大说明瓦斯涌出量随深度增加慢。利用求得的瓦斯梯度，可对深部的瓦斯涌出量进利用求得的瓦斯梯度，可对深部的瓦斯涌出量进行预测：行预测：式中式中 q待求深度的相对瓦斯涌出量，待求深度的相对瓦斯涌出量，m3
35、/t；H对用于对用于q的深度，的深度，m。适用条件与注意事项：适用条件与注意事项：地质采矿条件相似的地区；地质采矿条件相似的地区；生产正常的矿井，瓦斯风化带以下生产正常的矿井，瓦斯风化带以下1 1 2 2个阶段；个阶段；足够的瓦斯涌出量数据；足够的瓦斯涌出量数据；适用于甲烷带内，外推深度适用于甲烷带内，外推深度100100 200m200m。aHHqq1111HHaqq 2 2、一元回归法一元回归法 如果在已采区域测定有多个点的瓦斯涌出量，那如果在已采区域测定有多个点的瓦斯涌出量，那么利用回归分析方法可得到更高的预测精度。么利用回归分析方法可得到更高的预测精度。假定某矿已采区的瓦斯涌出量实测数
36、据如表假定某矿已采区的瓦斯涌出量实测数据如表2-12-1所所示，根据已知数据作出的散点图如图示，根据已知数据作出的散点图如图2-12-1所示。所示。表2-1 瓦斯涌出量实测数据 单单元元开采深度开采深度H（m）相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量q(m3/t)11805.823208.6n42011.9 拟合方程回归拟合方程回归-利用利用最小二乘法最小二乘法回归方程：回归方程：式中：式中：Hbbq10nHHnqHHqb/)(/)(221Hbqb10H/mq/m3/t。Hbbq10图图2-1 一元回归法一元回归法二、二、瓦斯含量法瓦斯含量法 瓦斯含量法又称瓦斯含量法又称分源预测法分源预测法。这种方法。这
37、种方法以煤层瓦斯含以煤层瓦斯含量为矿井瓦斯涌出量预测的主要依据量为矿井瓦斯涌出量预测的主要依据，故称瓦斯含量法。，故称瓦斯含量法。世界上一些主要产煤国家如英国、前西德、法国、波世界上一些主要产煤国家如英国、前西德、法国、波兰、前苏联等，开始进行煤层瓦斯含量法预测矿井瓦斯涌兰、前苏联等，开始进行煤层瓦斯含量法预测矿井瓦斯涌出量的研究，提出了各自的计算公式。出量的研究，提出了各自的计算公式。原理原理：采区相对瓦斯涌出量等于平均每采一吨煤各瓦斯涌出：采区相对瓦斯涌出量等于平均每采一吨煤各瓦斯涌出分量之和。分量之和。每一分涌出量为：每一分涌出量为：式中：式中：m mi i/m/m1 1-瓦斯涌出源所在
38、煤层厚度与采高之比；瓦斯涌出源所在煤层厚度与采高之比；x x0 0-瓦斯涌出源所在煤层原始瓦斯含量；瓦斯涌出源所在煤层原始瓦斯含量；x x1 1-运到地面煤的残余瓦斯含量；运到地面煤的残余瓦斯含量；C Ci i-i-i个瓦斯涌出源的瓦斯涌出率。个瓦斯涌出源的瓦斯涌出率。100)(101iiiCxxmmq矿井瓦斯涌出来源矿井瓦斯涌出来源：矿井瓦斯涌出可分为七个基本涌出源（图矿井瓦斯涌出可分为七个基本涌出源（图2-22-2）。）。矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出生产采区瓦斯涌出已采采区采空区瓦斯涌出已采采区采空区瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出生产采区采空区瓦斯涌出生产采区采空
39、区瓦斯涌出掘进巷道瓦斯涌出掘进巷道瓦斯涌出开采煤层瓦斯涌出开采煤层瓦斯涌出邻近煤层瓦斯涌出邻近煤层瓦斯涌出围岩瓦斯涌出围岩瓦斯涌出巷道煤壁瓦斯涌出巷道煤壁瓦斯涌出掘进落煤瓦斯涌出掘进落煤瓦斯涌出图图2-2 矿井瓦斯涌出来源矿井瓦斯涌出来源1、前苏联提出的预测公式前苏联提出的预测公式 (1)开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量式中：式中：q qk k开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m m3 3/t/t；k k1 1围岩瓦斯涌出系数。全部陷落法管理顶板，围岩瓦斯涌出系数。全部陷落法管理顶板，取取1.251.25，局部充填法，取
