矿井抽放瓦斯设计手册

设计手册 第一节 矿井抽放瓦斯设计依据及内容 一．设计依据 ⑴煤层赋存条件（煤层和岩层的性质、厚度、倾角、层间距等） ⑵矿井瓦斯等级； ⑶矿井瓦斯地质图（或瓦斯等值线图）； ⑷有关煤层瓦斯基础参数，如煤层瓦斯压力及梯度、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、钻孔瓦斯流量衰 减系数等； ⑸矿井瓦斯储量及其分布、矿井及工作面瓦斯来源构成情况； ⑹矿井开拓部署、采区布置、采煤方法、通风系统及方式等。 二．设计内容 ⑴矿井概况：煤层赋存条件、矿井煤炭储量、生产能力、巷道布置、采煤方法及瓦斯、通风状况； ⑵瓦斯鉴定参数：瓦斯压力、瓦斯含量及分布、煤层透气性系数及钻孔流量衰减系数； ⑶瓦斯基础参数计算或预测：如瓦斯含量、瓦斯涌出量、瓦斯储量、瓦斯可抽量及抽放年限； ⑷抽放方法：钻场钻孔布置及工艺参数； ⑸抽放设备：抽放泵、管路系统、监测及安全装置； ⑹抽放泵站：泵房、供水、供电、采暖、避雷及其它； ⑺瓦斯利用：可利用量、利用 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 、资金概算（属瓦斯利用专篇内容）； ⑻技术经济：投资概算、完成工期、技术经济分析； ⑼设计文件：包括设计说明书、设备清册、资金概算、图纸； ⑽主要图纸：①综合地质柱状图；②煤层瓦斯地质图（或瓦斯等值线图）；③抽放瓦斯方法平、剖面图； ④抽放管路系统图；⑤抽放瓦斯泵房设备平面布置图；⑥抽放站场地平面布置图；⑦供电系统图。 第二节 建立瓦斯抽放系统的条件和指标 从煤矿安全生产角度而言，建立矿井瓦斯抽放系统主要取决于抽放瓦斯的必要性指标，如瓦斯含量、瓦 斯涌出量等，即在保持回采面适宜风速（或允许风速）前提下合理的通风能力所能稀排的瓦斯量；同时取决 于抽放瓦斯的可能性指标，如煤层透气性、瓦斯压力、钻孔瓦斯流量衰减系数等。 《矿井瓦斯抽放管理规范及反风规定》指出：凡申请建立瓦斯抽放系统的矿井，应同时具备下列 4 个 条件： ⑴ 1 个采煤工作面的瓦斯涌出量>5 m3/min 最小或 1 个掘进面的瓦斯涌出量>3 m3/min 最小；⑵矿井瓦 斯涌出量>15 m3/min 最小； ⑶每 1 个瓦斯抽放系统的抽放量预定可保持在不小于 2 m3/min 最小； ⑷瓦斯抽放系统服务在 10 年以上。 上述⑴，⑵项条件指标值是基于在保持回采面适宜风速（υ=2.0m/s）前提下合理的通风能力所能稀排 的瓦斯量，并假定回采面过风断面 S=5.0m2,瓦斯涌出不均衡系数取千瓦=1.3 。符合这一条件的矿井可遵循 上述指标值。然而，在任意条件下，上述指标值不宜套用。 在任意取定回采面风速（在规程规定范围内）、回采面断面不确定的情况下，建立瓦斯抽放系统可参照 下列指标： 一． 回采工作面瓦斯涌出量参考指标 1.绝对瓦斯涌出量指标（ｑ0 ） 回采面绝对瓦斯涌出量指标根据回采面过风断面的大小及回采面风速的取值来确定，即： min46.060minVi0 SViKw CSqq 绝 （1-2） 式中 q 绝——回采面绝对瓦斯涌出量指标，m3/min ； q0 ——通风所能稀释的瓦斯涌出量，m3/min ； C ——回风流最大瓦斯浓度，取 1%； KW ——瓦斯涌出不均衡系数，取 1.3； Smin——回采面最小过风断面，m2 ； Vi——回采面风速，m/s。 若取工作面适宜风速 V=2.0m/s，式（1-1）则为： min0 92.0 Sqq 绝 （1-2） 若取工作面最大风速 V=4.0m/s，式（1-2）则为： min0 84.1 Sqq 绝 （1-3） 为便于设计及管理人员参考和套用指标，可根据回采面的最小过风断面 Smin 值，直接在图 1-1 中查出 回采面考虑抽放的绝对瓦斯涌出量指标值。 在回采面过风断面S=5.0 m2，取回采面风速V=2.0 m/s的情况下，绝对瓦斯涌出量指标值约为5.0 m3/min。 2.