影響礦井瓦斯涌出量的因素

楊勇，王喬文
(內(nèi)蒙古煤炭科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特010020)

摘要:文章介紹礦井生產(chǎn)過(guò)程中，地質(zhì)因素、開(kāi)采因素和自然因素對(duì)礦井瓦斯涌出量的影響。
關(guān)鍵詞:瓦斯涌出量;瓦斯含量;瓦斯?jié)B透性;通風(fēng)壓力;大氣壓
中圖分類號(hào):TD712 .52文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號(hào):1008-0155(2005) 04-0093-02
礦井瓦斯涌出量是指礦井生產(chǎn)過(guò)程中以普通涌出方式實(shí)際涌入采掘工作空間的瓦斯數(shù)量。研究影響礦井瓦斯涌出量的因素是為給礦井設(shè)計(jì)和瓦斯管理提供重要的依據(jù)，也是保證礦井安全生產(chǎn)的需要。
1.地質(zhì)因素
1. 1煤層和鄰近煤、巖層的瓦斯含量
開(kāi)采煤層的瓦斯含量高，其瓦斯涌出量也必然大;開(kāi)采煤層本身的瓦斯含量并不高，但在開(kāi)采煤層的上部或下部賦存有瓦斯含量大的煤層(通常稱之為鄰近層)或巖層，由于受開(kāi)采的影響，這些鄰近煤(巖)層中的瓦斯就要大量流入開(kāi)采煤層的采空區(qū)和生產(chǎn)空間，從而增加了礦井的瓦斯涌出量。這些是礦井瓦斯涌出量的決定因素。此外，鄰近層的厚度、層數(shù)以及與開(kāi)采層的間距等也都明顯地影響到礦井瓦斯涌出量。
1. 2煤層和圍巖的瓦斯?jié)B透性
煤層與圍巖的滲透性對(duì)于礦井瓦斯涌出量的大小具有十分重要的影響。滲透性強(qiáng)的煤層，瓦斯易于在其中流動(dòng)，流速快，瓦斯涌出強(qiáng)度大，礦井瓦斯涌出量就大;圍巖的瓦斯?jié)B透性強(qiáng)，有利于鄰近
層的瓦斯向開(kāi)采層的開(kāi)采空間放散，礦井的瓦斯涌出量也隨之增大。
影響煤層和巖層滲透性的因素除與原生孔隙度、孔隙大小、后期遭受構(gòu)造破壞的程度及構(gòu)造裂隙的性質(zhì)有關(guān)外，還與在受采動(dòng)后煤層和圍巖所產(chǎn)生的采動(dòng)裂隙的發(fā)育程度以及采動(dòng)裂隙發(fā)育的范圍有關(guān)。采動(dòng)裂隙的發(fā)育程度及發(fā)育范圍又與頂?shù)装鍘r石的機(jī)械物理性質(zhì)、松散比、工作面長(zhǎng)度、開(kāi)采范圍、作業(yè)方式等因素有關(guān)。
2開(kāi)采因素
2. 1開(kāi)采規(guī)模
開(kāi)采規(guī)模泛指開(kāi)采深度、開(kāi)拓和開(kāi)采范圍、礦井產(chǎn)量以及工作面?zhèn)€數(shù)、長(zhǎng)度、推進(jìn)速度等。在一定深度范圍內(nèi)煤層瓦斯含量隨埋藏深度的增加而增大。在我國(guó)目前開(kāi)采技術(shù)條件下，開(kāi)采深度越深瓦斯涌出量也就越大。在相似的瓦斯地質(zhì)條件下，開(kāi)拓與開(kāi)采范圍大、產(chǎn)量高的礦井、水平和采區(qū)其絕對(duì)瓦斯涌出量相對(duì)說(shuō)比較大。當(dāng)開(kāi)拓與開(kāi)采達(dá)到一定范圍，產(chǎn)量達(dá)到一定水平之后，礦井相對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到一定數(shù)量后變化不大。
在生產(chǎn)工藝和瓦斯地質(zhì)條件基本相似的條件下，隨著產(chǎn)量的增減礦井絕對(duì)瓦斯涌出量有明顯的增減，而相對(duì)瓦斯涌出量的變化則不明顯。
