本发明涉及采矿安全，特别是涉及煤矿巷道一氧化碳涌出预测。
背景技术：
煤炭自燃火灾是煤炭发生氧化反应放热的结果，当氧气含量充足且具有蓄热条件就会引起煤炭自燃。火灾不仅会烧毁大量的煤炭资源和设备，还会产生大量的高温有害气体，严重危及井下人员的生命安全。当煤炭自燃时会产生CO、CO2、C2H4等能够反应自燃征兆的气体。由于CO生成温度低、生成量大，其生成量随温度升高按指数规律增加以及其具有敏感性、易检测性等特点，煤矿井下通常以CO气体作为预报煤炭自燃的指标气体。近年来一些专家学者通过现场试验、矿井实测数据统计分析发现工作面及回风巷道经常出现CO超标现象(超过《煤矿安全规程》规定的24ppm)。煤矿在开采期间都出现不同程度的CO超限，但采空区并未出现自燃现象。这种现象严重影响干扰了煤层自然发火的预测预报，从而导致错过预防和控制煤炭自燃灾害的最佳时机，甚至导致更大的矿井灾害，造成严重的人员伤亡和经济损失。
瑞安煤矿可采煤层煤质为变质程度最低的褐煤，是我国13类煤种中最易自燃的煤种。煤变质程度越低其氧化产生CO的临界温度越低，褐煤常温下就能氧化生成CO。在瑞安煤矿主要可采煤层掘进和开采期间未发生自燃，但工作面回风隅角及回风巷道经常出现CO超标现象。在此背景下，重点研究并掌握瑞安煤矿1煤层综放工作面在正常回采期间的CO涌出量及涌出规律是非常有必要的。
技术实现要素：
1综放工作面一氧化碳涌出量预测方法
采用分源法预测回采工作面CO涌出量。回采工作面CO涌出量包括开采层涌出量和邻近层涌出量：
q回＝(q开+q邻)
式中：q回—回采工作面涌出量，m3/t；q开—开采层涌出量，m3/t；
q邻—邻近层涌出量，m3/t。
分层开采相对CO涌出量(包括围岩涌出量)：
q开'＝k1k2k3kfi(X0-Xc)
式中：q开—开采煤层(包括围岩)相对CO涌出量，m3/t；
k1—为围岩CO涌出系数，全部陷落法管理顶板取1.3；
k2—工作面丢煤CO涌出系数，其值为工作面回采率的倒数；
k3—准备巷道预排CO对工作面煤体CO涌出影响系数，按下式计算：
L—工作面长度，m；m0—煤层开采厚度，m；
h—巷道预排CO宽度m，取14m；XC—采落煤炭运至地表时残存的CO含量，m3/t；
kfi为与分层数量及分层开采顺序有关的分层CO涌出系数，可参照焦作矿区数据下表进行：
表kfi值
2.邻近层相对CH4、CO涌出量
式中：q邻－邻近层CO涌出量，m3/t；mi－第i个邻近层厚度，m；
m1－开采层的开采厚度，m；x1i－第i邻近层的残存含量，m3/t；
x0i－第i邻近层的CO含量，m3/t；ki－第i邻近层CO排放系数。
对于采高M>4.5m时，由于采高加大，特别是综放工作面，开采影响的上临近层范围扩大，导致邻近层泄压程度加剧CO排放率增加。考虑CO排放率ki与采高M、工作面程度L及层间距H的关系，大采高邻近层排放率计算式为：
ki＝100-0.47H/M-84.04H/L
具体实施方式
1.014S1-1综放工作面一氧化碳涌出量预测及来源分析
1)回采工作面CO涌出量预测结果
014S1-1综放工作面：控顶方式为全部垮落法k1＝1.3，工作面回采率为92.1％，k2＝1/0.921＝1.086，工作面长度L＝195.5m，k3＝(195.5-2×14)/195.5＝0.855，kfi根据表4-1取1.822。煤层CO含量为0.0058m3/t，残存CO含量为0.0043m3/t，煤层厚度为32.37m，开采厚度6.66m。
上邻近层2-1煤层与1煤层平均距离为6.60m，上邻近层2-2煤层与1煤层平均距离为12.55m。将数据代入公式(4-1)、(4-2)、(4-3)可得014S1-1综放工作面的CO涌出量预测结果：
(1)本煤层CO涌出量：
q开＝1.3×1.086×0.855×1.822×(0.0058-0.0043)＝0.003299(m3/t)
(2)邻近煤层向1煤层CO涌出量：
2-1煤层：由公式4-4计算k2-1＝0.95
