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煤层瓦斯含量分布规律及瓦斯涌出量预测

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煤层瓦斯含量分布规律及瓦斯涌出量预测　

赵亚军李岗（内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古包头０１４０００）　

摘　要：为了尽可能降低瓦斯事故在生产中的发生，本文对瓦斯在煤层中的分布情况做了研究，探讨了哪些方面能够引起瓦斯　涌出，进一步研究了如何防止瓦斯涌出。　关键词：瓦斯；瓦斯含量分布规律；瓦斯涌出量　

中图分类号：Ｆ４０３．７：ＴＤ７１２　．５　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００８—０１５５（２０１４）０４—０１２３—０２　

瓦斯属于易燃易爆的不稳定气体，并且无色无味。　

因为具有这种特殊的物理和化学特点，极易产生瓦斯　爆炸，形成国家财产的重大损失。同时重大的煤矿安全　

生产事故也打乱了矿上合理的生产，违反国家的法律　

法规。因此，在煤矿安全生产中，如何预防煤矿瓦斯事　故，确保安全生产的顺利进行成为煤矿生产中的最重　

要的工作。瓦斯规律的形成与地质变化有密切的关系。　随着时间的推移和不同的板块之间相互作用，构造应　

力场进行相应的动作变化，不同级别的断裂产生，同时　不同矿层的变性破坏被控制。　

１煤层的瓦斯含量分布规律　

一般都是采用钻孔煤屑解析法直接来测定煤层瓦　斯的解析量。气体的含量测定方法的原理是在煤样气　

体观测的分辨率。这是从采集可以分析测定的气体体　

积的损失估计。然后再参考测定后的残留瓦斯量中算　出煤层瓦斯含量。测定方法步骤如下：　

（１）露天矿区，通过煤电钻使用，以４２ｍｍ垂直于　煤壁钻孔，钻孔达到１２ｍ时开始取标本，同时开始标记　

取标本的时间，记为ｔ。　

（２）被刚刚提取的煤标本放入仪器罐中，开始记　下解析时所需要的时间，记为ｔ。使用型号为ＦＨＪ一２的　

瓦斯解析速度测定仪测出在不同时问ｔ下所积累的全　部瓦斯的解析数据，标为Ｖｏ，通常用２个小时的时间来　

作为瓦斯解析时所需要的时间，在解析实验结束后，请　

一定要确保仪器罐被封好，以防止气体的外漏。　（３）在煤样解析的实验做完后，及时将实验用的煤　

样标本和仪器罐一并送到检验室，最后可以分析出里　面所残留的成分。　

（４）通过以上三步中的实验所得到的相关数据，　就可以利用以下的式子进而得出煤样中的瓦斯含量：　

Ｗ＝（Ｖｏ＋　＋　）／Ｇｏ　式中：Ｖｏ一煤样中瓦斯的解吸量；　

Ｖ　一煤样中损失的瓦斯量；　Ｖ　一煤样中残存的瓦斯量；　Ｇ。一煤样终可燃质的重量；　

ｗ一煤样终可燃质的瓦斯含量。　

２影响矿井瓦斯的涌出量的主要因素　（１）煤层及围岩中的瓦斯含量　煤层的瓦斯含量及围岩这两个因素决定了瓦斯涌　

