張雙樓礦5.0Mta新井設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】,含CAD圖紙+文檔,張雙樓礦,mta,設(shè)計(jì),cad,圖紙,文檔 綜采工作面的瓦斯涌出規(guī)律及瓦斯涌出量的預(yù)測(cè) 摘要：瓦斯是危害礦井安全生產(chǎn)的重要因素之一。瓦斯災(zāi)害是煤礦中最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。采場(chǎng)范圍內(nèi)涌出瓦斯的地點(diǎn)稱(chēng)為瓦斯源，瓦斯涌出源的多少，各源涌出瓦斯量的大小直接影響著采場(chǎng)的瓦斯涌出量。瓦斯災(zāi)害治理的好壞已成為礦井特別是高瓦斯礦井興衰存亡的關(guān)鍵因素之一。本文較系統(tǒng)的論述了煤層瓦斯的賦存狀態(tài)與煤對(duì)瓦斯的吸附作用以及煤層瓦斯運(yùn)移的基本規(guī)律。通過(guò)對(duì)綜采工作面的采煤特點(diǎn)分析，確定了綜采工作面瓦斯涌出的四個(gè)來(lái)源:煤壁(圍巖)瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空區(qū)(殘煤)瓦斯涌出及上下鄰近層(未采分層)瓦斯涌出。本文通過(guò)資料的收集、整理和分析，總結(jié)了綜采工作面瓦斯?jié)舛确植?、采空區(qū)瓦斯流動(dòng)及其濃度分布規(guī)律。本文結(jié)合綜采工作面各瓦斯涌出源的涌出特征，運(yùn)用瓦斯在煤層中作單向流動(dòng)和球向流動(dòng)的基本理論體系及其計(jì)算方法，推導(dǎo)出了綜采工作面煤壁和采落煤的瓦斯涌出規(guī)律，并通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行了分析驗(yàn)證。本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)計(jì)算方法存在問(wèn)題的分析總結(jié)，以煤層瓦斯流動(dòng)理論為基礎(chǔ)，根據(jù)瓦斯涌出規(guī)律結(jié)合綜合采煤機(jī)的采煤特點(diǎn)，分別對(duì)各瓦斯涌出源的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而建立了一種適應(yīng)性范圍廣且準(zhǔn)確率高的綜采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)模型，并給出了該預(yù)測(cè)方法所需基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)定方法。 關(guān)鍵詞：綜采工作面，涌出規(guī)律，涌出量，預(yù)測(cè) 0 引言 瓦斯是危害礦井安全生產(chǎn)的重要因素之一。瓦斯災(zāi)害是煤礦中最嚴(yán)重的災(zāi)害之一。瓦斯對(duì)礦井安全的威脅主要有爆炸、突出、窒息等三種形式，其中瓦斯煤塵爆炸和煤與瓦斯突出給煤炭礦山企業(yè)帶來(lái)的危害極大，它嚴(yán)重威脅著井下人員的生命和礦井設(shè)施的安全，并迫使礦井停產(chǎn)，投入大量的人力物力進(jìn)行搶險(xiǎn)救災(zāi)。瓦斯爆炸不僅造成大量人員傷亡，而且嚴(yán)重摧毀井巷設(shè)施、中斷生產(chǎn)，有時(shí)還會(huì)引起煤塵爆炸、礦井火災(zāi)、井巷垮塌等二次災(zāi)害。井下一次死亡人數(shù)多的重大事故主要是瓦斯爆炸事故和瓦斯突出事故。據(jù)有關(guān)部門(mén)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)的煤礦事故百萬(wàn)噸死亡率是美國(guó)的100倍、南非的30倍。從2001年到2005年，全國(guó)煤礦共發(fā)生一次死亡10人以上的特大事故188起，平均.74天一起;其中一次死亡30人以上的特別重大事故28起，平均50天一起，平均一星期死亡10人。 近年來(lái)，隨著采礦技術(shù)裝備的飛躍發(fā)展，我國(guó)涌現(xiàn)出了一大批以綜合機(jī)械化采煤為特征的高產(chǎn)高效集約化礦井。集約化生產(chǎn)是我國(guó)煤炭生產(chǎn)方式的一大飛躍，具有高產(chǎn)高效、成本低、經(jīng)濟(jì)效益顯著的特點(diǎn)。但由于開(kāi)采強(qiáng)度大、生產(chǎn)集中、推進(jìn)速度快，造成采面瓦斯涌出集中、涌出不均衡等特點(diǎn)，對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成了極大威脅，嚴(yán)重制約了高產(chǎn)高效工作面優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。在我國(guó)擁有高產(chǎn)高效工作面的51個(gè)礦井中，有17個(gè)屬于高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井，占總數(shù)的33%，有68%的高產(chǎn)高效工作面存在嚴(yán)重或較嚴(yán)重的瓦斯超限問(wèn)題，在瓦斯含量?jī)H為5一sm/st的低瓦斯礦井，高產(chǎn)高效工作面由于瓦斯超限而影響生產(chǎn)的時(shí)間約為正常時(shí)間的1/8一1/12，而在高瓦斯礦井或突出礦井，則高達(dá)1/3一1/4。重大惡性瓦斯事故在我國(guó)也連續(xù)不斷的出現(xiàn)，給煤礦安全生產(chǎn)造成極大危害。 為防治瓦斯災(zāi)害事故，原煤炭工業(yè)部每年投入安全技術(shù)措施費(fèi)用近1億元(大部分用于防治瓦斯災(zāi)害)，礦井進(jìn)入成本的瓦斯災(zāi)害防治費(fèi)用平均達(dá)到每噸10元，有的礦井高達(dá)30元。粗略估算，從各種途徑投入瓦斯災(zāi)害的防治費(fèi)用每年高達(dá)20億元以上，給煤礦生產(chǎn)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。瓦斯災(zāi)害的威脅極大地限制了礦井生產(chǎn)能力的發(fā)揮，采掘工作面因難以將瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩薅纫詢?nèi)而不得不減慢采、掘速度，因消除煤層的突出危險(xiǎn)性而不得不占用更多的采掘時(shí)間去強(qiáng)化消除突出的防突措施，使許多礦井的生產(chǎn)能力不得不一減再減，浪費(fèi)了大量的生產(chǎn)投資，高產(chǎn)高效的采、掘、運(yùn)機(jī)械化裝備難以發(fā)揮效能，勞動(dòng)生產(chǎn)率水平低下。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有130個(gè)國(guó)有重點(diǎn)突出礦井，年設(shè)計(jì)平均生產(chǎn)能力為.093Mt，核定生產(chǎn)能力為0.06Mt，是突出礦井生產(chǎn)能力的兩倍多，由于礦井生產(chǎn)能力的下降，產(chǎn)出減少，礦井經(jīng)濟(jì)效益顯著降低。由于礦井安全生產(chǎn)受到威脅，礦井經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)重，效益差，致使礦井人員穩(wěn)定困難，科技開(kāi)發(fā)能力減弱，不少高瓦斯突出礦井步入惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致礦井關(guān)閉。因此，在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，瓦斯災(zāi)害治理的好壞已成為礦井特別是高瓦斯礦井興衰存亡的關(guān)鍵因素之一，而對(duì)瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)是瓦斯防治技術(shù)中的主要方面之一。 長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐亦證明，礦井瓦斯預(yù)測(cè)是瓦斯防治不可缺少的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。由于綜合機(jī)械化采煤強(qiáng)度大、速度快，瓦斯涌出獨(dú)具特征，我國(guó)現(xiàn)有的礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)技術(shù)己不能滿足綜采工作面瓦斯防治對(duì)預(yù)測(cè)精度的要求，為此進(jìn)行了“綜采工作面瓦斯預(yù)測(cè)技術(shù)的研究”的技術(shù)攻關(guān)，根據(jù)瓦斯流動(dòng)理論和綜采機(jī)的采煤特點(diǎn)，建立適應(yīng)性范圍廣且準(zhǔn)確率高的綜采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)模型，這對(duì)于指導(dǎo)生產(chǎn)和制定行之有效的瓦斯治理措施、防止惡性瓦斯事故的發(fā)生、充分發(fā)揮綜合機(jī)械化采煤的優(yōu)勢(shì)具有重大的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。