瓦斯涌出影响因素分析

不同矿井的煤层在开采过程中，由于受到诸多因素的影响，其瓦斯涌出量的大小有很大差异。影响瓦斯涌出量的主要因素有以下8点。

一、煤层和围岩的瓦斯含量

煤层和围岩中的原始瓦斯含量，是影响煤层开采过程中瓦斯涌出量大小的决定性因素。被开采煤层的原始瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大；若被开采煤层的附近赋存有瓦斯含量较大的夹层（通常称为邻近层），由于采动影响，这些邻近层中的瓦斯就会涌入开采煤层的采掘空间，从而大大增加了被开采煤层的瓦斯涌出量，甚至会远远超过被开采煤层本身的原始瓦斯含量。

二、开采规模

开采规模是就矿井的开采深度、开采范围和矿井产量而言。一般来讲，在一定条件下，瓦斯涌出量是随着开采深度的增加、开采范围的增大和原煤产量的提高而增大的，但根据已有理论和有些煤田的实际资料，瓦斯涌出量并不是随着开采深度、开采范围及矿井产量的增加而无限增大的，并非呈线性关系。

（一）瓦斯涌出量与开采深度的关系

一般情况下，煤层埋藏越深，压力越大，而压力的增加会使煤层瓦斯含量增高，因此，在开采过程中的瓦斯涌出量就会越大。但瓦斯涌出量并非是随开采深度的延深而无限增加，当开采到一定深度、瓦斯量增加到一定数量时，由于煤层原始瓦斯含量的变化，瓦斯涌出量随深度增加而增大的趋势变更缓慢，甚至趋于定值或下降。如某矿开采在－460m以上水平，瓦斯涌出量与开采深度呈线性关系，但当开采深度达到－460m标高（距地表垂深570m）时，瓦斯涌出量的曲线出现拐点，并开始下降。如图3－9所示。

（二）瓦斯涌出量与开采范围的关系

图3－9　某矿瓦斯涌出量随开采深度变化曲线

随着开采范围的增大，由于煤岩的暴露面积增大，涌出的瓦斯量就会增大，即两个采区或工作面同时开采时的瓦斯涌出量，会比开采一个采区或工作面的瓦斯涌出量要大。但对于一个回采工作面来讲，推进距离（开采范围）的增加对瓦斯涌出量的影响也是有限度的。图3－10a所示为某矿综放工作面瓦斯涌出量与采面推进距离的关系曲线，从图中可以看出，当采面推进到一定距离时，瓦斯涌出量达到“峰值”后，不再随采面推进距离的延长而增大，反而呈逐渐下降趋势。其主要原因是采空区周围尤其深远部煤（岩）体中的瓦斯由于较早开始解吸，其解吸速度和解吸量受抽放负压较长时间的作用而开始衰减，其衰减量超过了随采面推进新增加的瓦斯量，从而导致综放工作面（主要是采空区）瓦斯涌出量随采面推进距离的增加而减少。

（三）瓦斯涌出量与原煤产量的关系

瓦斯涌出量与原煤产量有着密切的关系，产量越高，瓦斯涌出量越大。一个矿井、水平、采区原煤产量越高，其绝对瓦斯涌出量就越大。如果开采时涌出的瓦斯量主要来源于采落的煤炭，产量变化时，则对绝对瓦斯涌出量的影响较为显著；而若瓦斯主要来源于采空区或邻近层，产量变化时，则对相对瓦斯涌出量有显著影响。

对于瓦斯主要来源于采空区的回采工作面来讲，原煤产量不仅对相对瓦斯涌出量有显著影响，而且绝对瓦斯涌出量也会随产量的增大而增大，但也是有限度的。图3－10b所示为某矿综放工作面瓦斯涌出量与采面产量的关系曲线，从中可以看出，当产量增加到一定程度，瓦斯涌出量达到“峰值”后，不再按原来的比率增加，而呈波动变化甚至呈下降趋势。这是因为采面涌出的瓦斯量，除包括采落煤体释放的游离瓦斯外，更多的是占较大比例的吸附瓦斯（主要是采空区遗煤中的吸附瓦斯），而吸附瓦斯的解吸则需要一定时间和外部条件，是一个较缓慢的过程。

三、开采程序

采区布局和开采顺序对瓦斯涌出量也有显著和较大影响。某一水平或区域的首采工作面，其开采过程中的瓦斯涌出量一般较大。这是因为受采动影响，其他未开采的周围煤（岩）体中的瓦斯，会沿着采动产生的孔洞或裂隙涌入首采工作面的采掘空间，增加了首采工作面的瓦斯涌出量。如某矿首采工作面是该水平或该区域预测原始相对瓦斯涌出量的2～3倍。

图3－10　综放工作面瓦斯涌出量与采面推进距离和采面产量关系曲线

同一煤层采用分层开采时，开采首分层时的瓦斯涌出量，要远大于后来开采的其他分层的瓦斯涌出量。开采首分层时的瓦斯涌出量最大，之后各分层依次减小，而首分层的瓦斯涌出量是第四分层的4倍。某煤矿不同分层开采时的工作面瓦斯涌出量比较见表3－3。矿开采首分层时的最大和平均绝对瓦斯涌出量分别为169.42m3／min和119.55m3／min，分别是二分层的1.73倍1.48倍，其关系为Q2＝0.67Q1；二分层开采时的平均相对瓦斯涌出量仅为首分层的1／4左右，其关系为q2＝0.25q1。某矿首分层和二分层综放工作面瓦斯涌出量比较见表3－4，首分层和二分层瓦斯涌出参数比较如图3－11所示。这是因为靠近顶板的自然分层较其他分层煤质疏松、层节理发育，有利于贮存瓦斯，而下部自然分层的瓦斯沿着十分发育的小断层向上运移，因此靠近顶板的自然分层原始瓦斯含量最大。此外，开采中受采动影响和瓦斯压力作用导致周围（尤其下部）煤（岩）体中的大量瓦斯涌向开采空间，使涌出量增大。而二分层煤体中的瓦斯，在首分层开采时较大部分已经涌出煤体，尽管三分层及以下煤体中的部分瓦斯也向二分层开采空间涌出，但其涌出量要远小于首分层开采时的二分层涌出量。