相对瓦斯涌出量指标（ｑ0 相） 回采面相对瓦斯涌出量指标表达式为： A SVq min655 KwA SminVC601440q0   相相 （1-4） 式中 q 相——回采面相对瓦斯涌出量指标，m3/ t； q0相——通风所能稀释的瓦斯涌出量，m3/min ； A ——工作面产量，t/d； V ——工作面风速，m/s； 其余符号同式（1-1）。 当取适宜风速 V=2.0m/s，式（1-4）变为： A Sqq min0 1330 相相 （1-5） 若取工作面最大风速 V=4.0m/s，式（1-4）则为： q 相>q0相≈2660 Smin/A （1-6） q0相随 V 的取值而成正比关系。按式（1-4）作曲线如图 1-2。 1200 1400 1600 20001800 18 20 图1-2 工作面相对瓦斯涌出量指标图 (V=2.0m/s时） q2=2160/A q3=3390/A q4=5320/A q5=6650/A q6=7920/A q7=9310/A q8=10640/A 图1-1 工作面绝对瓦斯涌出量指标图 V6=4.0m/s V5=3.5m/s V4=3.0m/s V3=2.5m/s V2=2.0m/s V1=1.5m/s 3 2 1 4 5 7 8 31 2 4 5 76 8 11 10 9 12 13 14 15 16 q绝>q0=0.46 Vi·Smin 6 2 4 6 10 8 12 14 16 600200 400 800 1000 [例] 某 矿一个回采面的产量为 1000t/d，采场最小过风断面为 Smin =5.0m2。当根据回采面适宜风速 V=2.0 m/s 配 风时，在图 1-2 中查得 q 绝 =6.65 m3/ t，即当 q 绝 >6.65 m3/ t 时就应考虑抽放；若按风速 V′=3.5 m/s 配风，则： tmq /64.1165.6 2 5.3' 30 相 说明加大风量后，相对瓦斯涌出量指标值可达到 11.64 m3/ t。这样，加大工作面风速后，采面的相对 量达 11.64 m3/ t 以上时可考虑抽放。 在回采过风断面 Smin =5.0m2、取风速 V=2.0 m/s，工作面产量为 500 t/d 的情况下，相对瓦斯涌出量 指标值为 q0相 = 13.3m3/ t（接近 15m3/ t） 。 二 。邻近层瓦斯涌出量参考指标： 1. 邻近层绝对瓦斯涌出量参考指标（q0 邻）： 是否有必要实行邻近层瓦斯抽放，主要取决于邻近层与开采层的瓦斯涌出量之和是否超过了通风所能稀 排的最大瓦斯量。即： 本本邻邻 qSminVi46.0 60minq0  qKw CSViq （1-8） 式中 q 邻 ——邻近层向开采层瓦斯涌出量指标，m3/min ； q0邻 ——回采面通风所能稀释的瓦斯涌出量，m3/min ； C ——回风流最大瓦斯浓度，取 1%； KW ——瓦斯涌出不均衡系数，取 1.3； Smin——开采层采面最小过风断面，m2 ； Vi——回采面风速，m/s。 q 本 ——开采层本层瓦斯涌出量（或经本煤层抽放后的瓦斯）； 将式 1-8 绘成曲线如图 1-3。根据 Smin 值、q 本值即可在图中查出相应的指标值 q0邻。 [例]某开采层采面本层瓦斯涌出量为 1.5 m3/min，采场过风断面 Smin =3.0m2，风速 V=2.0 m/s，从图 1-3 中可查得邻近层向开采层允许涌入的瓦斯量为 1.26 m3/min。因此，当邻近层向开采层瓦斯涌出量超 过 1.26 m3/min，即可考虑对邻近层抽放瓦斯。 若取任意风速 V′，则在图 1-3 中查的 q0邻 值基础上再乘以 V′/2 ，即得 q0邻′。 在回采面过风断面 S=5.0 m2，工作面产量为 500 t/d，取风速 V=2.0 m/s 的情况下，在邻近层向开 采层瓦斯涌出量>1.5 m3/min，即应考虑对邻近层抽放瓦斯。 2.