這也是本論文選題的最終目的所在。 1 煤層瓦斯賦存及其流動(dòng)理論 1.1 煤層瓦斯的賦存 煤體中賦存瓦斯的多少不僅對(duì)煤層瓦斯含量大小有影響，而且還直接影響到煤層中瓦斯流動(dòng)及其發(fā)生災(zāi)害的危險(xiǎn)的大小;因此，研究煤層中瓦斯的賦存狀況是礦井瓦斯研究中的重要一環(huán)，也是基于瓦斯含量的瓦斯含量預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量的理論基礎(chǔ)。 1.1.1煤中瓦斯的賦存狀態(tài) 煤中瓦斯的賦存狀態(tài)一般有吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)2種。固體表面的吸附作用可以分為物理吸附和化學(xué)吸附2種類(lèi)型，煤對(duì)瓦斯的吸附作用是物理吸附，是瓦斯分子和碳分子間相互吸引的結(jié)果。在被吸附瓦斯中，通常又將進(jìn)入煤體內(nèi)部的瓦斯稱(chēng)為吸收瓦斯，把附著在煤體表面的瓦斯稱(chēng)為吸著瓦斯，吸收瓦斯和吸著瓦斯統(tǒng)稱(chēng)為吸附瓦斯。在煤層賦存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占80%~90%，游離瓦斯量占10%一20%;在吸附瓦斯量中又以煤體表面吸著的瓦斯量占多數(shù)。 在煤體中，吸附瓦斯和游離瓦斯在外界條件不變的條件下處于動(dòng)平衡狀態(tài)，吸附狀態(tài)的瓦斯分子和游離狀態(tài)的瓦斯分子處于不斷的交換之中;當(dāng)外界的瓦斯壓力和溫度發(fā)生變化或給予沖擊和振蕩、影響了分子的能量時(shí)，則會(huì)破壞其動(dòng)平衡，而產(chǎn)生新的平衡狀態(tài)。因此，我們認(rèn)為，由于瓦斯吸附分子和游離分子是在不斷地交換之中，在瓦斯緩慢的流動(dòng)過(guò)程中，不存在游離瓦斯易放散、吸附瓦斯不易放散的問(wèn)題;但是，在突出過(guò)程的較短時(shí)間內(nèi)，游離瓦斯會(huì)首先釋放，然后吸附瓦斯迅速加以補(bǔ)充。 近年來(lái)，隨著分析測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，有關(guān)學(xué)者采用X射線、衍射分析等技術(shù)對(duì)煤體進(jìn)行觀察分析后認(rèn)為，煤體內(nèi)瓦斯的賦存狀態(tài)不僅有吸附(固態(tài))和游離（氣態(tài)）狀態(tài)，而且還包含有瓦斯的液態(tài)和固溶體狀態(tài);但是，由于總的來(lái)說(shuō)，吸附（固態(tài))和游離(氣態(tài))瓦斯所占的比例在85%以上，在正常情況下，整體所表現(xiàn)出來(lái)的特征仍是吸附和游離狀態(tài)的瓦斯特征;所以，其傳統(tǒng)的觀點(diǎn)并沒(méi)有矛盾，只是分析測(cè)試更加深入而己。 1.1.2煤的吸附理論 煤是一種包含微孔和大孔系統(tǒng)的雙重孔隙介質(zhì)，煤體吸附瓦斯是煤的一種自然屬性。微孔存在于煤基質(zhì)部分，大孔系統(tǒng)由包圍煤基質(zhì)被稱(chēng)為割理系統(tǒng)的天然裂隙網(wǎng)絡(luò)組成。煤中有兩種割理，面割理和端割理，通常正交或近似正交，垂直或近似垂直于煤層面。煤具有極其發(fā)育的微孔隙，有很大的比表面積，煤的天然孔隙率和裂隙率是煤的一個(gè)主要特征，它決定了煤的吸附容積和煤的儲(chǔ)存性能。 一、吸附理論 瓦斯以吸附形式存儲(chǔ)在煤中，其吸附量與多種因素有關(guān)，由于其復(fù)雜性，故存在不同的瓦斯吸附理論。 1）單分子層吸附理論(Lnagmuir)等溫吸附方程，該方程描述的是I型吸附等溫線，它是目前廣泛應(yīng)用于瓦斯吸附的狀態(tài)方程，其表達(dá)式為： （1-1） 式中：V——吸附量，cm3； pL——Lnagmuir壓力，Pa； p——壓力，Pa； VL——Lnagmuir體積，cm3。 2）Freundlieh方程，等溫吸附的表達(dá)式為： （1-2） 式中a，n為常數(shù)。該方程由于形式簡(jiǎn)單，使用方便，而得到較多的應(yīng)用，但方程系純經(jīng)驗(yàn)方程，沒(méi)有明確的物理意義。 3）Polomyi吸附勢(shì)理論，認(rèn)為在固體吸附表面附近存在一個(gè)位勢(shì)場(chǎng)，鄰近的氣體分子在場(chǎng)的作用下發(fā)生吸附。吸附勢(shì)場(chǎng)的作用力大的足以在吸附劑表面形成許多吸附層，吸附層處于受壓狀態(tài)，內(nèi)層受壓最大，第二層次之；相應(yīng)地密度依次減小，直至下降到與周?chē)鷼怏w密度相同。Polomyi吸附理論利用物理吸附的假說(shuō)對(duì)極不均勻內(nèi)表面的吸附給出了定量的描述，但沒(méi)有給出表達(dá)吸附等溫線的方程式。 1.1.3影響煤層瓦斯含量的主要因素 礦井中的煤體從植物遺體到無(wú)煙煤的變質(zhì)過(guò)程中，每噸煤至少可生成100m3以上的瓦斯。但是，在目前的天然煤層中，最大的瓦斯含量不超過(guò)50m3/t。其原因則在于:一方面是因?yàn)槊簩颖旧砗咚沟哪芰λ?，另一方面則是由于瓦斯是以壓力氣體存在于煤層中，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，放散了大部分，而目前儲(chǔ)存在煤體中的瓦斯僅是剩余的瓦斯量。因此，從某種意義上講，煤層瓦斯含量的多少主要取決于保存瓦斯的條件，而不是生成瓦斯量的多少;也就是說(shuō)不僅取決于煤的變質(zhì)程度，而更主要的是取決于儲(chǔ)存瓦斯的地質(zhì)條件。根據(jù)目前的研究成果認(rèn)為，影響煤層瓦斯含量的主要因素有： 一、煤層的埋藏深度 眾所周知，埋深的增加不僅會(huì)因地應(yīng)力增高而使煤層及圍巖的透氣性變差，而且瓦斯向地表運(yùn)移的距離也增長(zhǎng)，這二者都有利于封存瓦斯。根據(jù)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)學(xué)者的研究表明，當(dāng)深度不太大時(shí)，煤層瓦斯含量隨埋深基本上成線性規(guī)律增加，當(dāng)深度達(dá)到一定值后，煤層瓦斯含量將趨于常量，并有可能會(huì)下降。例如，焦作煤田，煤層瓦斯含量在不受斷層與地質(zhì)構(gòu)造影響的地段，可用式X=6.58+0.038H(m3/t)表示(相關(guān)系數(shù)=r.096，埋深H>l50m(瓦斯風(fēng)化帶深))。原蘇聯(lián)的一些礦區(qū)實(shí)測(cè)瓦斯含量與深度之間的關(guān)系證實(shí)了上述分析。英國(guó)采礦研究院從地面打鉆，用直接法測(cè)量結(jié)果表明，在典型地層中，煤層瓦斯含量隨埋深增大而有規(guī)律增加；一般情況下，深度每增加100m，煤層甲烷含量可增加0.5～1.lm3/t。 二、煤層和圍巖的透氣性 目前認(rèn)為，煤系地層巖性組合及其透氣性對(duì)煤層瓦斯含量有重大影響。一般情況下，煤層及其圍巖的透氣性越大，瓦斯越易流失，煤層瓦斯含量就越小;反之，瓦斯易于保存，煤層的瓦斯含量就大。例如四川重慶、貴州六枝、湖南漣邵等地區(qū)，其煤系主要巖層均是泥巖、頁(yè)巖、砂頁(yè)巖、粉砂巖和致密的灰?guī)r，而且厚度大，橫向巖性變化小，圍巖的透氣性差，封閉瓦斯的條件好，所以煤層瓦斯壓力高，瓦斯含量大，這些地區(qū)的礦井往往是高瓦斯或有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)的礦井;反之，當(dāng)圍巖是由厚層中粗砂巖、礫巖或是裂隙溶洞發(fā)育的灰?guī)r組成時(shí)，煤層瓦斯含量往往較小。例如山西大同煤田、北京西部煤田、煤層頂?shù)装逯饕呛駥由皫r，透氣性好，故而煤層瓦斯含量較低。 三、煤層傾角 目前認(rèn)為，在同一埋深及條件相同情況下，煤層傾角越小，煤層的瓦斯含量就越高。例如芙蓉煤礦北翼煤層傾角陡(40°～80°)，相對(duì)瓦斯涌出量約20m3/t，無(wú)瓦斯突出現(xiàn)象；反之，南翼煤層傾角緩(6°～12°)，相對(duì)瓦斯涌出量則高達(dá)150m3/t，而且還有瓦斯突出現(xiàn)象。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因主要在于，煤層滲透性一般大于圍巖，煤層傾角越小，在頂板巖性密封好的條件下，瓦斯越不容易通過(guò)煤層排放，煤體中產(chǎn)生的瓦斯容易得到貯存；故而煤層的瓦斯含量高，瓦斯涌出量大。 四、煤層露頭 煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，因此，毫無(wú)疑問(wèn)，露頭存在時(shí)間越長(zhǎng)，瓦斯排放就越多，例如福建、廣東地區(qū)的煤層多有露頭，故面瓦斯含量往往較低。