礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法（AQ 1018－2006）

礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法　　

AQ 1018－2006　　

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局　　

2006－02－27發(fā)布 2006－05－01實(shí)施　　

　 　

前言　　

本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B、附錄C、附錄D均為資料性附錄。
　　本標(biāo)準(zhǔn)由國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局提出。
　　本標(biāo)準(zhǔn)由國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局歸口。
　　本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：煤炭科學(xué)研究總院撫順分院。
　　本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：姜文忠、秦玉金、閆斌移、薛軍峰　　

1 范圍
　　本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了采用分源預(yù)測法與礦山統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行礦井瓦斯涌出量預(yù)測的方法。
　　本標(biāo)準(zhǔn)適用于新建礦井、生產(chǎn)礦井新水平延深、新采區(qū)以及采掘工作面(放頂煤工作面除外)的瓦斯涌出量預(yù)測。
2 規(guī)范性引用文件　　

下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注冊日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)。　　

MT/T 77煤層氣測定方法（解吸法）　　

《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》　　

3 術(shù)語及定義　　

3.1　　

礦井瓦斯涌出量預(yù)測 prediction of mine gas emission rate　　

計(jì)算出礦井在一定生產(chǎn)時(shí)期、生產(chǎn)方式和配產(chǎn)條件下的瓦斯涌出量，并繪制反映瓦斯涌出規(guī)律的涌出量等值線圖。　　

3.2　　

礦井瓦斯涌出量 absolute gas emission rate　　

單位時(shí)間內(nèi)從煤層以及采落的煤（巖）體涌入礦井中的氣體總量，礦井進(jìn)行瓦斯抽放時(shí)包括抽放瓦斯量。　　

3.3　　

絕對瓦斯涌出量 absolute gas emission rate　　

單位時(shí)間內(nèi)從煤層和巖層以及采落的煤（巖）體所涌出的瓦斯量，單位采用m²/min。　　

3.4　　

相對瓦斯涌出量 relative gas emission rate　　

平均每產(chǎn)1t煤所涌出的瓦斯量，單位為m²/t　　

3.5 礦山統(tǒng)計(jì)法 statistical predicted method of mine gas　　

根據(jù)對本礦井或鄰近礦井實(shí)際瓦斯涌出資料的統(tǒng)計(jì)分析得同的礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的規(guī)律，預(yù)測新井或新水平瓦斯的方法。　　

3.6　　

分源預(yù)測法 predicted method by different gas source　　

根據(jù)時(shí)間和地點(diǎn)的不同，分成數(shù)個(gè)向礦井涌出的與瓦斯源，在分別對這些瓦斯涌出源進(jìn)行預(yù)測的基礎(chǔ)上得出礦井瓦斯涌出量的方法。　　

4 一般要求
　　4.1 新建礦井或生產(chǎn)礦井新水平，都必須進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測，以確定新礦井、新水平、新采區(qū)投產(chǎn)后瓦斯涌出量大小，作為礦井和采區(qū)通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯抽放及瓦斯管理的依據(jù)。
　　4.2 礦井瓦斯涌出量預(yù)測采用分源預(yù)測法或礦山統(tǒng)計(jì)法。
　　4.3 礦井瓦斯涌出量預(yù)測應(yīng)包括以下資料：
　　a) 礦井采掘設(shè)計(jì)說明書：
　　1) 開拓、開采系統(tǒng)圖、采掘接替計(jì)劃；
　　2) 采煤方法、通風(fēng)方式；
　　3) 掘進(jìn)巷道參數(shù)、煤巷平均掘進(jìn)速度；
　　4) 礦井、采區(qū)、回采工作面及掘進(jìn)工作面產(chǎn)量。
　　b) 礦井地質(zhì)報(bào)告：
　　1) 地層剖面圖、柱狀圖等；
　　2) 各煤層和煤夾層的厚度、煤層間距離及頂、底板巖性。
　　c) 煤層瓦斯含量測定結(jié)果、風(fēng)化帶深度及瓦斯含量等值線圖；
　　d) 鄰近礦井和本礦井已采水平、采區(qū)(盤區(qū))以及采掘工作面瓦斯涌出測定結(jié)果；
　　e) 煤的工業(yè)分析指標(biāo)(灰分、水分、揮發(fā)分和密度)以及煤質(zhì)牌號。
　　4.4 新建礦井或生產(chǎn)礦井新水平瓦斯涌出量預(yù)測由具有國家規(guī)定資質(zhì)的專業(yè)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)單位共同完成，預(yù)測結(jié)果經(jīng)專家審定后以報(bào)告形式提供給生產(chǎn)單位和有關(guān)部門。


　　

　　5 礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法
　　5.1 分源預(yù)測法
　　　5.1.1　 礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系
　　礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系如圖1所示。
　　 　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　

