瓦斯涌出量的预测方法及预测系统与流程

本发明涉及煤炭开采中瓦斯预测技术领域，尤其涉及一种瓦斯涌出量的预测方法及预测系统。

背景技术：

瓦斯涌出量预测是实行矿井、采区、水平通风设计、瓦斯管理和瓦斯抽采设计的关键因素。瓦斯涌出量预测作为一种重要的技术手段，其预测是否准确及其准确程度都严重影响着矿井的安全生产和经济效益，因而瓦斯涌出量预测对于矿井安全生产具有不可忽视的意义。

目前工作面瓦斯涌出量预测方法很多，根据预测模型及目标预测方法主要有如下三种：第一种是主要适用于预测地质条件简单、以数理统计为基础的矿山统计法；第二种是以煤层瓦斯含量为基本预测参数的瓦斯含量法；第三种是广泛用于新建矿井的分源预测法。

其中，矿山统计法需要足够大的样本空间，即本矿井或邻近矿井积累的丰富的实测瓦斯资料，且最重要的是生产区和预测区的相似程度，其准确性和应用范围是有限的。

采用瓦斯含量计算法预测瓦斯涌出量时，能够阐明瓦斯的不同来源，但是要想使煤层瓦斯含量测定值、含量点的分布和密度达到一定的准确性有一定的困难。在现场实施中，应用比较困难，误差大，难保证其预测精度。

分源预测法根据矿井生产过程中不同的瓦斯来源、各个涌出源瓦斯涌出量的大小及各个瓦斯源的涌出规律，对矿井各工作面瓦斯涌出量进行预测。

针对急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面，目前行业仍缺少该条件下的瓦斯涌出量预测方法的标准，若利用现有标准进行预测存在一定缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种针对倾斜煤层水平分层开采工作面进行瓦斯涌出量预测的预测方法及预测系统。

本发明技术方案提供一种针对倾斜煤层水平分层开采工作面进行瓦斯涌出量预测的预测方法，包括如下步骤：

S001：考察计算工作面瓦斯预测基本数据，包括：

围岩瓦斯涌出系数K1、工作面丢煤瓦斯涌出系数K2、原始煤层瓦斯含量X0、残存煤层瓦斯含量Xc、开采煤层的厚度m、与所述开采煤层相邻的第i个邻近煤层的厚度mi、所述开采煤层的开采厚度m0、与所述开采煤层相邻的第i个邻近煤层的瓦斯含量Xi、与所述开采煤层相邻的第i个邻近煤层的残存瓦斯含量Xic、与所述开采煤层相邻的第i个邻近煤层受采动影响的瓦斯排放率ζi、开采分层的高度M、所述开采煤层倾斜角度α、开采分层下部煤体采动影响深度h、开采煤层瓦斯含量梯度Xt、开采煤层瓦斯排放率梯度λt、开采分层下部煤体最大瓦斯排放率λmax；

S002：计算出所述开采分层的瓦斯涌出量q1；

S003：计算出回采工作面中与所述开采煤层相邻的邻近煤层的瓦斯涌出量q2；

S004：计算出所述回采工作面的下部卸压瓦斯涌出量q3；

S005：计算出开采工作面的瓦斯涌出量q采，其中，q采＝q1+q2+q3。

进一步地，所述开采分层的瓦斯涌出量q1通过如下公式计算得出：

进一步地，所述邻近煤层的瓦斯涌出量q2通过如下公式计算得出：

进一步地，下部卸压瓦斯涌出量q3通过如下公式计算得出：

本发明技术方案还提供一种针对倾斜煤层水平分层开采工作面进行瓦斯涌出量预测的预测系统，包括：

数据收集计算模块，用于收集并计算工作面瓦斯预测基本数据，所述数据包括：

围岩瓦斯涌出系数K1、工作面丢煤瓦斯涌出系数K2、原始煤层瓦斯含量X0、残存煤层瓦斯含量Xc、开采煤层的厚度m、与所述开采煤层相邻的第i个邻近煤层的厚度mi、所述开采煤层的开采厚度m0、与所述开采煤层相邻的第i个邻近煤层的瓦斯含量Xi、与所述开采煤层相邻的第i个邻近煤层的残存瓦斯含量Xic、与所述开采煤层相邻的第i个邻近煤层受采动影响的瓦斯排放率ζi、开采分层的高度M、所述开采煤层倾斜角度α、开采分层下部煤体采动影响深度h、开采煤层瓦斯含量梯度Xt、开采煤层瓦斯排放率梯度λt、开采分层下部煤体最大瓦斯排放率λmax；