反之，地表無(wú)露頭的煤層，瓦斯含量往往較高，例如四川中梁山煤田，煤層無(wú)露頭，而且為覆舟(背斜)狀構(gòu)造.所以煤層瓦斯含量大。 五、地質(zhì)構(gòu)造 眾所周知，地質(zhì)構(gòu)造是影響煤層瓦斯存貯的最重要的條件之一。目前一般認(rèn)為，封閉型地質(zhì)構(gòu)造有利于封存瓦斯，開(kāi)放型地質(zhì)構(gòu)造有利于排放瓦斯。 1.2 瓦斯在煤層中運(yùn)移到基本規(guī)律 成煤過(guò)程中，在高溫高壓的作用下，煤中揮發(fā)分在由固體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w而排出的過(guò)程中，煤中即形成了大量的相互溝通的微孔;而在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中，底層的運(yùn)動(dòng)對(duì)煤體的破壞和搓揉又將煤層破壞成為若干煤粒和煤塊的集合體，因而煤層中存在著一個(gè)巨大的孔隙、裂隙網(wǎng)。當(dāng)采礦工作進(jìn)入煤層后，由于巷道空間的氣壓是一個(gè)大氣壓左右，而煤層瓦斯往往處于高壓狀態(tài)，因而瓦斯即從地層和煤層向巷道空間運(yùn)移，這種運(yùn)移在絕大多數(shù)情況下表現(xiàn)為瓦斯由煤層內(nèi)部向煤面的涌出。早在50年代末，我們?cè)趪?guó)內(nèi)首先開(kāi)始了這方面的研究。研究的方法是理論和實(shí)驗(yàn)并重，首先用數(shù)學(xué)方法建立了瓦斯在煤層中流動(dòng)的基本模型，并對(duì)瓦斯流動(dòng)場(chǎng)進(jìn)行了分類(lèi)；其次是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行物理模擬試驗(yàn)，并在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)巷道和鉆孔的瓦斯涌出規(guī)律進(jìn)行觀測(cè);以后又花費(fèi)了大量時(shí)間對(duì)開(kāi)采煤層、臨近煤層的瓦斯涌出和防治進(jìn)行了研究，從而為煤層瓦斯流動(dòng)理論的建立奠定了良好的基礎(chǔ)，并為生產(chǎn)礦井防止瓦斯事故提供了理論依據(jù)。煤層瓦斯的運(yùn)移是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，它與煤層的結(jié)構(gòu)和煤層中瓦斯賦存狀態(tài)密切相關(guān)。 1.2.1 瓦斯在煤層中的運(yùn)移及流動(dòng) 根據(jù)煤層瓦斯賦存及運(yùn)移的基本規(guī)律分析可知，瓦斯是賦存在煤層中的，而煤層中的瓦斯賦存狀態(tài)受多種因素影響，并且瓦斯在一定條件下會(huì)發(fā)生運(yùn)移，造成煤層中瓦斯含量的分布不均，由于對(duì)礦井生產(chǎn)有直接關(guān)系的礦井瓦斯涌出，煤層瓦斯突出以及煤層瓦斯抽放都涉及到煤層中瓦斯的運(yùn)移，因此從一定意義上來(lái)說(shuō)，更有必要了解煤層中瓦斯的運(yùn)移。從目前的研究結(jié)果來(lái)看，瓦斯在煤層中的運(yùn)移是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，其復(fù)雜性主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:即一方面是煤體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，另一方面是瓦斯在煤層中賦存狀態(tài)的復(fù)雜多變性。一般情況下，煤層大體上可以認(rèn)為是由孔隙介質(zhì)的煤塊和裂隙系統(tǒng)所組成的孔隙一裂隙結(jié)構(gòu);孔隙結(jié)構(gòu)一般居煤中揮發(fā)分在成煤過(guò)程中轉(zhuǎn)化為固定碳時(shí)，形成的許多微小氣孔所組成，這一點(diǎn)在煤塊的電子顯微鏡照片中可以看到。當(dāng)然，煤層中的孔隙結(jié)構(gòu)的形成還會(huì)有其它的因素；但是，從目前來(lái)看，無(wú)論煤層中的孔隙結(jié)構(gòu)是如何形成的，成煤過(guò)程中生成的微孔總是一部分是相互溝通，而另一部分則是封閉的，并且其中都含有瓦斯，這也導(dǎo)致了煤層瓦斯運(yùn)移的復(fù)雜化。 裂隙系統(tǒng)是煤層的層理、節(jié)理和裂隙所組成。它也是在成煤過(guò)程中形成的，特別是在地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，煤層被強(qiáng)大的構(gòu)造應(yīng)力所擠壓、錯(cuò)動(dòng)而破碎，形成了裂隙系統(tǒng)。這是因?yàn)樵诘貙又?，煤層的?qiáng)度最低；當(dāng)?shù)貙又写嬖诓痪鶆虻臉?gòu)造應(yīng)力時(shí)，煤層的頂?shù)装遄钊菀桩a(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，從而使煤層受到搓揉，形成構(gòu)造煤。從礦井中可以看到，某些軟煤層已看不出它的層理和節(jié)理，變成了象土壤一樣的顆粒結(jié)構(gòu)，在顆粒之間，則往往存在著細(xì)微的裂隙網(wǎng)。 此外，目前的深入研究還表明，在瓦斯分子與煤壁的接觸面上時(shí)常有滑動(dòng)現(xiàn)象；一般情況下，當(dāng)瓦斯流速很低時(shí)，這種瓦斯分子滑流所占的比重就要增大。而且，目前認(rèn)為，在吸附表面上也有瓦斯分子從密度大的地方向密度小的地方移動(dòng)的可能性。 因此，從總體上來(lái)說(shuō)，目前認(rèn)為煤層是一種宏觀裂隙和微觀孔隙組成的多孔介質(zhì)；一般情況下，瓦斯在煤體中的運(yùn)移主要取決于煤體的滲透性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，煤體的滲透性對(duì)應(yīng)力是非常敏感的；這是因?yàn)槊后w中的裂隙和孔隙在外力作用下發(fā)生了閉合，導(dǎo)致煤體滲透性的變化，其中尤以裂隙為甚。同時(shí)，煤體吸附瓦斯后，強(qiáng)度降低，塑性增加，更加劇了對(duì)應(yīng)力的敏感程度，表現(xiàn)為隨著氣體的吸附性的增強(qiáng)，煤體的應(yīng)力敏感度系數(shù)增大:隨著孔隙壓力的增大，煤體的應(yīng)力敏感度也有所增大。煤層或巖層在礦井生產(chǎn)采掘工程的影響下，采掘工作面周?chē)?巖)體中的應(yīng)力場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，形成卸壓(裂隙)帶和應(yīng)力集中帶，更加劇了煤(巖)體的非均質(zhì)性，對(duì)瓦斯的運(yùn)移具有重大的影響。 1.2.2 瓦斯在煤層中運(yùn)移的基本參數(shù) 煤層是孔隙介質(zhì)，其中充滿微笑的孔隙和裂隙，煤體是孔隙和裂隙的集合體。當(dāng)采礦空間進(jìn)入煤層以后，瓦斯從煤層內(nèi)部向巷道空間的運(yùn)移非常復(fù)雜，它不僅受天然煤層原始條件的影響，也受到采礦工作、地下應(yīng)力場(chǎng)和巖層移動(dòng)的影響。為此我們從宏觀的角度來(lái)分析某一區(qū)域煤層中瓦斯的運(yùn)移規(guī)律。 1）煤層瓦斯壓力 煤層瓦斯壓力是指煤層中瓦斯所具有的氣體壓力，由游離瓦斯構(gòu)成。在煤礦礦井下瓦斯帶的上部邊界，瓦斯壓力約為0.15一.02MPa，以后隨著礦井垂深的增加而增大。我國(guó)北票、南桐、天府等瓦斯突出礦井的統(tǒng)計(jì)資料表明，每隔8一14m垂深，瓦斯壓力增加0.IMPa左右。在煤層正常賦存和地質(zhì)構(gòu)造破壞不大的條件下，同一煤層相同的深度上的各個(gè)地點(diǎn)的瓦斯壓力基本上保持相同的數(shù)值。 煤層瓦斯壓力與煤層所處位置承受的地應(yīng)力的大小有關(guān)。一般情況下，淺部由于構(gòu)造應(yīng)力小，且受瓦斯風(fēng)化帶的影響，其瓦斯壓力往往小于或近似于靜水壓力，P/MPa=0.01H/m；而在礦井深部，由于地應(yīng)力(其中包括自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力和溫度應(yīng)力)隨垂深成線性增加，瓦斯壓力可以超過(guò)靜水壓力，P/MPa值可達(dá)(0.013～0.015)H/m，且在個(gè)別構(gòu)造應(yīng)力和開(kāi)采集中應(yīng)力很高的地帶，瓦斯壓力可以達(dá)到更高值。 大多數(shù)礦井瓦斯壓力隨垂深成線性增加；在煤層正常賦存條件下，處于同一深度的煤層各測(cè)點(diǎn)瓦斯壓力基本上趨于一致。 我們從國(guó)外的部分礦井的瓦斯壓力值中我們知道:隨著礦井開(kāi)采深度的增加，瓦斯壓力大于地層靜水壓力(即p/H>0.01)的現(xiàn)象并不罕見(jiàn)。這也說(shuō)明了隨著開(kāi)采深度的加大，地應(yīng)力對(duì)瓦斯壓力的影響是不容忽視的。 