CN104747229B - 低瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法，包括：a、对待掘进煤体进行瓦斯抽采；b、根据工作面供风速率确定待掘进煤体掘进过程中的瓦斯涌出基准速率；c、对待掘进煤体进行掘进，并确定待掘进煤体在掘进过程中的瓦斯涌出速率；d、比较步骤c确定的瓦斯涌出速率与步骤b确定的瓦斯涌出基准速率的大小。本发明的安全开采方法解决了目前低瓦斯矿井的高瓦斯区域开采时存在盲目和主要依靠经验的问题，为生产提供科学、安全的开采方法，大大提高了矿山安全生产决策效率，并可为矿山其他类似情况提供参考。

Description

低瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法

技术领域

本发明属于煤炭开采领域，涉及一种低瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法。

背景技术

随着煤矿地下开采深度的加深，我国部分低瓦斯矿井(根据《煤矿安全规程》第133条之规定，矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m³/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m³/min称为低瓦斯矿井)在开采过程中发生了瓦斯超限事故，这些发生过瓦斯超限的地点引起了矿山管理者们的高度重视，并把这些区域称为低瓦斯矿井中的高瓦斯区域(根据《煤矿安全规程》第134条规定，对于低瓦斯矿井中，相对瓦斯涌出量大于10m³/t或有瓦斯喷出的个别区域为高瓦斯区域)。为了保证安全生产，降低瓦斯超限事故的发生几率，矿山管理者采取了一定的瓦斯抽采措施。但是在实际抽采工作中仍然出现了一些问题，就目前国家政策法规方面没有解决的依据和方法。

例如，高瓦斯矿井或者煤与瓦斯突出矿井采煤工作面瓦斯抽采达标都有相关的标准和规定，而低瓦斯矿井高瓦斯区域掘进工作面瓦斯抽采效果没有统一的评价标准，没有科学的依据来指导掘进工作面是否能够掘进，然而在低瓦斯矿井高瓦斯区域瓦斯抽采达标评价的相关国家或行业标准目前仍然是个空白，这就导致矿山管理者在指导煤矿安全生产制定决策时没有科学的依据可供参考。如果严格按照高瓦斯矿井来管理又会投入大量的人力物力，导致大量的不必要的经济投入和人力投入；如果按照低瓦斯矿井管理工作进行，在某些区域又会出现瓦斯超限现象，给煤矿安全生产带来安全隐患，从而造成现场决策时带有一定的盲目性和经验主义，往往造成瓦斯超限与其他一些瓦斯事故。

因此，非常有必要提出一种低瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法，为矿井安全生产提供科学的依据和理论指导，同时也为相似掘进工作面的安全生产提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法，以解决目前低瓦斯矿井的高瓦斯区域开采时存在盲目和主要依靠经验的问题，为生产提供科学、安全的开采方法。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种低瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法，其特征在于，所述安全开采方法包括：

步骤a、对待掘进煤体进行瓦斯抽采；

步骤b、根据工作面供风速率确定待掘进煤体掘进过程中的瓦斯涌出基准速率；

步骤c、对待掘进煤体进行掘进，并确定待掘进煤体在掘进过程中的瓦斯涌出速率；

步骤d、比较步骤c确定的瓦斯涌出速率与步骤b确定的瓦斯涌出基准速率的大小，当根据步骤c确定的瓦斯涌出速率小于所述瓦斯涌出基准速率时，保持步骤c中对待掘进煤体进行掘进的掘进速率；当根据步骤c确定的瓦斯涌出速率不小于所述瓦斯涌出基准速率时，减小步骤c中对待掘进煤体进行掘进的掘进速率，或重复步骤a-d。

根据本发明的安全开采方法，优选地，在步骤b中，根据公式S_基＝S_风×1.0％确定所述瓦斯涌出基准速率，其中

S_基为瓦斯涌出基准速率，m³/min；S_风为工作面供风速率，m³/min。

根据本发明的安全开采方法，优选地，在步骤c中，根据公式S_涌＝λ₁×ν×S×γ×Q_残确定所述瓦斯涌出速率，其中

S_涌为待掘进煤体在掘进过程中的瓦斯涌出速率，m³/min；λ₁为待掘进煤体在掘进过程中采下煤块因瓦斯涌出不均匀的备用系数，所述λ₁的确定方法为本领域所熟知，例如可以根据《通风安全学》(张国枢主编，2007，P150～151)中给出的方法确定；ν为工作面掘进速率，m/min；S为待掘进煤体的工作面断面面积，m²；γ为待掘进煤体的容重，t/m³；Q_残为待掘进煤体在瓦斯抽采后的瓦斯残余值，m³/t。