出量。比例的量之间的关系，瓦斯含量、瓦斯排放，瓦斯　含量较高，那么瓦斯的排放量也随着增加。因此，目前　

通过煤层中拥有的瓦斯量来判断和预测出瓦斯的涌出　量。　

（２）开采规模　根据矿井的产量和开采的范围大小以及开采的深　

度能够衡量出一个矿井的开采规模。同时煤层中的瓦　

斯含量与开采时的采掘深度有一定的关系，开采的深　度越大，煤层中所含有的瓦斯量就越多，然而煤层中瓦　斯的涌出量也跟着相应的提高。即瓦斯含量增加，瓦斯　

的涌出量也会增大。因此生产规模大的矿井，其瓦斯涌　

出量也会越来越大。如果矿井只是依靠扩大生产规模　

来增加输出，然后相对瓦斯涌出量可能会保持不变，也　可能会增加。假如煤矿采用的是先进的开采技术去增　

加煤的产量的话，那么瓦斯的涌出量就会降低。那是因　为，改进采煤技术和提高工作面产量对瓦斯涌出量没　

有多大的影响，且随着开采速度的变快，残存的瓦斯量　增大了。　

（３）开采的顺序与开采的方法　首先开采时，煤层中的瓦斯的涌出量会相对其他　的煤层要多好多，主要包括两部分的来源，一部分是开　

采的煤层本身的瓦斯涌出，另一部分来自于该煤层周　

围的煤层的益处。值得注意的是，在采煤方法中，回采　率与瓦斯的涌出量成反比即回采率越低，瓦斯的涌出　

量越大，究其原因是因为采煤中所含有的瓦斯有很大　

一部分最终还是要涌入巷道中。　

３瓦斯的涌出量的预测方法　

分源预测法及矿山统计法目前是我国使用的主要　方法，通过这两种方法对矿井的瓦斯涌出量进行预测。　煤层中用瓦斯含量作为参考系数的一种预测方法叫作　

分源预测法。把通过计算和统计的作为研究基础的测　量方法叫矿山统计法。　

矿山统计法是一种常见的预测方法，它的预测依　

据历年瓦斯涌出的统计数据，从而才能来推算出预测　

地区的瓦斯涌出量。此种方法运用的前提是数据需要　有比较一致的地形地质地貌的基础下去应用，不然很　

难取得比较可靠的结果。所以此方法存在着较大的局　

收稿日期：２０１３—１２—１２　作者简介：赵亚军（１９５９一），男，正高级工程师，内蒙古科技大学研究生导师；李岗（１９８７一），男，内蒙古科技大学矿业工程学　院研究生。　

１２３　限性，可靠性比较低。分源的预测方法就是利用煤层中　

的瓦斯随着在煤层中的增多，导致煤层中的瓦斯涌出　相应的也在提高，最终导致煤层中的瓦斯的涌出遵循　

一定的规则，同时随着相应的采煤技术通过对煤层中　

的瓦斯的含量汇总。去实现煤矿瓦斯排放目标的预测。　通过这种方法的科学性和准确性，普遍被采用在矿井　

的瓦斯的预测中。　

结语　通过对煤层中瓦斯含量分布规律的认真分析和研　

究，可以更加了解煤层中瓦斯赋存状态的情况，从而准　确的预测出煤层中瓦斯的涌出量。　

参考文献：　［１］赵耀江．综采工作面的瓦斯涌出规律及瓦斯涌出量的预测　［Ｄ］．太原理工大学，２００５．　［２］胡殿明，等．煤层瓦斯赋存规律及防治技术［Ｍ］．徐州：中国　矿业大学出版．　（责任编辑：熊红婴）　