2）煤層透氣性系數(shù) 煤層透氣系數(shù)是煤層瓦斯流動(dòng)難易程度的標(biāo)志，和水在多孔介質(zhì)中流動(dòng)時(shí)的滲透系數(shù)又一樣;但是瓦斯是氣體，它在流動(dòng)過(guò)程中密度要降低、體積要膨脹，所以比水在砂層中的流動(dòng)要復(fù)雜一些。原始煤層透氣數(shù)一般很低，瓦斯在煤層中的流速也很小，每日僅幾厘米到幾米，瓦斯的流動(dòng)基本是在等溫條件下進(jìn)行的，其溫度等于煤層的溫度，它的流動(dòng)基本符合達(dá)西定律： （1-3） 式中：K——煤層的滲透率，m2（1D=9.869×10-13m2）； u——瓦斯的流速，m/s； μ——瓦斯的絕對(duì)粘度，Pa·s； dp——在dn長(zhǎng)度內(nèi)的壓差，Pa； dn——和瓦斯流動(dòng)方向一致的某一極小長(zhǎng)度，m。 故一晝夜單位面積上的瓦斯流量為： （1-4） 令A(yù)=1m2，則： （1-5） 式中：u——瓦斯的流速，m/s； A——瓦斯流光的面積，m2； qp——壓力為p、溫度為t℃時(shí)，1m2煤面上流過(guò)的瓦斯流量，m3/（m2·d）； q——比流量，1大氣壓、t℃時(shí)，1m2煤面上流過(guò)的瓦斯流量，m3/（m2·d）； pn——一個(gè)大氣壓； B——單位換算系數(shù)； p——在位置n處的瓦斯壓力（絕對(duì)壓力），MPa； P——瓦斯壓力平方，P=p2，MPa2。 令 則 （1-6） 式中：q——瓦斯流量，m3/（m2·d）； λ——煤層透氣系數(shù)，m3/（MPa2·d）； P——瓦斯壓力平方，P=p2，MPa2。 （1-6）式的形式和電介質(zhì)中電流運(yùn)動(dòng)已經(jīng)物體導(dǎo)熱過(guò)程相仿，在這里瓦斯壓的力平方相當(dāng)于電壓或溫度，是一種線性關(guān)系，這樣就有利于我們把熱傳導(dǎo)理論應(yīng)用到瓦斯流動(dòng)理論中來(lái)。 從(1-6)式也可以看出，透氣系數(shù)的物理意義是:在lm3煤體的兩側(cè)，當(dāng)其壓力的平方差是lam2或0.01MPa2時(shí)，通過(guò)lm2煤面，每日流過(guò)的瓦斯量。當(dāng)透氣系數(shù)的單位取m/(MPa2·d)、滲透率的單位取m2時(shí)，兩者的數(shù)值關(guān)系是前者為后者的2.5×10-17倍。 煤層透氣性的大小主要取決于煤層內(nèi)裂隙的大小及其分布。煤層中的裂隙一般包括兩部分；一部分則是由于煤體內(nèi)部作用而形成的裂隙，其中包含煤層層理和煤的膠粒結(jié)構(gòu)；另一份則是由于煤體受到外部作用而形成的裂隙，也就是地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力作用而產(chǎn)生的裂隙和由采掘工作引起的新裂隙。 由于煤層層理是有方向性的，沿層理和垂直層理方向的透氣性差別很大，相差達(dá)數(shù)倍乃至數(shù)十倍之多;地質(zhì)破壞造成的裂隙對(duì)透氣性有影響；加上煤質(zhì)不均一，軟硬變化不同和地應(yīng)力活動(dòng)的不均勻，因而煤層的透氣系數(shù)在各點(diǎn)相差較大，只能采用綜合平均的數(shù)值代表某一區(qū)域煤層的透氣系數(shù)。 2綜采工作面瓦斯涌出基本規(guī)律的研究 2.1綜采工作面瓦斯來(lái)源分析 眾所周知，煤層的多孔隙，裂隙結(jié)構(gòu)構(gòu)成了氣體流通的通道。煤層開(kāi)采前，原始的煤層、圍巖與瓦斯流體組成的系統(tǒng)處于均衡狀態(tài)，在開(kāi)采過(guò)程中，周?chē)簩又械耐咚箟毫ζ胶鉅顟B(tài)不斷遭到破壞，瓦斯壓力重新分布，煤層透氣性系數(shù)增加而形成卸壓帶。開(kāi)采后，隨著工作面向前推進(jìn)，工作面后方的煤層頂板不斷冒落下來(lái)，形成采空區(qū)，采空區(qū)上方煤層、巖層產(chǎn)生變形、下沉及斷裂等變化，形成裂隙、裂紋，采空區(qū)下方煤層在強(qiáng)大的地應(yīng)力作用下，開(kāi)采層下方的地層即向采空空間鼓起，在層間形成大量的裂隙，從而改變了瓦斯原來(lái)的流動(dòng)狀態(tài)和賦存狀態(tài)，瓦斯從煤層、上下鄰近層及圍巖中通過(guò)貫穿的空隙空間向著采空區(qū)和工作面流動(dòng)，甚至大量的涌出。煤層內(nèi)部、圍巖及采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出的能量來(lái)源于濃度差(壓差)。由于煤層內(nèi)部、圍巖及采空區(qū)深部的瓦斯?jié)舛?壓力)高于采面瓦斯?jié)舛?壓力)，而氣體總就從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，直至壓力平衡。 研究表明，回采工作面瓦斯涌出關(guān)系如圖2-1所示。 圖2-1 綜采工作面瓦斯來(lái)源構(gòu)成示意圖 回采工作面的瓦斯涌出取決于煤層自然因素和礦山技術(shù)條件等諸多因素。一般情況下，回采工作面瓦斯涌出包括三部分，即落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出及采空區(qū)瓦斯涌出。對(duì)于分層開(kāi)采或一次不能采全高的工作，采空區(qū)瓦斯涌出又可分為四部分，即圍巖瓦斯涌出、未采分層瓦斯涌出、回采殘煤瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出。這四部分瓦斯隨著采場(chǎng)內(nèi)煤層、巖層的變形或垮落而卸壓，按各自的規(guī)律涌入采空區(qū)，混合在一起。然后，在濃度差和通風(fēng)負(fù)壓的作用下涌向工作面，要想嚴(yán)格區(qū)分上述各部分涌出的瓦斯量，實(shí)際操作起來(lái)由于采場(chǎng)條件所限是很困難的，以往的研究是根據(jù)有關(guān)的瓦斯涌出資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定各部分瓦斯涌出系數(shù)來(lái)計(jì)算采面各涌出源的瓦斯涌出量，例如撫順?lè)衷旱膰?guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)成果“分源預(yù)測(cè)法”，就是根據(jù)有關(guān)的瓦斯涌出資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定各部分瓦斯涌出系數(shù)來(lái)計(jì)算采空區(qū)的各涌出源的瓦斯涌出量，其計(jì)算模型系數(shù)基本上是不變的，而且隨意性較大，當(dāng)系數(shù)選擇不合理時(shí)，誤差較大。因此，我們根據(jù)綜合機(jī)械采煤的特點(diǎn)和瓦斯流動(dòng)理論，將瓦斯涌出源劃分為煤壁(圍巖)瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空區(qū)(殘煤)瓦斯涌出及上下鄰近層(未采分層)瓦斯涌出四個(gè)部分。由瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，瓦斯涌出規(guī)律及礦山的實(shí)際情況，建立一種適應(yīng)范圍廣、預(yù)測(cè)結(jié)果可靠的瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)模型。 2.2 綜采工作面瓦斯?jié)舛确植家?guī)律 試驗(yàn)中沿工作面每隔40米建立一個(gè)測(cè)站，每個(gè)測(cè)站從煤壁至采空區(qū)均勻布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)。共布置了25個(gè)測(cè)點(diǎn)，在進(jìn)、回風(fēng)巷距采面15米左右各布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，各測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2-2。測(cè)量各測(cè)點(diǎn)在不同條件下的下瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)量。然后根據(jù)實(shí)際所測(cè)數(shù)據(jù)，分析瓦斯涌出規(guī)律。連續(xù)測(cè)定5個(gè)原班，測(cè)量采面瓦斯?jié)舛确植紩r(shí)，測(cè)量時(shí)間分別選在采煤機(jī)割剛完一刀煤時(shí)(采煤機(jī)在進(jìn)風(fēng)口處)和檢修班進(jìn)行。此時(shí)，工作面不受割煤影響，相對(duì)穩(wěn)定。 圖2-2 工作面測(cè)點(diǎn)布置示意圖 2.2.1采面瓦斯?jié)舛妊貎A向長(zhǎng)方向的分布 研究表明，采面瓦斯?jié)舛葟倪M(jìn)風(fēng)側(cè)至回風(fēng)側(cè)逐漸增大。進(jìn)風(fēng)到采面中部范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓淮螅擅嬷胁康交仫L(fēng)上隅角瓦斯?jié)舛仍黾虞^快，尤其是靠近回風(fēng)側(cè)30m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛容^高。