根据本发明的安全开采方法，优选地，根据公式Q_残＝(λ₂×Q_原-Q_抽)/(A×S×γ)确定待掘进煤体在瓦斯抽采后的瓦斯残余值，

其中，A为待掘进煤体的长度，m；λ₂为待掘进煤体瓦斯抽放过程中的瓦斯补充系数，所述λ₂的确定方法为本领域所熟知，例如可以根据《矿山压力及其控制》(钱鸣高、刘听成主编，1991，P182～185)中给出的方法确定；Q_原为待掘进煤体的原始瓦斯含量，m³；Q_抽为步骤a中待掘进煤体的瓦斯抽采量，m³。

根据本发明的安全开采方法，优选地，根据公式Q_原＝A×S×γ×W确定待掘进煤体的原始瓦斯含量，

其中，W为待掘进煤体在瓦斯抽采前的平均瓦斯含量，m³/t。

根据本发明的安全开采方法，优选地，步骤a中，所述待掘进煤体的长度A为40-60m，例如40m、50m或60m；进行瓦斯抽采时，瓦斯钻孔的深度为A+P，其中，P为瓦斯钻孔超前距，长度为5-15m，进一步优选为8-12m，更优选为10m。

本发明提供的安全开采方法具有以下优点：

(1)本发明的安全方法在待掘进煤体的瓦斯抽放量的基础上，结合待掘进煤体的不同时期的取样分析结果，即可对瓦斯抽采效果进行评价，操作简单，大大增加了瓦斯抽采效果评价的快捷性、真实性和准确性，为低瓦斯矿井高瓦斯区域掘进工作面瓦斯抽采效果评价提供了安全保障；

(2)有效的解决了矿山管理者凭经验进行掘进进度决策时无据可循的窘迫境地，弥补了低瓦斯矿井高瓦斯区域掘进工作面瓦斯抽采效果评价的理论空白，大大提高了矿山安全生产决策效率，并可为矿山其他类似情况提供参考。

附图说明

图1为实施例1中待掘进煤体的示意图。

具体实施方式

以下对本发明提供的低瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法进行详细说明。

随着煤层开采深度的增加，在低瓦斯矿井中同样可能存在高瓦斯区域。对于这些区域，目前其瓦斯抽采达标评价的相关国家或行业标准目前仍然是个空白，本发明通过研究通风设备的供风速率与待采煤层在采掘过程中的瓦斯涌出速率，从而科学地评价低瓦斯矿井中高瓦斯区域的待采煤层在采掘前的瓦斯抽放过程的抽放效果。

在本发明的安全开采方法中，步骤a为对待掘进煤体进行瓦斯抽采；所述瓦斯抽采可以采用本领域常用的瓦斯抽采方式，例如，通过在所述待掘进煤体上钻孔抽采瓦斯，实际生产中，通常在工作面上均匀打上多个钻孔进行瓦斯抽采。优选地，所述待掘进煤体的长度A为40-60m，例如40m、50m或60m；进行瓦斯抽采时，瓦斯钻孔的深度为A+P，其中，P为瓦斯钻孔超前距，长度为5-15m，进一步优选为8-12m，更优选为10m。

在本发明的安全开采方法中，步骤b为根据工作面供风速率确定待掘进煤体掘进过程中的瓦斯涌出基准速率；其中，所述瓦斯涌出基准速率是指在通风设备的作用下，使工作面瓦斯浓度降低到不大于1％时的最大瓦斯涌出速率，优选地，可以根据公式