表3－3　某煤矿不同分层开采时的工作面瓦斯涌出量比较

表3－4　某矿首分层与二分层综放工作面瓦斯涌出量比较

图3－11　首分层和二分层瓦斯涌出参数比较

四、采煤方法与顶板管理(www.xing528.com)

机械化采煤时煤体破碎严重，有利于游离瓦斯的释放和吸附瓦斯的解吸，瓦斯涌出量较大。采用全部陷落法管理顶板时，由于会造成顶底板更大范围的松动及采空区存留有大量散煤等原因，其瓦斯涌出量比采用充填法管理顶板时要大。如某矿过去采用爆破落煤V型走向长壁上行水砂充填采煤法时的矿井绝对瓦斯涌出量一般为90～130m3／mim、相对瓦斯涌出量为20～30m3／t，改用综合机械化放顶煤采煤方法（全部陷落法管理顶板）以后的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量分别为180～230 m3／mim和40～50 m3／t。另外，回采率低的采煤方法，采空区留有大量遗煤，瓦斯涌出量较大。

五、生产工序

无论采用何种采煤方法，煤层内的瓦斯大都是从煤体的暴露面和采落的煤炭中开始涌向采掘空间的，并且其涌出量随着时间的延长而逐渐下降。因此，落煤工序所涌出的瓦斯量，大于生产过程中的其他各个工序。矿采用综合机械化放顶煤采煤法开采时现场实测不同工序瓦斯涌出量比较如图3－12所示，其中放煤、割煤和移架工序所涌出的瓦斯量分别是检修工序涌出瓦斯量的1.63、1.52和1.29倍。平顶山一矿戊－21191综采工作面，生产班平均瓦斯涌出量是检修班的1.2～1.3倍。

图3－12　不同工序瓦斯涌出量比较示意图

六、通风压力

采用负压通风（抽出式通风）的矿井，有利于煤体内的瓦斯释放，风压越高，瓦斯涌出量越大；采用正压通风（压入式通风）的矿井，不利于煤体内的瓦斯释放，风压越高，瓦斯涌出量越小。这主要是风压与瓦斯涌出压力相互作用的结果。

七、地面大气压力变化

地面大气压力发生变化时，必须引起井下空气压力的变化，从而对井下瓦斯涌出量，尤其对采空区瓦斯涌出量占较大比重的矿井的风流瓦斯浓度产生较大影响。当大气压力下降时，矿井通风压力也随之下降而瓦斯涌出的压力相对上升，破坏了原来的通风压力与瓦斯涌出压力的相对平衡状态。这样一来，不但煤壁和采落煤炭中的瓦斯释放和解吸速度加快，增加了瓦斯涌出量，而更严重的使现采工作面采空区内的气体压力相对增高，体积膨胀，致使部分高浓度瓦斯涌向工作面而导致风流瓦斯浓度上升。反之，当大气压力上升时，瓦斯涌出量和风流瓦斯浓度会变小。某煤矿，当大气压力由0.09976Mpa上升到0.1013Mpa时，矿井瓦斯涌出量由11.61m3／min降低至8.06m3／min。某煤矿当大气压力由0.10072Mpa降低至0.10023Mpa时，工作面回风流瓦斯浓度由0.55%上升到0.92%，瓦斯涌出量增加了2.66m3／min；反之，当大气压力上升到0.10059Mpa时，风流瓦斯浓度下降到0.61%，瓦斯涌出量减少了2.3m3／min，瓦斯涌出量的增减幅度达4.96m3／min。某煤矿瓦斯涌出量与大气压力变化关系曲线如图3－13所示。由图3－13可以看出，气压变化幅度和采空区空间越大，风流瓦斯浓度受其影响的程度不同就会越大。

大气压力变化对安全生产有一定影响，特别是在大气压力突然下降时，会导致风流瓦斯浓度超限或局部瓦斯积聚，必须提高警惕，加强瓦斯检查与管理，否则可能造成重大瓦斯事故。

图3－13　煤矿瓦斯涌出量与大气压力变化关系曲线

八、采空区管理

一般来说，采空区经常积存有高浓度的瓦斯，如果未能及时封闭采空区或封闭质量较差，或现采工作面采空区的进、回侧的风压差过大等，就会造成采空区瓦斯向外涌出，从而导致工作面或巷道内的瓦斯涌出量增大而威胁安全生产。如果能对采空区采取合理抽放措施，无疑会降低其向外涌出的瓦斯量。

总之，影响矿井瓦斯涌出量的因素是多方面的，煤层赋存状态和矿井生产条件不同，各个因素的影响程度也不尽相同。但对一个矿井来讲，总有一种或几种因素是主要影响因素。因此，应根据矿井生产的具体条件，找出和确定影响瓦斯涌出的主要因素，以便采取针对性的控制和防治措施。