通過(guò)實(shí)測(cè)分析認(rèn)為，當(dāng)?shù)V井開(kāi)采具有一定規(guī)模后，如果礦井涌出的瓦斯主要來(lái)源于采落的煤塊時(shí)，隨著產(chǎn)量的變化，對(duì)絕對(duì)瓦斯涌出的影響較為顯著;如果瓦斯主要來(lái)源于采空區(qū)和煤壁，隨產(chǎn)量的變化對(duì)相對(duì)瓦斯涌出量的影響較為顯著。
2. 2開(kāi)采順序
近距離多煤層或厚煤層分層開(kāi)采時(shí)，首采煤層(或首分層)瓦斯涌出量較高，除因本身的瓦斯涌出量外，鄰近層或其他分層的瓦斯，也會(huì)通過(guò)各種途徑涌入首采層的采空區(qū)和開(kāi)采空間中來(lái)。
2. 3開(kāi)采方法
頂板管理采用全部垮落法，由于頂板的垮落和松動(dòng)范圍較大，其瓦斯涌出量就比較大;而采用充填或部分充填法，其瓦斯涌出量相對(duì)比較小。采區(qū)煤柱多，工作面采空區(qū)丟煤多，回采率低的采煤方法(如落垛采煤法)的采區(qū)，瓦斯涌出量比較大。回采工作面初次來(lái)壓、周期來(lái)壓時(shí)，以及產(chǎn)生沖擊地壓時(shí)，瓦斯涌出量都會(huì)大大增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，周期來(lái)壓比正常生產(chǎn)時(shí)，其瓦斯涌出量增加60%左右。
2. 4生產(chǎn)工藝過(guò)程
在同一采掘工作面中，由于不同的生產(chǎn)工藝過(guò)程，瓦斯涌出量差異很大，一般在落煤時(shí)瓦斯涌出量為最高。據(jù)實(shí)測(cè)資料表明，在采掘工作面不同生產(chǎn)工藝過(guò)程中瓦斯涌出情況如表2－1，表2－2，表2－3所示。

2.5通風(fēng)壓力和風(fēng)量
通風(fēng)壓力的增減，必然影響到瓦斯涌出平衡壓力的變化，即影響到礦井瓦斯涌出量的變化。抽出式通風(fēng)的礦井，瓦斯涌出量隨著礦井通風(fēng)壓力(負(fù)壓)的提高而增大，壓入式通風(fēng)的礦井，瓦斯涌出量隨著礦井通風(fēng)壓力(正壓)的降低而增加。
如果瓦斯主要來(lái)自開(kāi)采煤層(如單一煤層)，則風(fēng)量變化時(shí)，絕對(duì)瓦斯涌出量變化不大，風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葘⒁蝻L(fēng)量的增加而減少，反之增加。多煤層回采的采區(qū)內(nèi)，采空區(qū)可能積存大量高濃度的瓦斯，風(fēng)量變化將使原有的采空區(qū)瓦斯排出狀況改變。以抽出式通風(fēng)礦井為例，風(fēng)量增加時(shí)，起初由于負(fù)壓和采空區(qū)漏風(fēng)量的加大，一定數(shù)量的瓦斯從采空區(qū)涌出，絕對(duì)瓦斯涌出量增加，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛纫布眲∩仙Ｉ仙揭欢ǜ叨缺汩_(kāi)始下降，但超過(guò)原有濃度要維持一段時(shí)間。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間絕對(duì)瓦斯涌出量才恢復(fù)接近原有濃度，而回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛缺仍袧舛纫?。風(fēng)量減小時(shí)，情況相反?？梢?jiàn)風(fēng)量變化，能引起短時(shí)間內(nèi)瓦斯涌出量的變化。