圖1 礦井瓦斯涌出構(gòu)成關(guān)系關(guān)系圖　　

　　　5.1.2　 回采工作面瓦斯涌出量
　　回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測用相對瓦斯涌出量表達(dá)，以24 h為一個(gè)預(yù)測圓班，采用式(1)計(jì)算。　　

　　　　　　

　　式中：
　　q_采——回采工作面相對瓦斯涌出量，m³／t；
　　q₁——開采層相對瓦斯涌出量，m³／t；
　　q₂——鄰近層相對瓦斯涌出量，m³／t。
　　開采層和鄰近層相對瓦斯涌出量計(jì)算方法見附錄A。
　　　5.1.3　 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量
　　掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測用絕對瓦斯涌出量表達(dá)，采用式(2)計(jì)算。　　

　　　　　　

　　式中：
　　q_掘——掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量，m³／min；
　　q₃——掘進(jìn)工作面巷道煤壁絕對瓦斯涌出量，m³／min；
　　q₄——掘進(jìn)工作面落煤絕對瓦斯涌出量，m³／min。
　　掘進(jìn)工作面巷道煤壁和落煤瓦斯涌出量計(jì)算方法見附錄B。
　　　5.1.4　 生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量
　　生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量采用式(3)計(jì)算。　　

　　　　　　　　
　　

　　　　　　　　
　　式中：
　　q_區(qū)——生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m³／t；
　　K'——生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，如無實(shí)測值可參照附錄D選??；
　　q_采i——第i個(gè)回采工作面相對瓦斯涌出量，m³／t；
　　A_i——第i個(gè)回采工作面的日產(chǎn)量，t；
　　q_掘i——第i個(gè)掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量，m³／rain；
　　A_o——生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t。
　　　5.1.5　 礦井瓦斯涌出量
　　礦井瓦斯涌出量采用式(4)計(jì)算。　　

　 　

　　式中：
　　q_井——礦井相對瓦斯涌出量，m³／t；
　　q_區(qū)i——第i個(gè)生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m³／t；
　　A_oi——第i個(gè)生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t；
　　K"——已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，如無實(shí)測值可參照附錄D選取。
　　　5.1.6　 瓦斯不均衡性涌出
　　考慮各區(qū)域瓦斯涌出的不均衡性，利用分源預(yù)測法預(yù)測的各區(qū)域的瓦斯涌出量需乘以瓦斯涌出不均衡系數(shù)K_n，如無實(shí)測值可參照附錄D選取。
　　5.2 礦山統(tǒng)計(jì)法
　　　5.2.1　 采用礦山統(tǒng)計(jì)法必須具備所要預(yù)測的礦井或采區(qū)煤層開采順序、采煤方法、頂板管理、地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存、煤質(zhì)等與生產(chǎn)礦井或生產(chǎn)區(qū)域相同或類似的條件。
　　　5.2.2　 礦山統(tǒng)計(jì)法預(yù)測瓦斯涌出量外推范圍沿垂深不超過200 m，沿煤層傾斜方向不超過600 m。
　　　5.2.3　 礦井相對瓦斯涌出量與開采深度的關(guān)系由式(5)表示。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中：
　　q——礦井相對瓦斯涌出量，m³／t；
　　H——開采深度，m；
　　H_o——瓦斯風(fēng)化帶深度，m；
　　a——相對瓦斯涌出量隨開采深度的變化梯度，m／(m³•t^-1)。
　　a) a值確定
　　1) 當(dāng)有瓦斯風(fēng)化帶以下兩個(gè)水平的實(shí)際相對瓦斯涌出量資料時(shí)，a值由式（6）確定。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中：
　　H₂——瓦斯帶內(nèi)2水平的開采深度，m；
　　H₁——瓦斯帶內(nèi)1水平的開采深度，m；
　　q₂——在H₂深度開采時(shí)的相對瓦斯涌出量，m³/t;
　　q₁——在H₁深度開采時(shí)的相對瓦斯涌出量，m³/t。
　　2) 當(dāng)有瓦斯風(fēng)化帶以下多個(gè)水平的實(shí)際相對瓦斯涌出量的資料時(shí)，a的加權(quán)平均值由式（7）確定。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中：
　　H_i——第i個(gè)水平的開采深度，m；
　　q_i——第i個(gè)水平的相對瓦斯涌出量，m³/t；
　　n——統(tǒng)計(jì)的開采水平個(gè)數(shù)。
　　b) H₀
　　1) H₀可由式（8）確定。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中符號同前。
　　2） 根據(jù)實(shí)測煤層瓦斯基本參數(shù)確定，瓦斯風(fēng)化帶的下部邊界可參照下列條件確定：
　　甲烷及重?zé)N的濃度之和占?xì)怏w組分的80%（按體積）；
　　瓦斯壓力P=0.1MPa~0.15MPa；
　　相對瓦斯涌出量q_CH4=2m³/t~3m₃/t；
　　煤層的瓦斯含量：
　　• W=1.0m³t.r~1.5m³t.r(長焰煤)
　　• W=1.5m³t.r~2.0m³t.r(氣煤)
　　• W=2.0m³t.r~2.5m³t.r(肥、焦煤)
　　• W=2.5m³t.r~3.0m³t.r(瘦煤)
　　• W=3.0m³t.r~4.0m³t.r(貧煤)
　　• W=5.0m³t.r~7.0m³t.r(無煙煤)
　　　5.2.4　 當(dāng)?shù)V井相對瓦斯涌出量與開采深度之間不呈線性關(guān)系時(shí)，即a值不是常數(shù)時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)實(shí)測資料確定a值與開采深度的變化規(guī)律，然后再進(jìn)行預(yù)測。