40、，局部充填法，取1.201.20；全部充填法，全部充填法，取取1.101.10；m m0 0煤层厚度，煤层厚度，m m；m m煤层采高，煤层采高，m m；k k2 2掘进巷道瓦斯排放系数；掘进巷道瓦斯排放系数；k2=(L-2h)/L。前进式。前进式开采时，如上部相邻工作面已采，开采时，如上部相邻工作面已采，k21；如上部相邻工作；如上部相邻工作面未采，面未采，k2=(L+2h+2b)/(L+2b)b-b-掘进巷道平均宽度，掘进巷道平均宽度，m m；)(103201xxkkmmkqk k k3 3煤柱瓦斯涌出系数煤柱瓦斯涌出系数 ，k k3 3=l/Ll/L；l l煤柱沿倾斜方向的宽度，煤柱沿倾
41、斜方向的宽度，m m；x x0 0煤层原始瓦斯含量，煤层原始瓦斯含量，m m3 3/t/t；x x1 1煤的剩余瓦斯含量，煤的剩余瓦斯含量，m m3 3/t/t。不同变质程度煤的不同变质程度煤的残存瓦斯含量见下表。残存瓦斯含量见下表。煤的挥发分煤的挥发分Vr(%)残存瓦斯含量残存瓦斯含量x1(m3/t可燃质可燃质)2812881287121876182665263554354243425032(2)邻近煤层相对瓦斯涌出量邻近煤层相对瓦斯涌出量式中式中 ql邻近煤层相对瓦斯涌出量，邻近煤层相对瓦斯涌出量，m3/t；n邻近层数目；邻近层数目；mi第第i邻近层厚度，邻近层厚度，m；m开采层采高，开采
42、层采高，m；x0i第第i邻近层瓦斯含量，邻近层瓦斯含量，m3/t；x1i第第i邻近层残存瓦斯含量，邻近层残存瓦斯含量，m3/t；hi第第i邻近层与开采层的层间距，邻近层与开采层的层间距，m；hp采动后煤层顶底板岩石受到影响的范围，采动后煤层顶底板岩石受到影响的范围，m。011()(1)niiliiipmhqxxmhhi 顶板的影响范围按下式计算：顶板的影响范围按下式计算：hp=Zkm(1.2+cos)式中式中 煤层倾角，度；煤层倾角，度；m m开采层采高，开采层采高，m m；Z Zk k与顶板管理方法有关的系数。采高与顶板管理方法有关的系数。采高2.5m2.5m，全部陷落法管理顶板时，全部陷落
43、法管理顶板时，Z Zk k=60=60；局部充填法，；局部充填法，Z Zk k=45=45；全部充填法全部充填法:Z:Zk k=25=25。底板的影响范围：底板的影响范围：hp=35mhp=35m；急倾斜煤层，急倾斜煤层，hp=Zkm(1.2-cos)hp=Zkm(1.2-cos)。（3 3）掘进巷道煤壁绝对瓦斯涌出量）掘进巷道煤壁绝对瓦斯涌出量 式中式中 Q1掘进巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，掘进巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3/min；Q0煤壁瓦斯涌出初始强度，煤壁瓦斯涌出初始强度，可用经验，可用经验公式推算：公式推算：L巷道长度，巷道长度，m;n煤壁暴露面数；煤壁暴露面数；m0巷道中的煤层厚度，巷
44、道中的煤层厚度，m；min)/(23mm)1/2(001VLVQnmQ16.0)(0004.0026.0200rVxQ(4)(4)掘进落煤绝对瓦斯涌出量掘进落煤绝对瓦斯涌出量式中式中 Q Q2 2 掘进落煤绝对瓦斯涌出量，掘进落煤绝对瓦斯涌出量，m m3 3/min/min；m m0 0 巷道中的煤层厚度，巷道中的煤层厚度，m m；b b 巷道宽度，巷道宽度，m m；V V 掘进速度，掘进速度，m/minm/min；d d 煤的容重，煤的容重，t/mt/m3 3。)(1002xxbVdmQ（5）矿井相对瓦斯涌出量矿井相对瓦斯涌出量式中式中 q矿矿矿井相对瓦斯涌出量，矿井相对瓦斯涌出量，m3/t