邻近层向开采层涌出量占工作面回风总瓦斯量的百分比指标（p） %100) min46.0 1( 0 0 0  SVi q q q pp 本邻 （1-9） 上式的图示见图 1-4，符号意义见式（1-1）及（1-8）。 图1-3 邻近层向开采层 瓦斯涌出量指标图 q邻>q0邻=0.92 Smin －q本 （取V=2.0 m/s） 7.0 2 3.0 21 0 Smin 1 2.0 543 q本 （m3/min） 5.04.0 6.0 q 0 相 （ m 3 / m i n ） 3 4 5 6 7 76 （m 2）8.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8 q本 p>po=(1－ -------)×100% 0.92·Smin 图1-4 邻近层瓦斯涌出量百分比指标图 (V=2m/s时） 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 q本 （m3/min） p 0 （ % ） 根据有关以知条件即可在图中查出相应的邻近层向开采层涌出量占工作面回风总瓦斯量的百分比指标 po。 在矿井条件符合上述“1”的情况下，该指标值为 po=30%。 是否实行邻近层抽放，还应考虑是否有一定的邻近层抽放量。若邻近层的瓦斯抽放量<0.6 m3/min，一 般无抽放价值。 三．矿井抽放瓦斯参考指标 随着矿井工作面单产的日益提高，在矿井相对瓦斯涌出量一定的条件下，绝对瓦斯涌出量大大提高。因 此，套用原有的相对涌出量指标已显得不能适应形势的发展，且意义不大。只要通风或其他措施不能解决瓦 斯问题，或矿井有稳定的抽放量（一般应大于 2 m3/min）满足利用要求，就应建立抽放系统。 四．本煤层瓦斯抽放参考指标（WOB） 通风可以解决的瓦斯含量指标，由下式求得，当瓦斯含量大于 WOB时，需进行瓦斯抽放。 W OBB AK QCWW 100 1400  + CW (1-10) 式中 WOB———通风可以解决的瓦斯含量指标，m3/t； WC ———残存瓦斯量， m3/t；见表 1-1； Q ———工作面配风量，m3/min； A ———工作面日产量，t/d； 其余符号同式（1-1）。 表 1-1 残 存 瓦 斯 含 量 表 煤质 残存量（m3/t） 煤质 残存量（m3/t） 无烟煤 6～10 焦 煤 2～4 贫 煤 4～8 气 煤 2～3 黏结煤 6～8 长焰煤 1～2.5 五．抽放瓦斯难易程度参考指标 抽放瓦斯难易程度可参照表 1-2 所列指标。 表 1=2 抽 放 瓦 斯 难 易 程 度 分 类 煤层抽放瓦斯难易程度 钻孔流量衰减系数 （d-1） 煤层透气性系数 （m2/Mpa2·d） 容易抽放 <0.003 >10 可以抽放 0.003～0.05 10～0.1 较难抽放 >0.05 <0.1 第三节 煤层瓦斯基础参数测定 瓦斯基础参数测定，是判断矿井是否进行瓦斯抽放的先决条件。矿井瓦斯抽放设计必须测算的基础参数 有：瓦斯风化带、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、瓦斯储量、瓦斯涌出量、透气性系数、百米钻孔瓦斯流量 衰减系数和瓦斯抽放率等。 一．瓦斯风化带 煤中的瓦斯成分随着煤层埋藏深度的不同而变化。由浅到深大致可分为四个带：二氧化碳－氮气带，氮 气带，氮气－沼气带，沼气带，见表 1-3。 表 1-3 瓦 斯 带 划 分 表 序号 带名 瓦斯成分 情况说明 带的大致垂深 1 二氧化碳－氮气带 主要是二氧化碳，少量 氮气、沼气 二氧化碳显著增加，有的 可达 5 m3/t·d 以上 缓倾斜煤层 60 米左右； 急倾斜煤层 200～300 米 2 氮气带 主要是氮气， 少量二氧化碳、沼气 此带以上二氧化碳增高； 此带以下二氧化碳减少。 缓倾斜煤层 60～150 米左右； 急倾斜煤层 300～400 米 3 氮气－沼气带 主要是氮气、 沼气 沼气涌出量显著增加， 可达 5 m3/t·d 以上 此带较短 缓倾斜煤层 20～50 米左右； 急倾斜煤层 100 米左右 4 沼气带 主要成分是沼气 沼气涌出量可达日产吨煤 数十立方米。 