　　

　 　

附 錄 A
(資料性附錄)
開采層和鄰近層瓦斯涌出量計(jì)算方法　　

　 　

　　　　　　　　
　　A.1 開采層瓦斯涌出量
　　　A.1.1　 薄及中厚煤層不分層開采時(shí)，開采層瓦斯涌出量可由式(A.1)計(jì)算。　　

　 　

　　式中：
　　q₁——開采層相對瓦斯涌出量，m。／t；
　　K₁——圍巖瓦斯涌出系數(shù)；K₁值選取范圍為1.1～1.3；全部陷落法管理頂板，碳質(zhì)組分較多的圍巖，K₁取1.3；局部充填法管理頂板K₁取1.2；全部充填法管理頂板K₁取1.1；砂質(zhì)泥巖等致密性圍巖K₁取值可偏??；
　　K₂——工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，用回采率的倒數(shù)來計(jì)算；
　　K₃——采區(qū)內(nèi)準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)，如無實(shí)測值可按參照附錄D選??；
　　m——開采層厚度，m；
　　M——工作面采高，m；
　　W₀——煤層原始瓦斯含量，m³／t，參照附錄C選??；
　　W_c——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m³／t，如無實(shí)測值可參照附錄C選取。
　　　A.1.2　 厚煤層分層開采時(shí)，開采層瓦斯涌出量計(jì)算采用式(A.2)計(jì)算。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中：
　　K_f——取決于煤層分層數(shù)量和順序的分層瓦斯涌出系數(shù)，如無實(shí)測值可按參照附錄D選??；其他符號意義同前。


　　

　　A.2 鄰近層瓦斯涌出量
　　鄰近層瓦斯涌出量采用式(A.3)計(jì)算。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中：
　　q₂——鄰近層相對瓦斯涌出量，m³／t；
　　m_i——第i個(gè)鄰近層煤層厚度，m；
　　M——工作面采高，m；
　　η_i——第i個(gè)鄰近層瓦斯排放率，%，如無實(shí)測值可參照附錄D選??；
　　W_0i——第i個(gè)鄰近層煤層原始瓦斯含量，m³／t，如無實(shí)測值可參照開采層選??；
　　W_ci——第i個(gè)鄰近層煤層殘存瓦斯含量，m³／t，如無實(shí)測值可參照開采層選取。


　　

　 　

附 錄 B
(資料性附錄)
掘進(jìn)工作面煤壁和落煤瓦斯涌出量計(jì)算方法


　　

　　B.1 掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量
　　掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量采用式(B.1)計(jì)算。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中：
　　q₃——掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，m³／min；
　　D——巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長度，m；對于薄及中厚煤層，D=2m_o，m_o為開采層厚度；對于厚煤層，D=2h+b，h及b分別為巷道的高度及寬度；
　　υ——巷道平均掘進(jìn)速度，m／min；
　　L——巷道長度，m；
　　q₀——煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度，m³／(m²•min)，如無實(shí)測值可參考式(B.2)計(jì)算。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中：
　　q₀——巷道煤壁瓦斯涌出量初速度，m³／(m²•min)：
　　V^r——煤中揮發(fā)分含量，％；
　　W₀——煤層原始瓦斯含量，m³／t，參照附錄C選取。
　　B.2 掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量
　　掘進(jìn)巷道落煤的瓦斯涌出量采用式(B.3)計(jì)算。　　

　　　　　　　　
　　

　　式中：
　　q₄——掘進(jìn)巷道落煤的瓦斯涌出量，m³／min：
　　S——掘進(jìn)巷道斷面積，m²；
　　υ——巷道平均掘進(jìn)速度，m／min；
　　γ——煤的密度，t／m³；
　　W₀——煤層原始瓦斯含量，m³／t，參照附錄C選??；
　　W_c——運(yùn)出礦井后煤的殘存瓦斯含量，m³／t，如無實(shí)測值可按參照附錄C選取。


　　

　 　