S_基＝S_风×1.0％确定，其中

S_基为瓦斯涌出基准速率，m³/min；S_风为工作面供风速率，m³/min。由于矿井开采时通风设备已经安装就位，即使在开采高瓦斯区域时，其通风设备人不会轻易更换。因此，工作面供风速率可以根据通风设备的型号和功率等确定，或者根据为工作面供风的管道出口气速与管道断面积确定。

在本发明的安全开采方法中，步骤c为对待掘进煤体进行掘进，并确定待掘进煤体在掘进过程中的瓦斯涌出速率；本领域技术人员可以理解，在工作面高瓦斯区域的待掘进煤体开采前，需要对待掘进煤体进行瓦斯抽放，然而，在瓦斯抽放过程中，待掘进煤体周围的煤体由于压差会向所述待掘进煤体补充瓦斯，使得瓦斯在抽放到一定程度后要降低待掘进煤体的瓦斯浓度，可能会使抽放时间成倍增加，导致瓦斯抽放几乎不可能完全抽出。因此，待掘进煤体在掘进过程中仍会有瓦斯涌出。

所述瓦斯涌出速率可以根据相似工作面的实测数据得到，然而，实际生产中可能难以找出符合条件的相似工作面，或者在引入相似工作面的数据后可能存在较大误差。在本发明的一个优选实施方式中，所述待掘进煤体在掘进过程中的瓦斯涌出速率可以根据公式

S_涌＝λ₁×ν×S×γ×Q_残确定所述瓦斯涌出速率，其中

S_涌为待掘进煤体在掘进过程中的瓦斯涌出速率，m³/min；λ₁为待掘进煤体在掘进过程中采下煤块因瓦斯涌出不均匀的备用系数，根据《通风安全学》(张国枢主编，2007，P150～151)中给出的方法确定；ν为工作面掘进速率，m/min；S为待掘进煤体的工作面断面面积，m²；γ为待掘进煤体的容重，t/m³；Q_残为待掘进煤体在瓦斯抽采后的瓦斯残余值，m³/t，可以通过采集煤样进行室内试验确定。优选地，在工作面掘进过程中，对待掘进煤体进行瓦斯抽放，采下煤块的吨煤瓦斯残余量可以根据公式

Q_残＝(λ₂×Q_原-Q_抽)/(A×S×γ)确定待掘进煤体在瓦斯抽采后的瓦斯残余值，其中，

A为待掘进煤体的长度，m；λ₂为待掘进煤体瓦斯抽放过程中的瓦斯补充系数，根据《矿山压力及其控制》(钱鸣高、刘听成主编，1991，P182～185)中给出的方法确定；Q_原为待掘进煤体的原始瓦斯含量，m³，即瓦斯抽放前待掘进煤体的原始瓦斯含量，其同样可以通过取样分析得到；Q_抽为步骤a中待掘进煤体的瓦斯抽采量，m³。

进一步优选地，所述待掘进煤体的原始瓦斯含量Q_原＝A×S×γ×W，其中，W为待掘进煤体在瓦斯抽采前的平均瓦斯含量，m³/t，可以通过取样分析得到，其具体方法为本领域熟知，这里不再赘述。

在本发明的安全开采方法中，步骤d为比较步骤c确定的瓦斯涌出速率与步骤b确定的瓦斯涌出基准速率的大小，当根据步骤c确定的瓦斯涌出速率小于所述瓦斯涌出基准速率时，保持步骤c中对待掘进煤体进行掘进的掘进速率；当根据步骤c确定的瓦斯涌出速率不小于所述瓦斯涌出基准速率时，减小步骤c中对待掘进煤体进行掘进的掘进速率，或重复步骤a-d。

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，神华乌海能源公司老石旦煤矿属于低瓦斯矿井，老石旦煤矿031604运输顺槽北翼段掘进工作面位于北三井口西南部，该工作面断面形状为圆拱形，净高为3.9m，净宽为5.0m，巷道墙高为2.2m，拱高为1.7m，工作面断面3的面积约为13m²，已掘970m。巷道采用锚杆、金属网和锚索联合支护，综合机械化掘进方式开采。工作面采用通风机进行通风，采用FBD-2×30KW的局部通风机，风筒直径为Φ1000mm，巷道供风量631m³/min。待掘进煤体瓦斯含量为4.54m³/t，待掘进煤体容重为1.55t/m³，此处掘进期间测得瓦斯相对涌出量为11.3m³/t，属于低瓦斯矿井的高瓦斯区域。