第一计算模块，用于根据所述数据收集计算模块所得到的数据，计算出开采分层的瓦斯涌出量q1；

第二计算模块，用于根据所述数据收集计算模块所得到的数据，计算出回采工作面中与所述开采煤层相邻的邻近煤层的瓦斯涌出量q2；

第三计算模块，用于根据所述数据收集计算模块所得到的数据，计算出所述回采工作面的下部卸压瓦斯涌出量q3；

第四计算模块，用于根据所述第一计算模块、所述第二计算模块和所述第三计算模块的计算结果，计算出开采工作面的瓦斯涌出量q采，其中，q采＝q1+q2+q3。

进一步地，所述第一计算模块采用如下公式计算得出q1：

进一步地，所述第二计算模块采用如下公式计算得出q2：

进一步地，所述第三计算模块采用如下公式计算得出q3：

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明提供的瓦斯涌出量的预测方法及预测系统，应用于煤矿回采工作面瓦斯涌出量预测中，具体应用在急倾斜特厚煤层水平分层采煤回采工作面瓦斯涌出量预测中，其建立了适合急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯涌出量预测模型性，弥补了已有的矿井瓦斯涌出量预测方法在急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯涌出量预测应用的不足。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的瓦斯涌出量的预测方法的步骤示意图；

图2为本发明一实施例提供的瓦斯涌出量的预测系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明提供的预测方法及预测系统，主要针对急倾特厚煤层进行瓦斯预测。急倾特厚煤层的厚度在8m以上，倾角α在45°-90°之间。

如图1所示，本发明一实施例提供的一种针对倾斜煤层水平分层开采工作面进行瓦斯涌出量预测的预测方法，包括如下步骤：

S001：考察计算工作面瓦斯预测基本数据，包括：

围岩瓦斯涌出系数K1、工作面丢煤瓦斯涌出系数K2、原始煤层瓦斯含量X0、残存煤层瓦斯含量Xc、开采煤层的厚度m、与开采煤层相邻的第i个邻近煤层的厚度mi、开采煤层的开采厚度m0、与开采煤层相邻的第i个邻近煤层的瓦斯含量Xi、与开采煤层相邻的第i个邻近煤层的残存瓦斯含量Xic、与开采煤层相邻的第i个邻近煤层受采动影响的瓦斯排放率ζi、开采分层的高度M、开采煤层倾斜角度α、开采分层下部煤体采动影响深度h、开采煤体瓦斯含量梯度Xt、开采煤体瓦斯排放率梯度λt、开采分层下部煤体最大瓦斯排放率λmax；

S002：计算出开采分层的瓦斯涌出量q1；

S003：计算出回采工作面中与开采煤层相邻的邻近煤层的瓦斯涌出量q2；

S004：计算出回采工作面的下部卸压瓦斯涌出量q3；

S005：计算出开采工作面的瓦斯涌出量q采，其中，q采＝q1+q2+q3。

其中，围岩瓦斯涌出系数K1是指，开采工作面顶底板所富含的瓦斯等气体，受煤层开采破坏之后瓦斯涌出，这部分涌出瓦斯与可解吸瓦斯成一定比例，这个比例系数采用围岩瓦斯涌出系数表示。

工作面丢煤瓦斯涌出系数K2是指，工作面在开采过程，由于不能完全回收煤体，遗煤中会产生一部分瓦斯涌出，将这部分涌出瓦斯与可解吸瓦斯比值作为丢煤瓦斯涌出系数，通常采用回采率倒数表示。

原始煤层瓦斯含量X0是指，开采水平的煤层原始的瓦斯含量。

残存煤层瓦斯含量Xc是指，采煤被运出矿井后煤层残存的瓦斯含量。

瓦斯排放率ζi是指，由于邻近煤层距离开采煤层具有不同的距离，因此不同的邻近煤层涌向开采工作面的瓦斯涌出量是不同的，将不同邻近煤层向开采空间的瓦斯涌出量与邻近层自身可解吸瓦斯量比值作为邻近层瓦斯排放率。

开采分层下部煤体采动影响深度h是指，受工作面煤层开采之后，下部煤体应力相对于原岩应力有变化的最大深度。

开采煤层瓦斯含量梯度Xt是指，由于煤层埋深的增加，瓦斯含量逐渐增大，瓦斯含量梯度是指瓦斯含量随埋深方向的变化率，通常是将瓦斯含量与埋管进行线性拟合，其拟合系数为瓦斯含量梯度。

开采煤层瓦斯排放率梯度λt是指，由于急倾斜特厚煤层水平分层开采，下部待开采的煤层分层与正在开采的开采分层相连，因此下部煤层分层的瓦斯排放率随着下部煤层深度具有一定变化，将瓦斯排放率随距离开采层距离的变化率定义为瓦斯排放率梯度。