這一時(shí)間的長(zhǎng)短決定于采空區(qū)漏風(fēng)中瓦斯?jié)舛群屯咚褂砍隽繌?qiáng)度，涌出強(qiáng)度越小延續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。進(jìn)行采區(qū)風(fēng)量調(diào)節(jié)時(shí)，必須注意回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛取?BR> 2. 6采空區(qū)管理
采空區(qū)是礦井瓦斯的一個(gè)重要來(lái)源。采空區(qū)內(nèi)積存著大量的高濃度(60%-70％)瓦斯。如果采空區(qū)密閉的質(zhì)量不好，或其進(jìn)、回風(fēng)巷兩側(cè)通風(fēng)壓差較大，就會(huì)造成采空區(qū)大量漏風(fēng)，而把更多的瓦斯帶出來(lái)，從而導(dǎo)致礦井瓦斯涌出量增大。
3.自然因素
3. 1大氣壓
大氣壓的變化是影響礦井瓦斯涌出量的一個(gè)重要因素。據(jù)美國(guó)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，有50%以上的瓦斯事故是發(fā)生在大氣壓急劇變化的時(shí)候。在我國(guó)不完全統(tǒng)計(jì)也有40%一50%的瓦斯事故是發(fā)生在大氣壓急劇變化的時(shí)候。陰雨天，空氣中水蒸氣含量增加，使大氣壓變低，以抽出式通風(fēng)而言，造成礦井瓦斯涌出速度加快，涌出量增大，從而容易造成瓦斯積存，引發(fā)瓦斯爆炸事故。
原因分析，以大氣壓力Po，井巷中任意一點(diǎn)的絕對(duì)壓力為P1，其通風(fēng)阻力用hw表示。即:Po-P1＝hw。當(dāng)大氣壓下降時(shí)，其值為△X。這時(shí)大氣壓為Po-△X，礦井通風(fēng)機(jī)工作狀況不變，礦井的通風(fēng)壓力也不變。那么，這時(shí)P,的絕對(duì)壓力＝(Po-△X)－h(huán)w=P1－△X。顯而易見(jiàn)，現(xiàn)在P1點(diǎn)的壓力比原來(lái)小了△X，致使阻礙瓦斯向外涌出的能力下降，從而導(dǎo)致瓦斯向外涌出速度加快，涌出量增大。因此，在大氣壓發(fā)生變化的時(shí)候，我們必須密切注視瓦斯涌出量的變化，采取積極的措施，以防止瓦斯積存造成瓦斯事故。
3. 2地震
地震是一個(gè)增大瓦斯涌出量的因素。據(jù)前蘇聯(lián)謝布尼諾煤礦在地震期間對(duì)瓦斯涌出量的觀測(cè)，是正常時(shí)瓦斯涌出量的3.5－5倍，最高時(shí)達(dá)到了10－15倍。
地震可以產(chǎn)生較大的地質(zhì)構(gòu)造變化，它破壞了原有瓦斯涌出的平衡:(1)破壞了采區(qū)與風(fēng)流相隔離的密閉;;(2)增加了煤、巖層中的裂隙。其結(jié)果是增大了從頂?shù)装寮班徑鼘酉虿煽諈^(qū)涌出瓦斯的強(qiáng)度;增大了從破壞的密閉涌向風(fēng)流的瓦斯;經(jīng)過(guò)新形成的裂隙增大了圍巖和煤層流向生產(chǎn)區(qū)域的瓦斯。
地震還是誘發(fā)煤與瓦斯突出的重要因素。了解地震對(duì)瓦斯涌出的影響，可使我們?cè)谕话l(fā)事情來(lái)臨時(shí)有所準(zhǔn)備。
綜上所述，影響礦井瓦斯涌出量的因素是多方面的，由于各礦區(qū)的條件不同，其因素的影響程度也不同，但總有幾種因素是主要影響因素。我們應(yīng)該通過(guò)系統(tǒng)的深入研究，找出規(guī)律性，以便有針對(duì)性地采取控制和防范措施。