附錄C
（資料性附錄）
煤層原始瓦斯含量和殘存瓦斯含量的選定


　　

　　C.1 煤層瓦斯含量值是分源預(yù)測礦井瓦斯涌出量的核心參數(shù)，因此要求瓦斯含量測值盡可能接近真值。
　　C.2 煤層原始瓦斯含量的測定與計(jì)算可采用直接法（地勘鉆孔解吸法）進(jìn)行測定與計(jì)算，參見煤層氣測定方法（解吸法）（MT/T77—94）。
　　C.3 地勘鉆孔解吸法測定煤層瓦斯含量時(shí)，當(dāng)鉆孔深度小于500m時(shí)，按MT/T77—94標(biāo)準(zhǔn)測定瓦斯含量；當(dāng)鉆孔深度500m~1000m或煤的解吸性能很強(qiáng)時(shí)，測定值必須進(jìn)行校正。
　　C.4 直接法測定的煤層瓦斯含量應(yīng)與鄰近生產(chǎn)礦井和已生產(chǎn)水平井下鉆孔解吸法或間接法測定的瓦斯含量對比。
　　C.5 煤的殘存瓦斯含量W_c。高變質(zhì)煤瓦斯含量>10m³/t.r和低變質(zhì)煤的W_c值可按表C.1選?。煌咚购?SPAN lang=EN-US><10m³/t.r的高變質(zhì)煤的W_c值可按式（C.1）選取。　　

　　　　　　　　
　　

　　瓦斯含量<10m³/t.r的高變質(zhì)煤的W_c按式（C.1）計(jì)算。　　

　 　

　　　　　　　　
　　式中：
　　W_c——煤層殘存瓦斯含量，m³/t.r；
　　W₀——煤層原始瓦斯含量，m³/t.r。


　　

　 　

附錄D
（資料性附錄）
分源預(yù)測法各種系數(shù)的確定


　　

　　D.1 采面巷道預(yù)排瓦斯影響系數(shù)K₃
　　采用長壁后退式回采時(shí)，K₃按式（D.1）計(jì)算。
　　K₃=（L-2h）/L…………（D.1）
　　采用長壁前進(jìn)式回采時(shí)，如上部相鄰工作面已采，則K₃=1；上部相鄰工作面未采，K₃按式（D.2）計(jì)算。　　

　　　　　　　　
　　

　　　　　　　　
　　式中：
　　L——工作面長度，m；
　　h——掘進(jìn)巷道預(yù)排等值寬度，m，如無實(shí)測值可按表D.1取值；
　　b——巷道寬度，m。


　　

　　D.2 分層開采第i分層瓦斯涌出量系數(shù)K_fi
　　 分層（兩層或三層）開采時(shí)，K_fi按表D.2取值；分層（四層）開采時(shí)，K_fi值按表D.3取值。

　　

表D.2 分層（兩層或三層）開采K_fi值　　

　 　

　　　　　　　　
表D.3 分層（四層）開采K_fi值　　

　 　

　　D.3 鄰近層受采動影響瓦斯排放率K_i
　　當(dāng)鄰近層位于冒落帶中時(shí)，K_i=1。
　　當(dāng)采高小于4.5m時(shí)，K_i按式（D.3）計(jì)算或按圖D.1選取。　　

　　　　　　　　
　　

　　　　　　　　
　　式中：
　　h_i——第i鄰近層與開采層垂直距離，m；
　　h_p——受采動影響頂?shù)装鍘r層形成貫穿裂隙，鄰近層向工作面釋放卸壓瓦斯的巖層破壞范圍，m。　　

1－上鄰近層；2－緩傾斜煤層下鄰近層；3－傾斜、急傾斜煤層下鄰近層。　　

圖D.1 鄰近層瓦斯排放率與層間距的關(guān)系曲線　　

　　開采層頂、底板的破壞影響范圍h_p按《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中附錄六的方法計(jì)算。
　　當(dāng)采高大于4.5m時(shí)，K_i按式（D.4）計(jì)算。　　

　　　　　　　　
　　

　　　　　　　　
　　式中：
　　h_i——第i鄰近層與開采層垂直距離，m；
　　M——工作面采高，m。
　　L——工作面長度，m。
　　D.4 采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)K′、K″
　　采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)K′、K″按表D.4選取。


　　

　 　

　 　

　　D.5 瓦斯涌出不均衡系數(shù)K_n
　　瓦斯涌出不均衡系數(shù)為該區(qū)域內(nèi)最高瓦斯涌出量與平均瓦斯涌出量的比值?；夭晒ぷ髅婊蚓蜻M(jìn)工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)取K_n=1.2~1.5或?qū)嶋H計(jì)算值。礦井或采構(gòu)瓦斯涌出不均衡系數(shù)取K_n=1.1~1.3或?qū)嶋H計(jì)算值。