q2-1＝(1.0/6.66)×0.95×(0.0058-0.0043)＝0.0002(m3/t)
2-2煤层：由公式4-4计算k2-2＝0.99
q2-2＝(7.8/6.66)×0.99×(0.0058-0.0043)＝0.0016(m3/t)
q邻＝0.0002+0.0016＝0.0018(m3/t)
(3)回采工作面CO涌出量：
q回＝(q开+q邻)＝(0.003299+0.0018)＝0.0051(m3/t)。
根据计算最终得出014S1-1综放工作面CO涌出量预测值为0.0051m3/t。按工作面日产量原煤2983t计算，014S1-1综放工作面CO相对CO涌出量预测值为0.0051m3/t，绝对CO涌出量为0.0106m3/min。014S1-1综放工作面CO涌出量预测值见下表。
014S1-1综放工作面CO涌出量预测结果
2)预测结果分析
《煤矿安全规程》规定采煤工作面风流中CO浓度不能超过0.0024％即24ppm，所以根据预测结果工作面风量至少在441m3/min，才能将CO降低到危害浓度限值以下，目前该工作面风量为584m3/min左右，工作面所配风量能够充分稀释工作面及采空区所涌出的一氧化碳，其回风巷道的CO浓度约为18ppm，在正常的回采过程中回风巷道不会出现CO超标现象。如果一氧化碳超过预测本底值18ppm且浓度呈现逐渐上升趋势，必须采取相关措施防止采空区遗煤自燃，应当根据生产实际和该煤层煤的自然发火特性等采取其它合理措施预防采空区自燃及回风巷道CO的超标现象。
2.014N1-1综放工作面一氧化碳涌出量预测及来源分析
1)回采工作面CO涌出量预测结果
014N1-1综放工作面采空区顶板控制方式为全部垮落法，k1＝1.3；工作面回采率为92.1％，k2＝1/0.921＝1.086；工作面长度L＝91m，k3＝(91-2×14)/91＝0.7；kfi根据表3-1取1.822。1煤层北翼CO含量为0.01705m3/t，残存CO含量为0.009615m3/t，煤层厚度为32.37m，开采厚度10.4m。
上邻近层2-1煤层与1煤层平均距离为5.1m，上邻近层2-2煤层与1煤层平均距离为12.05m。将数据代入公式(4-1)、(4-2)、(4-3)可得014N1-1综放工作面的CO涌出量预测结果：
可得014N1-1综放工作面的CO涌出量预测结果：
(1)本煤层CO涌出量：
(2)邻近煤层向1煤层CO涌出量：
2-1煤层；由公式4-4计算k2-1＝0.95
q2-1＝(7.8/10.4)×0.95×(0.0058-0.0043)＝0.001114(m3/t)
2-2煤层：由公式4-4计算k2-2＝0.99
q2-2＝(1/10.4)×0.99×(0.0058-0.0043)＝0.0001370(m3/t)
q邻＝0.0001370+0.001114＝0.001251(m3/t)
回采工作面CO涌出量(产量6000t计算)：
按工作面日产量原煤6000t计算，014N1-1综放工作面CO涌出量预测背景值见表4-3。按照取最大值原则，014N1-1综放工作面CO相对涌出量预测值为0.01465m3/t，绝对CO涌出量为0.06104m3/min。014N1-1综放工作面CO涌出量预测值见下表。
014N1-1综放工作面CO涌出量预测结果
2)预测结果分析
《规程》规定采煤工作面风流中CO浓度不能超过0.0024％，所以根据预测结果工作面风量至少在1500m3/min，才能将CO降低到危害浓度限值以下，目前该工作面风量为1150m3/min左右，一氧化碳超标时常发生，如果一氧化碳涌出量超过本预测值，即以目前风量为准回风流中一氧化碳浓度超过32ppm，可以判定采空区已经发生自燃(由于工作面工序、地表气压变化等导致短时性超标除外)，必须采取相关措施防止自燃，但为了确保采空区浮煤不发生自燃，所以不建议采用将风量提高采用风排方法治理CO危害，应当根据生产实际和该煤层煤的自然发火特性等采取其它合理措施预防CO的超标。同时采空区涌出CO量占9％-18％，因此工作面涌出CO时回采过程中CO治理的重点。