（上接第１１５页）　重度破坏区内的裂缝（上口宽度大于３０　ｅｍ的裂缝），　

需要采取开挖充填措施才能消除深度裂缝。　

（１）技术方法及要求　

在裂缝区附近上坡方向，选定无毒害、无污染的黏　

土、黄土或沙黏土土源，用机械或人工取土，用机动车　或人力车装运至充填地点附近堆放。　

在堆放点用机动车或手推车取土对沉陷裂缝进行　

充填，在充填部位或削高垫低部位覆盖表层土壤。对于　还未稳定的沉陷区域，应略比周围地面高出５～１０　ｅｍ，　

待其稳定沉实后可与周围地面基本齐平；在充填裂缝　距地表１　ｍ左右时，每隔３０　ｃｍ左右分层应用木杠或夯　

石分层捣实，直至与地面平齐，如图３所示。　

表土剥离　

图３裂隙充填断面图　（２）充填沉陷裂缝工程量计算方法　治理过程裂缝的工程量，根据不同类型强度的裂缝情　

况，其充填土方的量亦不同。设沉陷裂缝宽度为ａ（Ｉｎ），　

则地表沉陷裂缝的可见深度Ｈ（ｍ）可按下列经验公式　

计算：　

Ｈ：１０　设沉陷裂缝的间距为Ｃ（ｎ１），每公顷土地的裂缝系　

１２４　数为ｎ，则每公顷面积沉陷裂缝的长度ｕ（ｍ）可按下列　

经验公式计算：　

＝　几　

每公顷沉陷地裂缝充填土方量可按下列经验公式　

计算：　

Ｖ＝７．５ａＵＨ（ｍ　／ｈａ）　３．２地面塌陷坑治理　矿井生产过程中，由于采煤和疏排水的影响，尤其　

是厚煤层的综采冒落式采煤方法，造成地面大面积塌　

陷。在塌陷坑内往往存有积水，对井下防治水工作极为　

不利，必须对地面塌陷坑进行综合治理。为了改善生态　环境，充分利用地表资源，首先对塌陷坑进行回填，若　

坑内有大量积水时，在回填的同时要设排水泵将水排　

到远离塌陷坑的河道之中。达到原始地表标高后，进行　

整平处理，然后在上面覆盖一层厚度满足复垦要求的　耕土，恢复植被。治理塌陷坑时应因地制宜，充分利用　

自然地貌，加强施工管理，保证施工质量，防止大气降　雨径流和周围水体由此涌人井下，确保井下安全生产。　

地表局部塌陷坑形成因素主要有：正常开采遇到断层、　

浅部煤层开采冒落带波及火烧区、地面火烧岩疏干沉　

降等因素。①填塞塌陷坑：当黏土或砂黏土较厚时，对　

于可能漏水的浅坑可以在塌陷坑的表面铺０．３ｍ的黏　土碾实，可防止大量渗漏；②在开采上层煤时形成的　

塌陷坑中有积水，开采下层时若导水裂隙带可能波及　

坑底，应将塌陷坑中积水排干，并在塌陷坑周围挖沟筑　堤，防止地面坡水流入塌陷坑；③缓倾斜煤层经采空　

后造成大面积塌陷积水，若积水不能造成水害，但是大　

大增加了矿井涌水量，在这种情况下，也应设法排出积　水，或用黏土铺底。条件许可时尽量挖水沟自流排水，　

无自流排水条件应设水泵排除。经观测积水时矿井涌　

水量无明显影响，则不必治理。　３．３草地治理恢复工程　（１）地面裂缝充填治理和塌陷坑处理是沉陷草地　

整理最主要的方式。　

（２）对回填碾实后的土地进行人工平整。　（３）土地整理后，选择优良草种播种，进行草地改　

良。　（４）停止放牧，尤其在治理恢复阶段。　４结论　对由煤炭开采损害引起的地表裂缝和塌陷坑采取　

封堵、填塞等多种措施综合治理，有效保障了矿井的安　

全生产并改善了井田塌陷区生态环境。治理的同时还　建立了植被和地表变形监测点，对沉陷区范围内的生　

态环境进行实时监控，以调整年度的治理计划。　

参考文献：　［１］何国清，等．矿山开采沉陷学［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版　社，１９９１．　［２］王金庄，等．矿山开采沉陷及损害防治［Ｍ］．北京：煤炭＿Ｉ业　出版社，１９９５．　（责任编辑：熊红婴）

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分源瓦斯预测方法

分源瓦斯预测方法

第二节 瓦斯涌出量预测

一 矿井瓦斯涌出量预测

1 采用分源预测法预测回采工作面的瓦斯涌出量

回采工作面瓦斯主要来源于本煤层、围岩及邻近层。本煤层瓦斯涌出量根据煤层厚度、采高、产量、采场丢煤、采场所在位置的瓦斯含量掘进预排系数等因素综合计算；邻近层涌向开采层的瓦斯根据其层位、含量、厚度等因素进行计算；本区8煤层上部赋存有9-2、9-1煤层，下部赋存有7-2、7-1、6煤层。

