采空区和采动裂隙场的瓦斯含量分析

从采空区及采动裂隙场瓦斯来源分析，预测出工作面瓦斯涌出量、采落煤瓦斯涌出量和邻近煤层瓦斯涌出量，就可以综合算出采空区及采动裂隙场中的瓦斯含量。

（1）工作面瓦斯涌出量

工作面的推进使得新鲜煤壁不断暴露，在近工作面处，由于支撑压力的影响，煤层的透气性系数增大，煤层瓦斯更容易涌出。工作面瓦斯涌出计算表达式如下：

式中　k1——围岩瓦斯涌出系数，其值取决于回采工作面顶板管理方法，平煤神马集团己15工作面采用全部冒落法管理顶板，因此k1＝1.2；

　　　k2——工作面遗煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，平煤神马集团己15煤层为中厚煤层，按国家标准，工作面回采率应达到95%以上，这里取95%，因此k2＝1.05；

　　　k3——准备的巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，由（其中B为工作面回采宽度，b为巷道宽度）计算可得

　　　m0——煤层的厚度，己15-17200采面平均煤厚为3.5 m；

　　　m1——工作面采高，平均采高取为3.2 m；

　　　X0——煤层原始瓦斯含量，由资料可得X0＝15.256 m3／t；

　　　X1——煤的残存瓦斯含量，X1＝6.686 7 m3／t。

由以上各式可以计算：

（2）采空区遗煤瓦斯涌出量

根据平煤神马集团十矿己15煤层的相关资料计算出采空区遗煤和临近煤层瓦斯涌出量共63 m3／min，瓦斯涌出计算方法如下：

式中　Qs——瓦斯质量源项，kg·（m3／s）－1；

　　　Qg——瓦斯涌出量，m3／s；

　　　ρg——瓦斯密度，ρg＝0.716 7 kg／m3；

　　　V——瓦斯质量源项所占总体积，m3。

采空区遗煤瓦斯涌出量计算过程如下：

考虑到瓦斯涌出量随时间衰减，取瓦斯涌出时间为120天，则采空区遗煤瓦斯涌出量为10.26 m3／t。

（3）邻近煤层瓦斯涌出量(www.xing528.com)

由上邻近层或下邻近层向开采层采空区涌出的瓦斯量所受影响因素较多，国内外有关学者经过大量的理论与实践研究提出了一些计算公式：

式中　q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3／t；

　　　mi——第i个邻近层厚度，m；

　　　m1——开采层的开采厚度，m；

　　　X0i——第i邻近层原始瓦斯含量，m3／t；

　　　X1i——第i邻近层残存瓦斯含量，m3／t；

　　　ki——受多种因素影响但主要取决于层间距离的第i邻近层瓦斯排放率。

邻近层瓦斯排放率与层间距离存在如下关系：

式中　ki——第i邻近层瓦斯排放率；

　　　hi——第i邻近层至开采层垂直距离，m；

　　　hp——受开采层采动影响顶底板岩层形成贯穿裂隙的岩层破坏范围，m。

计算可得平均瓦斯排放率为45.455%。

开采层顶板的影响范围由下式计算：

式中　ky——取决于顶板管理方式的系数；

　　　m1——开采层的开采厚度，m；

　　　α——煤层倾角度，（°）。

结合平煤神马集团十矿资料只考虑本煤层瓦斯涌出量，得到以上各变量的取值，计算可得：×0.454 55×（15.265－6.686 7）＝4.264 8（m3／t）。

采空区及裂隙带瓦斯来源很复杂，影响因素较多，各种瓦斯涌出来源之间的分布不清楚，在研究中只考虑以上3种主要瓦斯来源作为对象。