45、；K采空区瓦斯涌出系数，采空区瓦斯涌出系数，1.151.25；n 矿井内采煤区个数；矿井内采煤区个数；qki第第i采煤区开采层相对瓦斯涌出量，采煤区开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；qli第第i采煤区邻近层相对瓦斯涌出量，采煤区邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；Ai第第i采煤区平均日产煤量，采煤区平均日产煤量，t；m矿井内掘进巷道条数；矿井内掘进巷道条数；Q1j第第j掘进巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，掘进巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3/min；Q2j第第j掘进巷道落煤绝对瓦斯涌出量，掘进巷道落煤绝对瓦斯涌出量，m3/min；A矿井平均日产煤量，矿井平均日产煤量，t。nimjjjiniilikiAQQAAq
46、qKq11211/)(1440/)(矿2、温特尔法、温特尔法3、英国采矿研究所法、英国采矿研究所法100)()(1(10111014lmllCHCxxmmxxmmql开采层瓦斯涌出开采层瓦斯涌出邻近层瓦斯涌出邻近层瓦斯涌出100100)1(0111014lnllCHCxmmCxmmq开采层瓦斯涌出开采层瓦斯涌出邻近层瓦斯涌出邻近层瓦斯涌出 对现有预测方法的讨论对现有预测方法的讨论：瓦斯含量法在我国是一种较新的预测方法，已基本上达到瓦斯含量法在我国是一种较新的预测方法，已基本上达到实用化阶段。这种方法既考虑了决定瓦斯涌出量大小的基实用化阶段。这种方法既考虑了决定瓦斯涌出量大小的基本因素本因素煤层
47、瓦斯含量，还考虑了一些相关的地质因素煤层瓦斯含量，还考虑了一些相关的地质因素和开采因素。和开采因素。瓦斯含量法还没有形成统一、公认的预测公式。各种方法瓦斯含量法还没有形成统一、公认的预测公式。各种方法在确定各涌出源的瓦斯涌出率时所考虑的影响因素不同，在确定各涌出源的瓦斯涌出率时所考虑的影响因素不同，或采用的物理模型不一样，因而形成了不同的计算公式。或采用的物理模型不一样，因而形成了不同的计算公式。对同一矿井采用不同的瓦斯含量法，其预测结果相差较大。对同一矿井采用不同的瓦斯含量法，其预测结果相差较大。瓦斯含量法以煤层瓦斯含量作为预测的基础依据，因而对瓦斯含量法以煤层瓦斯含量作为预测的基础依据，因
48、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。高的要求。矿山统计法是我国目前应用较为广泛的预测方法。由于矿矿山统计法是我国目前应用较为广泛的预测方法。由于矿山统计法仅考虑瓦斯涌出量与开采深度一个因素之间的关山统计法仅考虑瓦斯涌出量与开采深度一个因素之间的关系，故其适用范围受到一定的限制。系，故其适用范围受到一定的限制。2.5 矿井瓦斯涌出治理矿井瓦斯涌出治理一、矿井瓦斯平衡一、矿井瓦斯平衡 -矿井各种瓦斯涌出来源在矿井瓦斯涌出总量中所所占矿井各种瓦斯涌出来源在矿井瓦斯涌出总量中所所占的比重。的比重。意义意义：取决于矿井自然因素
49、和开采技术因素。是矿井风量：取决于矿井自然因素和开采技术因素。是矿井风量分配和日常瓦斯治理工作的基础。分配和日常瓦斯治理工作的基础。1、瓦斯平衡的分类、瓦斯平衡的分类 （1）按水平、翼、采区进行：是矿井风量分配的依据之一。）按水平、翼、采区进行：是矿井风量分配的依据之一。（2）按采区、回采区、老空区进行：是矿井日常治理瓦斯）按采区、回采区、老空区进行：是矿井日常治理瓦斯工作的基础。工作的基础。（3）按开采煤层、邻近层进行：是采煤工作面治理瓦斯工）按开采煤层、邻近层进行：是采煤工作面治理瓦斯工作的基础。作的基础。2、影响矿井瓦斯平衡的主要因素、影响矿井瓦斯平衡的主要因素（1）矿井不同生产时期）矿
50、井不同生产时期 建井和投产初期：主要来源于掘进过程。建井和投产初期：主要来源于掘进过程。生产中期：主要来源于回采区。生产中期：主要来源于回采区。生产后期：主要来源于老空区。生产后期：主要来源于老空区。瓦瓦 斯斯来来 源源辽源矿务局辽源矿务局(%)阳泉四矿阳泉四矿建井期建井期达产期达产期生产后期生产后期1959.81963.5掘进掘进653065103031.28.0回采回采0202035203541.722.6老空区老空区9151030103018.861.0其它其它8.38.4（2）采深不同，平衡表不同）采深不同，平衡表不同 随着深度的增加，不仅瓦斯涌出量增大，由于来自开随着深度的增加，不仅