q=q本+q邻 ……………………（1）

q本=K1K2K3K4K5(M/m)(X0—XC) ……………………（2）

q邻=K6∑ni=1ηi（Mi/m）(X0i—Xci—K7iX0i)………（3）

式中： q—回采工作面相对瓦斯涌出量（m3/t）

q本—本煤层相对瓦斯涌出量（m3/t）

q邻—邻近层相对瓦斯涌出量（m3/t）

K1—围岩瓦斯涌出系数，取1.2

K2—工作面丢煤瓦斯涌出系数，取1.1

K3—掘进工作面预排瓦斯影响系数，取0.94

K4—不同通风方式的瓦斯涌出系数，取1.0

K5—本煤层抽采瓦斯影响系数，取1.3

K6—邻近煤层抽采瓦斯综合影响系数，取1.2

M、m—本煤层的煤层厚度、回采高度（m）

X0、 XC—本煤层的原始、残存瓦斯含量（m3/t）XC取2m3/t ηi—第i上邻近煤层或第i下邻近煤层的瓦斯排放率（%）

据煤炭工业部出版《矿井瓦斯综合治理技术》第37页图222，不同层间距离邻近层瓦斯排放率曲线查得：

Mi—第i邻近煤层的煤层厚度（m）

X0i、 Xci—第i邻近煤层的原始、残存瓦斯含量（m3/t）

Xci =（1—ηi）（1—K7i）X0i K7i为第i上或下邻近层的瓦斯预排率

煤与瓦斯突出规律研究及危险性预测

煤与瓦斯突出规律研究及危险性预测

２０１０年第５期　煤炭　工程　

煤与瓦斯突出规律研究及危险性预测　

张　栋　（１．北京科技大学土木与环境工程学院，北京　１０００８３；２．中国电子技术标准化研究所，北京１００００７）　摘要：通过对实际地质条件瓦斯涌出资料的整理分析，认为煤层具有瓦斯突出区域；并结　合实际的回采情况，对该煤层瓦斯涌出规律进行分析，得出造成瓦斯突出的主要因素，通过层次　分析法，对各因素进行综合分析，并最终得出矿井的瓦斯突出危险程度指标，为矿井安全回采提　供理论支持。　关键词：煤与瓦斯突出；层次分析法；瓦斯涌出规律　中图分类号：ＴＤ７１２　．５２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２０１０）０５－００８７－０３　煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力现象，受地质因　素、煤体结构和瓦斯等其他因素的影响。一般认为，煤层　的地质构造及煤体的结构特征是发生煤与瓦斯突出的地质　背景；煤层瓦斯含量、瓦斯压力是突出的物质基础；煤层　所处的应力（原岩应力、瓦斯压力、构造残余应力、开采应　力）状态是发生突出的动力条件　Ｊ。不当的防治方法和防　治措施是发生突出的诱导因素，因此，只有加深对突出规　律的认识，才能有效的选择和制定防治突出的方法。　１矿井概况　临西煤矿现在开采深度已经超过１０００ｍ。该矿可采煤　层５层，可采煤层总厚度为２０．９　ｍ。采煤方法为伪倾斜柔　性掩护支架采煤，回采工作面均采用陷落法管理顶板，以　放炮落煤方式为主。矿井绝对瓦斯涌出量为１６．７５ｍ。／ｒａｉｎ，　相对瓦斯涌出量为４．８９ｍ　／ｔ，属高瓦斯高突矿井。　煤层瓦斯压力是决定煤与瓦斯突出危险性的重要指标。　《防治煤与瓦斯突出细则》（１９９５年版）规定：煤层瓦斯压　力值Ｐ≥０．７４ＭＰａ属于突出危险性煤层。通过收集、整理　现场相关瓦斯压力资料，得出５层煤都有突出危险。　２矿井瓦斯涌出规律　１）矿井瓦斯涌出量随开采深度增加而增加。近年来全　矿井瓦斯相对涌出量的总体趋势是逐渐增大的。随着开采　深度增加，目前开采深度为１２００ｍ，煤层瓦斯含量随着开　采深度的增大而增多，地层压力增大，瓦斯压力增加，煤　层渗透性下降，封闭性增强，故矿井瓦斯涌出量也会相应　增大；随着开采深度的增加，煤层挥发分减少，煤的变质　程度增高，微孔隙增多，煤层吸附瓦斯能力增高，也导致　瓦斯涌出量增大。　２）各可采煤层瓦斯含量不一，在开采过程中瓦斯涌出　也各不相同。一般情况下，煤层的瓦斯含量越高，其相对　瓦斯涌出量也越大。根据以往对赵各庄煤层瓦斯参数的测　定分析，各煤层的平均瓦斯含量以９煤层最高。　３）矿井瓦斯涌出量与生产区域、地质构造有很大　关系。　４）开采顺序、回采方法和开采规模等因素对瓦斯涌出　量有影响。首先开采的煤层，其相对瓦斯涌出量较大，而　后开采的煤层，其涌出量减少。回采率低的采煤方法，相　

矿井瓦斯涌出量分源预测法及其应用

矿井瓦斯涌出量分源预测法及其应用

1

设计项目：矿井瓦斯涌出量分源预测法及其应用

2

摘要

瓦斯是指在煤矿生产过程中，从煤层、岩层和采空区放出的各种有害气体的总称，其中甲烷（CH4）是瓦斯的主体成分，所以狭义的矿井瓦斯一般是指甲烷。本文主要通过对矿山的了解，应用分源预测的方法对煤矿瓦斯涌出量进行预测。得出矿井瓦斯涌出量数值，进而提出预测的结论，应对矿井的问题提出可行性建议，预防瓦斯的危害。

3

Abstract

Gas is in coal mine production from coal seams, GOB of rock formations

and release harmful gases collectively, including methane (CH4) is the main

component of gas, gas generally refers to methane so narrow. This article is

through the understanding of mine, application source forecasting methods for

prediction of mine gas emission rate. Come to the mine gas emission values,

presented forecasts conclusions, raised a feasibility proposal on mines,

prevention of gas hazard.