氮气－沼气带以下皆是 沼气带以上的三个带通称为瓦斯风化带，它的下部边界可按下列指标确定： 沼气浓度： CH4%=80% 沼气压力： P=0.1～0.15MPa 沼气含量： Wh=1.0～1.5m3/t (长焰煤) Wh=1.5～2.0m3/t (气煤) Wh=2.0～2.5m3/t （肥、焦煤） Wh=2.5～3.0m3/t (瘦煤) Wh=3～4m3/t (贫煤) Wh=5～7m3/t (无烟煤) 各带瓦斯成分见表 1-4 表 1-4 各 带 瓦 斯 成 分 变 化 表 CO2 N2 CH4 Ar+kr+Xe 带 别 % m3/t 煤 % m3/t 煤 % m3/t 煤 % m3/t 煤 N2+H2 (%) Ar/Xe 二氧化碳－氮气带 20～80 0.19～2.24 20～80 0.15～1.42 0～10 0～0.16 0.21～1.44 0.0021～ 0.0178 <0.001 0.012 氮气带 0～20 0～0.27 80～100 0.22～1.86 0～20 0～0.22 0.61～1.88 0.0037～ 0.0561 <0.001 0.014 氮气－沼气带 0～20 0～0.39 20～80 0.25～1.78 20～80 0.06～5.27 0.36～0.81 0.0051～ 0.012 <0.001 0.014 沼气带 0～10 0～0.37 0～20 0～1.93 80～100 0.61～10.5 0～0.24 0.004～ 0.0052 0.001～ 0.06 0.014 N2、Ar、kr、Xe、H2:分别为氮、氩、氪、氙、氢气体 前苏联在顿巴斯煤田进行的研究表明，在其他条件相同时，瓦斯风化带深度和瓦斯涌出量梯度与煤的变 质程度有关（见表 1-5）。变质程度愈高，瓦斯风化带深度和瓦斯涌出量梯度愈小，反之亦然。这是因为煤 的变质程度愈高，其透气性愈差。 表 1-5 煤 的 变 质 程 度 与 瓦 斯 风 化 带 深 度 关 系 表 煤的牌号 瓦斯风化带深度 (m) 瓦斯涌出量梯度 (m·m3/t) 气煤和长焰煤 500 30～40 肥煤 450～500 20～25 焦煤 150～200 15～20 瘦煤 100～150 10～15 贫煤和无烟煤 50～100 5～10 瓦斯风化带深度是煤田长期地质过程的结果。它取决与一系列地质因素的影响。 ⑴含煤地层排放瓦斯时间愈长，瓦斯风化带就愈深； ⑵地质错动程度愈高，煤层排放瓦斯的不均匀性和排放深度就愈大； ⑶剥蚀过程，它使含煤地层无瓦斯化的范围减少或局部消失； ⑷覆盖层（或一些地区的冻土层）阻碍瓦斯风化带的进一步扩大。 上述因素决定了瓦斯风化带的不同深度，不同矿区，煤层瓦斯风化带变动很大。 瓦斯风化带的深度各地不一，一般也有取垂深 110m 或 H 值的 1/5 的，或取瓦斯涌出量小于 2 m3/t 的垂 深。 从沼气带起，煤层瓦斯含量和瓦斯涌出量按一定的梯度增加，借以可确定抽放瓦斯区域或及时确定巷道 在接近沼气带前预先采取相应的措施。同时还可估计某一矿井或矿区未来瓦斯涌出的规模，因此瓦斯带的划 分和确定有着生产实际意义。 二．瓦斯压力计算及测定 瓦斯压力是标志煤层瓦斯流动特性和赋存状态的一个重要参数。在研究煤和瓦斯突出、瓦斯涌出和瓦斯 抽放时，瓦斯压力是其重要的基本参数之一。 未受开采影响的煤层原始瓦斯压力测算方法通常有推算法和实测法，且以实测法最好。 ㈠推算法 1.根据瓦斯压力梯度推算某一垂深瓦斯压力 P=P0+PM（H－H0） （1－11） 式中 P——瓦斯压力，Mpa； P0——瓦斯风化带的瓦斯压力，一般可取 P0=0.196 Mpa； PM——瓦斯压力梯度 ，Mpa/m，由式（1-12）计算； H——垂深，m； H0——瓦斯风化带的垂深，m。 01 01 HH PPPM   （1－12） 式中 P1——实测瓦斯压力，Mpa； H1——测瓦斯压力 P1地点的垂深，m。 [例]抚顺龙凤矿于－400m 水平（地表标高 100m），曾测得瓦斯压力为 0.784 Mpa，欲求下水平－460m 水 平的瓦斯压力。 取 H0=205m、P0=0.196Mpa，瓦斯梯度为： mMPa HH PPPM /00199.0205500 196.0784.0 01 01    预测－460 m 水平的瓦斯压力为： P=P0+PM（H－H0）=0.196+0.00199×（560－205）= 0.902 Mpa 经计算，－460m 水平的瓦斯压力为 0.902 Mpa。 2．根据经验公式计算瓦斯压力 开采同一煤层的相邻矿井，可根据该式推算瓦斯压力： P=0.098×（KHα-ｂ） （1－13） 式中 P——瓦斯压力，Mpa； K——系数； H——测定瓦斯压力地点的垂深，m； α——指数常数； ｂ——常数。 3. 国内实测 经对国内一些矿区瓦斯压力实测值分析，瓦斯压力 P 与深度 H 的关系可以表示为下列直线关系： P=（2.03～10.13）H （1-14） 式中 P——距地表垂深 H 处煤层瓦斯压力，Kpa； H——垂深，m； ㈡瓦斯压力实测 测量瓦斯压力一般是在地质勘探钻孔中进行，或是在井下巷道中打钻孔测压，由于地勘测压工艺较复杂、 精度较低。所以生产中广泛采用井下巷道打钻测压法，其钻孔、封孔、测压施工要求为： 钻孔测压施工要求 表 1-9 步骤 技术要求 使用材料及设备 孔位 选择 打钻开口至煤层要有一定距离： 1． 砂岩、坚硬岩石＞3m； 2． 砂页岩、页岩＞5m； 钻孔要避开褶曲、断层和裂隙带 钻孔 1. 孔口要完整，并穿透煤层； 2. 孔口不宜过大，一般在 d42～75 ㎜ 岩石电钻 放入测压 管 1. 孔内岩粉必须清除； 2. 测压管不可紧靠孔壁一边，要适 当弯曲 1. 测压管一般采用紫铜管，直径 4～6㎜，如兼测透气性时，管径可采 用 8～12 ㎜； 2. 测压管开口处，包以铜网 封孔 1. 封孔深度不得小于 3m； 2. 打完钻立即封孔，封孔必须捣实； 3. 打入木楔时要注意不要把铜管压 扁 1. 封孔材料选用干硬黏土，孔口 0.5 米处要用水泥加固孔口； 2. 选用压力表最好在预计压力之内，以免中途换表 2.封孔测定瓦斯压力方法（见图 1-5） 6----压力表5--- 挡板4----木契3----测压管2----堵孔材料测量室1---- 封孔测定瓦斯压力图1-5 1 5 0.5米 ＞5米 三.煤层瓦斯含量计算 瓦斯含量是指煤层或岩层在自然条件下，单位重量或单位体积所含有的瓦斯量。瓦斯含量包括游离瓦斯 和吸附瓦斯两部分，影响瓦斯含量的因素有煤的吸附能力、瓦斯压力、温度等。 （一） 间接测定计算法 该类方法需在实验室作出吸附常数，在井下实测瓦斯压力，然后进行计算。由于实验室测出的 a、b 值 是根据干煤样测定出来的，而实际上水分对瓦斯吸附容量有很大影响，为此，公式（1-16）考虑了 1+0.31Wf 的修正系数。 计算公式： yxh WWW  (1-15) f ff X W AW bp abpW 31.01 1 1   (1-16)  pfWy n 2.10 (1-17) 式中 Wh——煤层瓦斯含量，m3/t； Wx——在瓦斯压力为 p、煤层温度为 t 时煤的吸附瓦斯量，m3/t； Wy——游离瓦斯量，m3/t； a ——吸附常数，表示在给定温度下，单位质量固体的表面饱和吸附气体的气体体积，m3/t，一般为 15～55 m3/t； b ——吸附常数，MPa-1，一般为 0.5～5 MPa-1； Wf ——煤中的水分，%； Af ——煤中的灰分，%； ƒn ——煤的孔隙率，%；参见表 1-10； γ——煤的容重，m3/t。 