造成這種分布規(guī)律的原因是風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)側(cè)經(jīng)過(guò)采場(chǎng)時(shí)，有一部分風(fēng)流至采面中部逐漸漏入采空區(qū)，漏入采空區(qū)的風(fēng)流從工作面的后半段又逐漸返回到工作面，同時(shí)將采空區(qū)的較高濃度瓦斯帶進(jìn)工作面，使工作面瓦斯?jié)舛戎饾u增高，理論和實(shí)踐表明，靠近回風(fēng)隅角從采空區(qū)返回的風(fēng)量最大，帶出的瓦斯量也大，致使上隅角附近瓦斯?jié)舛仍龈?，這就是上隅角瓦斯容易超限的原因。 2.2.2采面瓦斯?jié)舛妊刈呦蚍较虻姆植? 研究表明，從煤壁至采空區(qū)(支架尾)瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)高、較高、低、較高、高的分布趨勢(shì)，即在煤壁和采空區(qū)之間有一個(gè)瓦斯最低點(diǎn)，最低點(diǎn)的位置在采面的不同位置有所不同。在U型通風(fēng)情況下這種高、低、高的趨勢(shì)比較明顯，而U+L型通風(fēng)情況下趨勢(shì)不明顯。 可以認(rèn)為，高、低、高趨勢(shì)中的瓦斯?jié)舛茸畹忘c(diǎn)即是煤壁與采空區(qū)瓦斯涌出的分界點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在靠近回風(fēng)側(cè)沿瓦斯?jié)舛茸畹忘c(diǎn)布設(shè)了一道長(zhǎng)30m的風(fēng)簾，然后根據(jù)其風(fēng)簾兩側(cè)的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)量數(shù)據(jù)，粗略估算采空區(qū)瓦斯涌出所占的比例。觀測(cè)結(jié)果顯示，U+L型通風(fēng)情況下，采空區(qū)涌出到工作面的瓦斯涌出量比U型通風(fēng)時(shí)瓦斯涌出量小。其原因是采空區(qū)瓦斯涌出通過(guò)L巷進(jìn)行了分流，另外可以看出，上隅角附近是采面瓦斯?jié)舛容^高的區(qū)域，也是采空區(qū)瓦斯涌出到采面主要通道，因此防止上隅角瓦斯超限是工作面瓦斯治理的重點(diǎn)。 2.3采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律 2.3.1沿采空區(qū)長(zhǎng)度方向瓦斯?jié)舛茸兓?guī)律 采空區(qū)距工作面20~30m范圍內(nèi)，瓦斯?jié)舛茸兓幻黠@，濃度在10%上下波動(dòng);采空區(qū)距工作面30~50m之間時(shí)，瓦斯?jié)舛戎饾u增大;這對(duì)瓦斯的抽放、利用及尾巷的引排具有指導(dǎo)作用。距工作面30m范圍內(nèi)采空區(qū)瓦斯?jié)舛炔桓叩脑蚴?靠近工作面附近的采空區(qū)巖石處于初始冒落，再加上工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷支護(hù)較好，頂板垮落不嚴(yán)重，形成5一15m的不垮落空間，大量的新鮮風(fēng)從進(jìn)風(fēng)巷漏入采空區(qū)，漏風(fēng)流對(duì)采空區(qū)內(nèi)的瓦斯稀釋、混合后，又在通風(fēng)負(fù)壓作用下，從工作面上隅角涌出，靠近工作面的區(qū)域風(fēng)速大，對(duì)瓦斯稀釋、運(yùn)移影響較大，是造成此范圍內(nèi)采空區(qū)的瓦斯?jié)舛容^低的直接原因。 2.3.2沿采空區(qū)垂直高度方向瓦斯?jié)舛鹊淖兓?guī)律 沿采空區(qū)垂直高度方向，頂板處瓦斯?jié)舛缺鹊装逄幫咚節(jié)舛雀?。由于瓦斯密度低于空氣密度，因而瓦斯在巷道頂板或采空區(qū)內(nèi)有自然上浮的特性，在風(fēng)速較大時(shí)其上浮力作用非常微弱，鉛直方向上、下部瓦斯?jié)舛炔顒e的不明顯，采空區(qū)深部由于漏風(fēng)流風(fēng)速較小，瓦斯自然上浮的特性比較明顯，故垂直方向出現(xiàn)明顯的上部瓦斯?jié)舛雀哂谙虏康默F(xiàn)象。 2.3.3沿工作面寬度方向采空區(qū)瓦斯?jié)舛茸兓?guī)律 撫順?lè)衷旱瓤蒲袉挝弧捌呶濉逼陂g在松藻局51706E工作面進(jìn)行的測(cè)定結(jié)果也適用于綜采工作面，其結(jié)論為: 在距離工作面較近區(qū)域，由于采空區(qū)漏風(fēng)流流動(dòng)對(duì)瓦斯的運(yùn)移作用，從進(jìn)風(fēng)側(cè)向回風(fēng)側(cè)方向，瓦斯?jié)舛戎饾u增大。距工作面較遠(yuǎn)的采空區(qū)深處，采空區(qū)風(fēng)流速度較小，對(duì)瓦斯運(yùn)移作用微弱，采空區(qū)的瓦斯?jié)舛仍趯挾确较蛏蟽蓚?cè)的差別不大。 由于采空區(qū)瓦斯涌出，致使工作面上隅角處瓦斯積聚嚴(yán)重(甚至10%以上)，故應(yīng)加強(qiáng)采空區(qū)瓦斯抽放或引排，以消除瓦斯隱患，確保安全生產(chǎn)。上隅角瓦斯?jié)舛雀叩脑蚴?隨著工作面的回采，采空區(qū)大面積垮落，其上、下部的煤、巖層卸壓。同時(shí)在回風(fēng)巷上幫未開(kāi)采的煤體也隨著應(yīng)力的重新分布和頂、底板的卸壓，大幅度地改變了其原始的透氣性，使原來(lái)處于吸附狀態(tài)的瓦斯隨著煤體壓力的降低而解吸為游離瓦斯，這樣煤體本身、上下鄰近層和圍巖的瓦斯，都經(jīng)過(guò)回風(fēng)巷上幫的垮落煤體或底板的裂隙向工作面上隅角涌出，這時(shí)從采空區(qū)涌出并攜帶大量瓦斯的漏風(fēng)流，在流經(jīng)此處時(shí)，與該處的高濃度瓦斯匯合到一起，使漏風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍黾?。另一方面上隅角由于綜采支架的存在，使漏風(fēng)流流經(jīng)綜采支架的后上方，形成不良通風(fēng)空間，造成局部瓦斯層狀積聚。這是造成上隅角瓦斯?jié)舛容^高的直接原因。 研究表明，綜采工作面采空區(qū)為殘煤及上覆巖層垮落后形成的多孔介質(zhì)充填體，各處煤與研石壓實(shí)程度差異較大，各處的風(fēng)壓變化較大。因此，采空區(qū)各點(diǎn)的氣體流速相差很大。前蘇聯(lián)學(xué)者認(rèn)為，采空區(qū)大約20%的區(qū)域?yàn)閷恿鳎?0%的區(qū)域?yàn)槲闪鳎?0%的區(qū)域?yàn)檫^(guò)渡流，一般在采空區(qū)后部的壓實(shí)區(qū)為層流，在中部及靠近工作面處為紊流和過(guò)渡流。在礦井負(fù)壓的作用下，距采面較遠(yuǎn)處，采空區(qū)瓦斯由于受壓差的作用，一部分會(huì)向回風(fēng)中運(yùn)移，直到流入回風(fēng)巷隨風(fēng)流帶走。還有一部分瓦斯，特別是采空區(qū)深部的瓦斯，不足以克服摩擦阻力，因而不向回風(fēng)口運(yùn)移，或者運(yùn)移速度相當(dāng)慢，這就是造成采空區(qū)瓦斯分布的根本原因。 2.4涌出源瓦斯涌出基本規(guī)律 2.4.1綜采工作面瓦斯涌出特征 1）與炮采工作面相比，綜采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量增大。對(duì)于移動(dòng)煤壁，其瓦斯涌出量與煤壁的移動(dòng)速度有關(guān)。與炮采工藝相比，綜采工藝具有較快的推進(jìn)速度，煤壁的平均暴露時(shí)間大大縮短，其瓦斯涌出相對(duì)處于涌出的初始階段，涌出強(qiáng)度較大。 2）綜采工作面瓦斯涌出的不均勻性相對(duì)減小，并且瓦斯涌出的不均勻性和工藝過(guò)程密切相關(guān)。綜采工作面綜采工序有明顯的連續(xù)性，瓦斯涌出量盡管有波動(dòng)，但與炮采工作面相比，不均勻性相對(duì)下降。這是由于在炮采工作面，爆破落煤是一次完成的，造成了瓦斯涌出量在短時(shí)間內(nèi)急劇增大，但隨著爆破落煤的完成，瓦斯涌出衰減很快，從而在炮采工作面表現(xiàn)出瓦斯涌出量大起大落的現(xiàn)象。而在綜采工作面，綜采機(jī)均勻地、連續(xù)不斷地將煤壁上的煤炭破碎采落，單位時(shí)間內(nèi)落煤量較炮采工藝均勻，因而瓦斯涌出也較炮采平穩(wěn)。 3）與炮采工作面相比，相對(duì)瓦斯涌出量減少。綜采工作面掘進(jìn)速度快，落煤與運(yùn)煤基本上是流水線，加之機(jī)械落煤的粒度分布均勻，賦存于煤層中的瓦斯其游離部分隨割下來(lái)落煤而釋放出來(lái)，而存在于落煤中的吸附瓦斯未待充分解吸則隨著運(yùn)輸機(jī)很快被運(yùn)出工作面，這樣綜采工藝與炮采工藝相比，落煤量增加的幅度要大于其瓦斯涌出量增大的幅度，因而其相對(duì)瓦斯涌出量反而降低。根據(jù)實(shí)際測(cè)定，當(dāng)煤產(chǎn)量增加了近1倍時(shí)，相對(duì)瓦斯涌出量?jī)H增加0.6倍。 