4

任务书

XXX地处宁武煤田东南部，岚县矿区中部，井田东西宽2.6km，南北长3.7km，井田面积9.26km2。经计算，矿井工业资源储量213.55Mt，矿井设计可采储量89.23Mt。设计年产量1.5 Mt，预计生产近45年，总服务年限50年。井田内含可采及局部可采煤层4层，分别为4-1、4、7、9号煤层。4-1号煤为中灰、特低硫、特低磷的气煤，4号煤为中灰、特低硫、低磷的气煤，7号煤为低中灰、中硫、低磷的气煤和肥煤，9号煤为低中灰、高硫、低磷的气煤，本井田煤层可作为动力用煤及炼焦配煤，也可以单煤高温干馏制取城市煤气。井田范围内4-1、4、7、9号煤层资源储量340.80Mt，当前开采水平为+590水平，准备开采4-1煤层和4号煤层。井田地质构造相对简单，煤尘有爆炸危险性，属自燃煤层，开采技术条件良好，适合机械化开采。

侯甲煤矿瓦斯赋存与瓦斯涌出量预测

侯甲煤矿瓦斯赋存与瓦斯涌出量预测

侯甲煤矿瓦斯赋存与瓦斯涌出量预测　

刘继认，李青松　

（河南理工大学安全学院，河南焦作４５４００３）　总第９１期　

摘要：矿井瓦斯涌出量预测的任务是确定新矿井、新水平、新采区、新工作面投产前瓦斯涌出量的大小，　为矿井、采区和工作面通风提供瓦斯涌出方面的基础数据，它是矿井通风设计、瓦斯抽放和瓦斯管理必不　可少的基础参数。根据侯甲煤矿实际情况，选择了分源预测法预测３　煤层开采时的矿井瓦斯涌出量，得出　矿井在开采３　煤层前期、中期和后期的瓦斯涌出量，确定侯甲煤矿在３　煤层开采时属于高瓦斯矿井，为矿　井通风设计和瓦斯治理提供依据。　关键词：瓦斯赋存；瓦斯涌出量；分源预测法　中图分类号：ＴＤ７１２　．５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００５—２７９８（２００７）０５．００１６．０４　

１　侯甲煤矿概况　４　产能力３。万ｔ／，　，采用主立井　１．１矿井地理位置及井田面积　侯甲煤矿位于山西省阳城县芹池镇境内，行政　区划归阳城县芹池镇管辖。井田西部与武甲煤矿和　伏岩山煤矿相邻，东部和北部与寺头井田相接，南部　

与槐树腰井田接壤。东西宽１．４—２．１　ｋｍ，南北长　１．３４—２．２２　ｋｍ，面积３．６３８　ｋｍ　。　１．２地质构造　侯甲井田位于沾尚一武乡一阳城北北东向褶带　

南段东部，由区域构造控制。井田内地层总体为一　走向北西，倾向北东的单斜构造，同时伴随有一双较　宽缓的褶曲和一小型正断层，井田内无岩浆岩体侵　

入，构造属简单类。　１．３煤层赋存　

侯甲煤矿井田内含煤地层为二叠系山西组和石　炭系太原组，煤系地层总厚１４８．９７—１８０．１５　ｍ，平　均１６９．３３　ｍ。共含煤７～１２层，含煤系数６．９６％　

一７．９０％，平均７．３２％。可采煤层为山西组３　煤层　和太原组１５　煤层。现设计开采３　煤层。　

３　煤层位于山西组下部，厚度４．５０—５．８１　ｍ，平　均厚度５．２０　ｍ，距底板０．１５　ｍ处，含一层厚０．１５　ｍ左　右夹矸，结构简单，全区稳定可采。顶板为泥岩、砂　质泥岩、粉砂岩，局部细粒砂岩，底板为黑色泥岩。