老石旦煤矿2013年9月份在031604运输顺槽北翼掘进工作面迎头共施工了5个瓦斯抽放钻孔2，平均孔深70m(待掘进煤体1的长度A为60m，钻孔超前距P为10m)，并于当年10月1日开始带抽，截止当年12月13日共抽放瓦斯8136m³。

根据本发明的安全开采方法计算得到S_基＝6.31m³/min；Q_原＝9605.5m³；Q_残＝1.19m³/t。由于该掘进工作面计划每天掘进巷道长度3.2m，在掘进过程中煤体的瓦斯的涌出速率S_涌＝0.41m³/min。通过将S_涌与S_基比较发现：S_涌<S_基，则说明瓦斯抽采效果相对较好，能够满足031604运输顺槽北翼段掘进工作面安全掘进的要求，可以掘进。

老石旦煤矿自2013年以来按照本发明的方法开采过多处高瓦斯区域，没有发生过瓦斯事故，保证了工作面的安全生产，为低瓦斯矿井的高瓦斯区域开采的科学决策提供了技术支撑，具有非常好的现实意义和推广应用前景。

Claims (6)

1.一种低瓦斯矿井中高瓦斯区域掘进工作面的安全开采方法，其特征在于，所述安全开采方法包括：

步骤a、对待掘进煤体进行瓦斯抽采；

步骤b、根据工作面供风速率确定待掘进煤体掘进过程中的瓦斯涌出基准速率；

步骤c、对待掘进煤体进行掘进，并确定待掘进煤体在掘进过程中的瓦斯涌出速率；

步骤d、比较步骤c确定的瓦斯涌出速率与步骤b确定的瓦斯涌出基准速率的大小，当根据步骤c确定的瓦斯涌出速率小于所述瓦斯涌出基准速率时，保持步骤c中对待掘进煤体进行掘进的掘进速率；当根据步骤c确定的瓦斯涌出速率不小于所述瓦斯涌出基准速率时，减小步骤c中对待掘进煤体进行掘进的掘进速率，或重复步骤a-d。

2.根据权利要求1所述的安全开采方法，其特征在于，在步骤b中，根据公式S_基＝S_风×1.0％确定所述瓦斯涌出基准速率，其中

S_基为瓦斯涌出基准速率，m³/min；S_风为工作面供风速率，m³/min。

3.根据权利要求2所述的安全开采方法，其特征在于，在步骤c中，根据公式S_涌＝λ₁×ν×S×γ×Q_残确定所述瓦斯涌出速率，其中

S_涌为待掘进煤体在掘进过程中的瓦斯涌出速率，m³/min；λ₁为待掘进煤体在掘进过程中采下煤块因瓦斯涌出不均匀的备用系数；ν为工作面掘进速率，m/min；S为待掘进煤体的工作面断面面积，m²；γ为待掘进煤体的容重，t/m³；Q_残为待掘进煤体在瓦斯抽采后的瓦斯残余值，m³/t。

4.根据权利要求3所述的安全开采方法，其特征在于，根据公式Q_残＝(λ₂×Q_原-Q_抽)/(A×S×γ)确定待掘进煤体在瓦斯抽采后的瓦斯残余值，

其中，A为待掘进煤体的长度，m；λ₂为待掘进煤体瓦斯抽放过程中的瓦斯补充系数；Q_原为待掘进煤体的原始瓦斯含量，m³；Q_抽为步骤a中待掘进煤体的瓦斯抽采量，m³。

5.根据权利要求4所述的安全开采方法，其特征在于，根据公式Q_原＝A×S×γ×W确定待掘进煤体的原始瓦斯含量，

其中，W为待掘进煤体在瓦斯抽采前的平均瓦斯含量，m³/t。

6.根据权利要求4所述的安全开采方法，其特征在于，步骤a中，所述待掘进煤体的长度A为40-60m；进行瓦斯抽采时，瓦斯钻孔的深度为A+P，其中，P为瓦斯钻孔超前距，长度为5-15m。