2.4.2煤壁瓦斯涌出特征及規(guī)律 瓦斯在煤層和圍巖中的流動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，其流動(dòng)不僅和煤層及圍巖中的瓦斯賦存狀態(tài)有關(guān)，而且和礦井中煤層及圍巖的采掘工作及空間狀態(tài)有關(guān)。瓦斯在煤層中的流動(dòng)需要有2個(gè)條件:其一是要有一定的流動(dòng)通道，即煤層有一定的透氣性;其二是煤體中的瓦斯必須具備一定的壓力。目前的研究認(rèn)為，在原始煤層的一定范圍內(nèi)，煤層中透氣性基本上可以認(rèn)為是一個(gè)定值:因此，可以認(rèn)為，原始煤層中瓦斯的流動(dòng)狀態(tài)主要取決于煤體中瓦斯壓力的大小。 在礦井進(jìn)行采掘工作時(shí)，一般情況下將會(huì)破壞煤層中原始應(yīng)力的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致煤體透氣性發(fā)生變化，并且使煤層中原有的瓦斯壓力平衡狀態(tài)受到破壞，形成瓦斯流場(chǎng)。在礦井中這種由高壓流向低壓的瓦斯流動(dòng)狀態(tài)大多表現(xiàn)為礦井瓦斯涌出;在特殊情況下，則可以形成瓦斯噴出和突出?，F(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)定表明，煤層的透氣性一般都很低，瓦斯在其中的流速也很小。在這種情況下，煤層中瓦斯流動(dòng)狀態(tài)宏觀上基本屬于層流運(yùn)動(dòng)，也就是瓦斯的流速和壓差成正比，與煤的滲透率成正比，符合線性滲透定律。實(shí)踐表明，只有在瓦斯流量相當(dāng)大的情況下，煤壁附近的煤體內(nèi)才可能出現(xiàn)紊流運(yùn)動(dòng)。 在鉆孔壁、巷道煤幫、煤柱等固定表面上，單位面積上的瓦斯涌出量一般隨煤壁暴露時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸減少。有時(shí)由于地壓的活動(dòng)改變了煤層的透氣性，瓦斯涌出有起伏變化的現(xiàn)象。圖2-3為焦作王封礦測(cè)定的巷道煤壁瓦斯涌出特性曲線，從中可以看出這種變化的規(guī)律。 圖2-3 巷道煤壁的涌出特性 對(duì)于移動(dòng)煤壁，如回采工作面，其瓦斯涌出量和煤壁的移動(dòng)速度有關(guān)。由于工作面的推進(jìn)速度往往是不均勻的，所以瓦斯涌出量也是不斷變化的，一般隨煤壁的移動(dòng)速度的增加而增大，如圖2-3所示。由于煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度隨著時(shí)間呈衰減趨勢(shì)，即在煤壁暴露的初期，其瓦斯涌出最大。 2.5 瓦斯涌出量及其主要影響因素 2.5.1瓦斯涌出量概念 1、瓦斯涌出量定義 瓦斯涌出量是指在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過(guò)程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量。其表達(dá)方法有兩種:絕對(duì)瓦斯涌出量—系指在單位時(shí)間內(nèi)涌出的瓦斯量，單位為m3/min或m3/d，相對(duì)(噸煤)瓦斯涌出量—系指平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位是(m3/d)/(t/d)即m3/t，兩者的關(guān)系是： (2-1) 式中：——相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t； A——日產(chǎn)煤量，t/d； ——絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/d。 2、瓦斯涌出形式 瓦斯涌出形式系指瓦斯涌出在時(shí)間上與空間上的分布形式，對(duì)此，可以分為普通(一般)涌出與特殊(異常)涌出。普通涌出是在時(shí)間與空間上比較均勻、普遍發(fā)生的不間斷涌出，它決定了礦井的瓦斯平衡與風(fēng)量分配；特殊瓦斯涌出量是在時(shí)間與空間上突然、集中發(fā)生，涌出量很不均勻的間斷涌出。 2.5.2影響瓦斯涌出的主要因素概述 一、自然因素 1）煤層和圍巖的瓦斯含量。它是影響瓦斯涌出量大小的決定性因素，煤的瓦斯含量與相對(duì)瓦斯涌出量雖然其表達(dá)單位相同，但是其物理意義卻不相同，而且在數(shù)量上也不相等，這是因?yàn)橥咚褂砍隽坎粌H包括來(lái)自于采出煤炭所涌出的瓦斯，而且還包括礦井內(nèi)一切煤層巖層涌出的瓦斯，盡管采出煤的殘余瓦斯含量隨煤運(yùn)至.地面而未涌入礦井，但是后一來(lái)源的量大，所以相對(duì)涌出量比開(kāi)采層的瓦斯含量大。可見(jiàn)，煤層的瓦斯含量越高，其相對(duì)瓦斯涌出量也越大。 2）開(kāi)采深度。在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)開(kāi)采的礦井，相對(duì)瓦斯涌出量與深度無(wú)關(guān)；在甲烷帶內(nèi)開(kāi)采的礦井，隨著開(kāi)采深度的增加，相對(duì)瓦斯涌出量增高。值得注意的是，在深部開(kāi)采時(shí)，鄰近層與圍巖所涌出的量比開(kāi)采層增加得快。因此，深部開(kāi)采礦井更應(yīng)注意鄰近層與圍巖瓦斯涌出。 3）地面大氣壓力變化。地面大氣壓力變化對(duì)礦井不同回風(fēng)流瓦斯?jié)舛扔绊懯潜容^顯著的，受地面大氣壓力下降影響，引起瓦斯涌出增加的是工作面后部采空區(qū)與老采區(qū)的瓦斯涌出，而掘進(jìn)巷道與掘進(jìn)區(qū)幾乎不受影響。影響程度可以按馬略特定律(等溫過(guò)程)來(lái)估計(jì)。每個(gè)礦井應(yīng)掌握本礦瓦斯涌出量隨大氣壓力變化的規(guī)律，以防瓦斯事故的發(fā)生。據(jù)報(bào)道美國(guó)1910一1960年50年間，有一半的瓦斯爆炸事故發(fā)生在大氣壓力急劇下降時(shí)。 二、開(kāi)采技術(shù)因素、 1）開(kāi)采順序與回采方法。首先開(kāi)采的煤層(或分層)，其相對(duì)瓦斯涌出量增大，而后開(kāi)采的煤層(或分層)，其涌出量減少?；厥章实偷幕夭煞椒?，相對(duì)瓦斯涌出量增大。陷落式頂板管理方法比充填式造成更大范圍的圍巖破壞與卸壓，鄰近層瓦斯涌出的分量增大。因此，前者的相對(duì)涌出量也比后者高。水采水運(yùn)的采煤方法，比旱采相對(duì)瓦斯涌出量降低，這是因?yàn)闈衩簹堄嗤咚购吭龃蟮木壒省? 2）回采速度與產(chǎn)量。當(dāng)回采速度不高時(shí)，絕對(duì)瓦斯涌出量與回采速度(日推進(jìn)速度)或產(chǎn)量成正比，即相對(duì)瓦斯涌出量保持常數(shù)，當(dāng)回采速度較高時(shí)，相對(duì)瓦斯涌出量中開(kāi)采層涌出分量與鄰近層涌出分量都相對(duì)減小，即相對(duì)瓦斯涌出量有所降低，因此，絕對(duì)瓦斯涌出量隨回采速度或產(chǎn)量的增加而增高量低于線性增量。在高瓦斯綜采工作面的實(shí)測(cè)結(jié)果表明，快采必須快運(yùn)(為此在采煤機(jī)上安裝犁煤板，使采落煤炭及時(shí)運(yùn)出，減少其在工作面停留排放瓦斯時(shí)間)，可明顯地減少瓦斯涌出。 3）落煤工藝與老頂來(lái)壓步距。兩者對(duì)瓦斯涌出量的峰值與波動(dòng)即瓦斯涌出不均勻系數(shù)有顯著影響，不僅影響絕對(duì)瓦斯涌出量，而且在一定程度上影響相對(duì)瓦斯涌出量。采用淺截深的連續(xù)落煤工藝和縮短老頂來(lái)壓步距都能顯著減少瓦斯涌出不均勻系數(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)同正常平均瓦斯涌出相比，風(fēng)鎬落煤時(shí)瓦斯涌出增大到1.1～1.3倍;放炮時(shí)為1.4～2.0倍;采煤機(jī)采煤時(shí)為1.3～1.6倍;水槍落煤時(shí)為2～4倍。 4）通風(fēng)壓力與采空區(qū)封閉質(zhì)量。通風(fēng)壓力與采空區(qū)密閉質(zhì)量都對(duì)老采區(qū)的瓦斯涌出有一定影響。通風(fēng)壓力小，采空區(qū)密閉質(zhì)量好，可減小老采區(qū)瓦斯涌出不均勻系數(shù)及涌出量，這對(duì)老礦井具有很大意義。 5）采場(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)進(jìn)、回風(fēng)巷是在煤體內(nèi)還是在采空區(qū)內(nèi)維護(hù)，可把采場(chǎng)通風(fēng)系統(tǒng)劃分為四種基本類(lèi)型:“進(jìn)回皆煤”型、“進(jìn)回皆空”型，“進(jìn)煤回空”型與“進(jìn)空回煤”型。不論哪種類(lèi)型，從開(kāi)采層涌出的瓦斯幾乎都是進(jìn)入采場(chǎng)的，而鄰近層與圍巖涌出的瓦斯可能是一部分進(jìn)入采場(chǎng)，也可能是全部進(jìn)入采場(chǎng)。