开采分层下部煤体最大瓦斯排放率λmax是指，由于开采分层下部煤体向开采空间瓦斯涌出，造成下部煤体残余瓦斯含量随着时间的变化不断变化，最大瓦斯排放率是下部煤体瓦斯涌出量的最大值与可解吸瓦斯含量的比值(在质量守恒下有：原煤瓦斯含量＝残余可解吸瓦斯含量+瓦斯涌出量+残存瓦斯量，通常瓦斯涌出量最大值理论上可等于原煤瓦斯含量减去残存瓦斯量)。

开采煤层的厚度m是指，正在开采的煤层整体厚度。

开采分层的高度M，即分层的高度，也可称为分段高度。其中，开采煤层进行多层开采，每层开采或待开采的分层煤层称之为开采分层。

开采分层的瓦斯涌出量q1是指，开采分层煤层的瓦斯涌出量，也可称之为分层或分段煤层的瓦斯涌出量。

邻近煤层的瓦斯涌出量q2是指，与开采煤层相邻近的邻近煤层的瓦斯涌出量。

下部卸压瓦斯涌出量q3是指，急倾斜特厚煤层开采，工作面下部煤层受采动影响，会产生卸压，导致瓦斯会涌向采掘空间，将工作面下部煤层向工作面涌出这部分瓦斯量定义为下部卸压瓦斯涌出量。

由此，本发明提供的瓦斯涌出量的预测方法，应用于煤矿回采工作面瓦斯涌出量预测中，具体应用在急倾斜特厚煤层水平分层采煤回采工作面瓦斯涌出量预测中，其建立了适合急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯涌出量预测模型性，弥补了已有的矿井瓦斯涌出量预测方法在急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯涌出量预测应用的不足。

较佳地，开采分层的瓦斯涌出量q1通过如下公式计算得出：

较佳地，邻近煤层的瓦斯涌出量q2通过如下公式计算得出：

其中n是指邻近煤层的层数，其为大于等于1的自然数，并且1≤i≤n。

较佳地，下部卸压瓦斯涌出量q3通过如下公式计算得出：

如图2所示，本发明一实施例提供的一种针对倾斜煤层水平分层开采工作面进行瓦斯涌出量预测的预测系统，包括：

数据收集计算模块1，用于收集并计算工作面瓦斯预测基本数据，数据包括：

围岩瓦斯涌出系数K1、工作面丢煤瓦斯涌出系数K2、原始煤层瓦斯含量X0、残存煤层瓦斯含量Xc、开采煤层的厚度m、与开采煤层相邻的第i个邻近煤层的厚度mi、开采煤层的开采厚度m0、与开采煤层相邻的第i个邻近煤层的瓦斯含量Xi、与开采煤层相邻的第i个邻近煤层的残存瓦斯含量Xic、与开采煤层相邻的第i个邻近煤层受采动影响的瓦斯排放率ζi、开采分层的高度M、开采煤层倾斜角度α、开采分层下部煤体采动影响深度h、开采煤层瓦斯含量梯度Xt、开采煤层瓦斯排放率梯度λt、开采分层下部煤体最大瓦斯排放率λmax。

第一计算模块2，用于根据数据收集计算模块1所得到的数据，计算出开采分层的瓦斯涌出量q1；

第二计算模块3，用于根据数据收集计算模块1所得到的数据，计算出回采工作面中与开采煤层相邻的邻近煤层的瓦斯涌出量q2；

第三计算模块4，用于根据数据收集计算模块1所得到的数据，计算出回采工作面的下部卸压瓦斯涌出量q3；

第四计算模块5，用于根据第一计算模块2、第二计算模块3和第三计算模块4的计算结果，计算出开采工作面的瓦斯涌出量q采，其中q采＝q1+q2+q3。

发明提供的瓦斯涌出量的预测系统，应用于煤矿回采工作面瓦斯涌出量预测中，具体应用在急倾斜特厚煤层水平分层采煤回采工作面瓦斯涌出量预测中，其建立了适合急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯涌出量预测模型性，弥补了已有的矿井瓦斯涌出量预测方法在急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯涌出量预测应用的不足。

较佳地，第一计算模块2采用如下公式计算得出q1：

较佳地，第二计算模块3采用如下公式计算得出q2：

其中n是指邻近煤层的层数，1≤i≤n。

较佳地，第三计算模块4采用如下公式计算得出q3：

综上，本发明提供的瓦斯涌出量的预测方法及预测系统，应用于煤矿回采工作面瓦斯涌出量预测中，具体应用在急倾斜特厚煤层水平分层采煤回采工作面瓦斯涌出量预测中，其建立了适合急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯涌出量预测模型性，弥补了已有的矿井瓦斯涌出量预测方法在急倾斜特厚煤层水平分层开采工作面瓦斯涌出量预测应用的不足。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。