此外由于采空區(qū)瓦斯被風(fēng)流帶走的難易程度的不同，四種類(lèi)型的瓦斯涌出量會(huì)有很大差別，當(dāng)鄰近層瓦斯涌出量大時(shí)尤甚。 3綜采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 3.1傳統(tǒng)的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法 瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)由于其影響因素較多，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)幾乎是不可能的，目前瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)主要有礦山統(tǒng)計(jì)法、瓦斯含量法和分源計(jì)算法。 3.1.1 統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法 統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法是國(guó)內(nèi)外有關(guān)礦井長(zhǎng)期以來(lái)普遍采用的礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法，該方法的基本原理是:根據(jù)礦井己采區(qū)域歷年測(cè)定的相對(duì)瓦斯涌出量及相應(yīng)的開(kāi)采深度，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立二者之間的線性或非線性回歸方程，并經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，確認(rèn)回歸方程有意義后，用于對(duì)深部(或條件相同礦井)未采區(qū)域的瓦斯涌出量作出預(yù)測(cè)。而通常采用的瓦斯涌出量梯度實(shí)際上是瓦斯涌出量對(duì)開(kāi)采深度的回歸方程的回歸系數(shù)。 一般情況下，統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)法主要用于生產(chǎn)礦井深部水平或開(kāi)采技術(shù)條件、地質(zhì)條件相同或類(lèi)似的鄰近礦井的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。此外，也可根據(jù)己采工作面的相對(duì)瓦斯涌出量及相應(yīng)的開(kāi)采深度之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，進(jìn)行瓦斯涌出量預(yù)測(cè)外；近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外有些研究人員還通過(guò)建立瓦斯涌出量與煤層瓦斯含量之間的回歸關(guān)系式，預(yù)測(cè)新區(qū)的瓦斯涌出量，還有一些研究人員采用多元統(tǒng)計(jì)分析中的數(shù)量化理論，建立預(yù)測(cè)瓦斯涌出量的多變量數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)未采區(qū)的瓦斯涌出量，以期提高瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)精度。但是，目前在瓦斯礦井中，最常用、最簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)方法還是線性回歸法。 3.1.2 煤層瓦斯含量法 煤層瓦斯含量法即按照煤層瓦斯含量與采后煤炭的殘余瓦斯含量計(jì)算相對(duì)瓦斯含量涌出。 （1）單一煤層開(kāi)采時(shí)相對(duì)瓦斯涌出量： （3-1） 式中：qe——回采相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t； n——圍巖涌出瓦斯量與回采煤層瓦斯涌出量的比例系數(shù)，無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)于全部垮落法管理頂板可取.02，局部填充法可取0.15，全部填充法可取0.1； m1、m——?dú)堄喾謱雍突夭煞謱拥暮穸?，m； γ1、γ——?dú)堄喾謱雍突夭煞謱用旱娜葜兀瑃/m3； Z——煤柱煤量占回采煤量的比例系數(shù)； K——采空區(qū)殘留浮煤占回采煤量的比例系數(shù)； X——開(kāi)采層原始瓦斯含量，m3/t； X1——運(yùn)出采區(qū)的煤中殘留瓦斯含量，m3/t； X2——煤柱殘留瓦斯含量，m3/t； X3——采空區(qū)殘留浮煤的殘余瓦斯含量，m3/t。 （2）開(kāi)采有鄰近層的煤層時(shí)相對(duì)瓦斯涌出量： （3-2） 式中：n’——向開(kāi)采層采空區(qū)涌出瓦斯的鄰近層數(shù)目，m3/t； qei——第i鄰近層向開(kāi)采層采空區(qū)涌出的相對(duì)瓦斯量，m3/t，當(dāng)鄰近層瓦斯含量與開(kāi)采層相同時(shí)，qe，由下式計(jì)算： （3-3） 式中：mi——第i鄰近層的厚度，m； hi——第i鄰近層距開(kāi)采層的發(fā)向距離，m； hj——鄰近層向開(kāi)采層采空區(qū)涌出瓦斯的極限距離，與層間巖石性 質(zhì)、頂板管理方法、煤層厚度、傾角等有關(guān)，m。 瓦斯含量法是以煤的瓦斯含量作為計(jì)算基礎(chǔ)，它在計(jì)算上則上和分源法計(jì)算原則基本相同。這類(lèi)預(yù)測(cè)方法較多，它們之間的基本區(qū)別，在于確定各涌出源瓦斯涌出率的數(shù)學(xué)模型不同。 3.1.3 分源預(yù)測(cè)法 分源預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)礦井瓦斯量的實(shí)質(zhì)是以煤層瓦斯含量、煤層地質(zhì)與采技術(shù)條件為基礎(chǔ)，根據(jù)各基本瓦斯源(開(kāi)采層、鄰近層、圍巖)的瓦斯涌出規(guī)律，將回采工作面分為開(kāi)采層和鄰近層兩部分。 在有鄰近層開(kāi)采條件下，受開(kāi)采層采動(dòng)影響的煤層將向開(kāi)采層工作面和采空區(qū)涌出瓦斯。根據(jù)鄰近層與開(kāi)采層的位置關(guān)系，可分為上臨近層和下鄰近層。鄰近層瓦斯涌出量大小取決于鄰近層瓦斯含量、鄰近層厚度和層數(shù)、開(kāi)采層采高及鄰近層瓦斯排放率。 3.2 預(yù)測(cè)基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)定方 3.2.1 煤壁瓦斯涌出量預(yù)測(cè)參數(shù)的測(cè)定方法 煤壁瓦斯涌出衰減系數(shù)和瓦斯涌出強(qiáng)度是預(yù)測(cè)綜采工作面瓦斯涌出量的基礎(chǔ)參數(shù)，一般采用壁罩測(cè)定法和巷道測(cè)定法。 1)壁罩測(cè)定法 煤壁測(cè)定裝置由專(zhuān)門(mén)研制的煤壁罩和檢測(cè)裝置組成，測(cè)定裝置如圖3-1所示，在剛切割后的巷道新暴露的煤壁上立即安裝壁罩，用黃泥密封后，開(kāi)動(dòng)氣泵，并測(cè)定不同時(shí)一間內(nèi)的氣泵流量、氣泵氣流出口中瓦斯?jié)舛群凸ぷ髅骘L(fēng)流中瓦斯?jié)舛?，每隔一段時(shí)間做同樣的測(cè)定，直到氣泵氣流出口中瓦斯?jié)舛然舅p平緩為止。 圖4-1 罩壁測(cè)定裝置示意圖 煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度由下式計(jì)算： （3-4） 式中：Q——?dú)獗昧髁?，L/min； C1——工作面風(fēng)流瓦斯?jié)舛龋?； C2——?dú)獗昧黧w中的瓦斯?jié)舛龋?； S——罩壁底面積，m2。 因C1值較小，在%1之下，故式（3-4）可簡(jiǎn)化為： 該方法測(cè)定時(shí)，準(zhǔn)備工作較多，需要搬運(yùn)測(cè)定裝置，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施比較麻煩，有困難。故一般采用巷道測(cè)定法。 2)巷道測(cè)定法 巷道測(cè)定法應(yīng)用較多，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，而且測(cè)定不影響生產(chǎn)。但要求測(cè)定較多的數(shù)據(jù)，否則易產(chǎn)生誤差。具體做法是在正常條件下連續(xù)掘進(jìn)的煤巷中，沿巷道長(zhǎng)度每隔一定的距離設(shè)置測(cè)點(diǎn)。在非生產(chǎn)班時(shí)，定期測(cè)定各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)量和瓦斯?jié)舛?，?jì)算出各段巷道單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過(guò)各測(cè)點(diǎn)的瓦斯涌出量，然后根據(jù)各段巷道煤壁暴露面積來(lái)計(jì)算煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度，并按巷道掘進(jìn)速度求出對(duì)應(yīng)各段的平均暴露時(shí)間。 （3-5） 式中：Vt——經(jīng)過(guò)1+t時(shí)間后，煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/（m2·min）； Q1、Q2——1、2測(cè)點(diǎn)處巷道風(fēng)量，m3/min； C1、C2——1、2測(cè)點(diǎn)處巷道瓦斯?jié)舛龋?； L——1、2測(cè)點(diǎn)距離，m； h——1、2測(cè)點(diǎn)平均煤厚，m。 用上述方法對(duì)所需測(cè)定礦井的巷道煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度與暴露時(shí)間進(jìn)實(shí)測(cè)，且煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度與暴露時(shí)間的關(guān)系呈雙曲線函數(shù)關(guān)系，其形式為： （3-6） 式中：Vt——煤壁暴露t時(shí)刻時(shí)，單位面積煤壁上的瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/（m2·min）； V0——煤壁剛暴露時(shí)，單位面積上的瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/（m2·min）； β——煤壁瓦斯涌出衰減系數(shù)，min-1； t——煤壁暴露時(shí)間，min。 將式（3-6）化成線性方程為： （3-7） 式中，V0、β為待定系數(shù)，Vt、t為每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)定值。經(jīng)數(shù)據(jù)處理后得V-t曲線得出n對(duì)測(cè)定值，代入(3-6)式中，得到n個(gè)測(cè)定方程組： 將方程組聯(lián)立解，即可求出V0及刀值。同時(shí)運(yùn)用最小二乘法，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別代入線性回歸、負(fù)指數(shù)回歸和雙曲線回歸等三種形式，然后求出衡量各回歸相關(guān)系數(shù)大小的標(biāo)準(zhǔn)差，驗(yàn)證所確定的經(jīng)驗(yàn)公式形式。 3.2.2落煤瓦斯涌出量預(yù)測(cè)參數(shù)的測(cè)定方法 綜掘工作面的另一部分瓦斯來(lái)源是從落煤中涌出的，不同粒度煤的瓦斯放散速度是不同的，粒度越小，瓦斯放散速度越快;粒度越大，瓦斯放散速度越慢。在具體條件下，機(jī)械落煤的粒度要比炮掘落煤小而均勻，提高了煤的瓦斯解吸強(qiáng)度。與煤壁瓦斯涌出一樣，塊粒煤瓦斯解吸強(qiáng)度也隨著時(shí)間的增加而減少。 1）瓦斯解析儀測(cè)定方法 為了考察綜采落煤瓦斯涌出的變化規(guī)律，確定機(jī)械落煤瓦斯解析強(qiáng)度與時(shí)間的關(guān)系，在測(cè)定過(guò)程中可以采用撫順?lè)衷貉兄频耐咚菇馕鼉x。測(cè)定方法是：從綜采面落煤時(shí)直接采集剛破碎下來(lái)的塊粒煤裝入煤樣罐內(nèi)，封閉后連接解吸儀，一記錄不同時(shí)間瓦斯解吸儀中測(cè)定的瓦斯解吸量，直至瓦斯涌出強(qiáng)度基本衰減平緩為止。 綜采落煤塊粒狀瓦斯解吸強(qiáng)度采用公式（3-8）進(jìn)行計(jì)算： （3-8） 式中：V2——某一粒度范圍內(nèi)落煤瓦斯解析強(qiáng)度，m3/(t·min)； t1、t2——測(cè)定時(shí)間，min； Q1、Q2——t1、t2時(shí)間下的瓦斯解析總量，m3； G——煤樣重量，t。 由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)回歸分析，根據(jù)綜采落煤的瓦斯解析強(qiáng)度與時(shí)間關(guān)系式得出采落煤的瓦斯涌出初速度和衰減系數(shù)。采落煤的瓦斯涌出初速度和衰減系數(shù)值與綜采落煤的塊粒度、采落前瓦斯含量、掘進(jìn)速度、煤的孔隙結(jié)構(gòu)等諸多因素有關(guān)，其中最為重要的影響因素是粒度和瓦斯含量。 2)巷道測(cè)定法 為了真實(shí)地反映采落塊煤在運(yùn)輸過(guò)程中的瓦斯解吸和放散特征，落煤瓦斯涌出基礎(chǔ)參數(shù)亦可以采用和煤壁瓦斯涌出基礎(chǔ)參數(shù)類(lèi)似的測(cè)定方法。即在掘進(jìn)工作面正常生產(chǎn)和運(yùn)輸系統(tǒng)正常工作情況下測(cè)定瓦斯涌出強(qiáng)度(它實(shí)際上是煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出之和)，然后利用己測(cè)出煤壁瓦斯涌出參數(shù)并根據(jù)(3-9)計(jì)算出對(duì)應(yīng)段的煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度，可得落煤的瓦斯涌出強(qiáng)度，且落煤的瓦斯涌出強(qiáng)度與暴露時(shí)間的關(guān)系呈負(fù)指數(shù)函數(shù)關(guān)系，其形式為： （3-9） 式中:V2——采落煤炭在工作面停留t時(shí)刻后的瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/(t·min); V1——采落煤炭的初始瓦斯涌出強(qiáng)度，m3/(t·min); n——采落煤瓦斯涌出衰減系數(shù)，min-1； t——采落煤在掘進(jìn)巷道的停留時(shí)間，min。 將處理以后的n對(duì)數(shù)據(jù)應(yīng)用煤壁瓦斯涌出基礎(chǔ)參數(shù)的計(jì)算方法既可求得采落煤的瓦斯涌出初速度和衰減系數(shù)。 4 結(jié)論 (1) 通過(guò)對(duì)現(xiàn)有回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)計(jì)算方法存在問(wèn)題的分析和瓦斯流動(dòng)理論，確定了綜采工作面瓦斯涌出的四個(gè)來(lái)源:煤壁(圍巖)瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空區(qū)(殘煤)瓦斯涌出及上下鄰近層(未采分層)瓦斯涌出。 (2) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察和歷史資料統(tǒng)計(jì)，分析總結(jié)了綜采工作面及采空區(qū)瓦斯?jié)舛鹊姆植家?guī)律。 (3) 根據(jù)煤體瓦斯流動(dòng)理論和實(shí)際測(cè)定結(jié)果分析，綜采工作面單位面積煤壁的瓦斯涌出強(qiáng)度隨時(shí)間的變化關(guān)系，即瓦斯涌出特性符合下述規(guī)律： 煤壁瓦斯涌出初始強(qiáng)度和涌出衰減系數(shù)是反映煤壁瓦斯涌出的特征參數(shù)，是建立煤壁瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。 （4）根據(jù)瓦斯流動(dòng)理論，采落煤的瓦斯涌出隨時(shí)間的變化規(guī)律為： 綜采工作面采落煤炭的瓦斯涌出量取決于煤質(zhì)、塊煤的粒度以及在運(yùn)輸系統(tǒng)中的停留時(shí)間，塊煤瓦斯涌出衰減系數(shù)和初始瓦斯涌出強(qiáng)度則反映了塊煤的瓦斯放散特征。煤壁的瓦斯涌出和采落煤瓦斯涌出具有不同的機(jī)理。其中煤壁瓦斯涌出是由瓦斯的解吸一擴(kuò)散一滲流構(gòu)成的復(fù)雜流動(dòng)過(guò)程，而采落煤瓦斯涌出主要是分子擴(kuò)散過(guò)程。 參考文獻(xiàn) [1]曲方、劉克功、趙洪亮等，基于煤壁瓦斯涌出初速度的綜掘工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)[J]，煤礦安全，2004，35(8):1-4。 [2]陳大力，綜掘工作面瓦斯預(yù)測(cè)技術(shù)的研究[J]，煤礦安全，2001(8):4-7。 [3]曹鑫林，綜掘工作面瓦斯預(yù)測(cè)技術(shù)在平頂山礦區(qū)的應(yīng)用研究，北京，煤炭科學(xué)研究總院，2003年。 [4]陳大力、秦永洋、趙俊峰等，綜采工作面瓦斯涌出規(guī)律及影響因素分析[J]，煤礦安全，2003，34(12):7-10。 [5]俞啟香、王凱、楊勝?gòu)?qiáng)，中國(guó)采煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及其控制研究[J]，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，29(l):9-14。 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