煤质与孔隙率关系 表 1-10 孔隙率 煤的牌号 挥发份 % 灰份 % 水分 % 比重 容重 t/m3 M3/t % 无烟煤 2.1~6.1 2~10 0.7~2.5 1.53~1.66 1.4~1.58 0.081~0.439 6~11.4 瘦煤 7.1~11.5 1.4~12 0.5~0.7 1.35~1.50 1.32~1.37 0.031~0.073 4.8~9.5 黏结煤 12.2~16.6 2.7~19 0.9~2.2 1.33~1.75 1.22~1.53 0.025~0.128 4.2~18.3 焦煤 18.1~25.9 2.5~22 0.5~3.0 1.26~1.54 1.22~1.44 0.017~0.114 2.2~14.9 肥煤 26.6~34.4 1.0~31 0.5~1.7 1.24~1.58 1.08~1.33 0.027~0.169 3.0~18.9 气煤 37.8~41.5 2.4~17 1.6~10.1 1.24~1.30 1.20~1.30 0.03~0.121 3.6~15.1 长焰煤 42~45.3 5.2~14 4.2~9.9 1.31~1.50 1.15~1.40 0.064~0.107 7.9~13.1 [例]打通一矿 6 号煤层实测 a=28.089m3/t、b=0.136MPa-1,p=1.47MPa,Wf=2.14%,Af=24.99%, ƒn=10.89%,γ =1.57t/m3,求 Wh=? 解： yxh WWW  f ff W AW bp abp 31.01 1 1    pfn 2.10 57.1 47.11089.02.10 0214.031.01 )2499.00214.01( 47.1136.02.101 47.1136.0089.282.10    tm /61.14 3 经计算，6 号煤层瓦斯含量为 tm /61.14 3 。 （二）由瓦斯含量系数 a 求煤层瓦斯含量 略。 [例]取样地点是地宗矿东二 1373 风巷，新鲜的干煤样，煤层温度 15.2℃，煤的容重γ=1.45g/cm 3,大气压力 Pd=0.1Mpa, 煤样重=42g,瓦斯含量罐体积 V=134cm3。试求煤层瓦斯含量系数？ 测得数据（测两次） P1=1.62Mpa, P2=0.85Mpa, P3=0.31Mpa Q1-2=965 cm3 , Q2-3=747cm3 将上列数值代入下式计算    GPP PPGVQPd 21 2121            (1-19) 第一次    4285.062.1 45.185.062.1 45.1 421349651.0          )/(3537.1 5.03 MPamm  第二次    4231.085.0 45.131.085.0 45.1 421347471.0          )/(699.1 5.033 MPamm  取瓦斯含量系数平均值，则 α=（1.537＋1.699）/2=1.618 m3/ m3·Mpa0.5 该方法的优点是直接采样、装佯，煤样的水分和煤层相同，注入罐中瓦斯就是煤层瓦斯，因而设备简单、 易行，两天可以测定结果。 ㈢经验公式计算煤层瓦斯含量 在无测定参数条件或要求精度不高的情况下，可用经验公式计算煤中的瓦斯含量。 1. 经验公式之一 100)31.01()(098.0 )100(5.65 146.0 fnr ff X WeVb p WAW       (1-20) Y n K PfWy 8.9  (1-21) 式中 Wx —— 煤的瓦斯吸附量，m3/t； Wf 、Af、Vr ——煤的水分、灰分、挥发分，%； P——实测瓦斯压力，Mpa； en ——温度系数，查表 1-12； e —— 自然对数底； n —— 0.02t/0.993＋0.007P; α——2.4＋0.21 Vr或查表； b ——1－0.004 Vr或查表； Wy——游离瓦斯量，m3/t； ƒn ——煤的孔隙率，%，查表 1-10； γ——煤的容重，t/m3 ； Ky——相当于煤层瓦斯压力下的瓦斯压缩系数，查表 1-14； T——温度，℃。 表 1-12 1/en值 温度（℃） 压力 （Mpa） 10 20 25 30 35 40 0.1 0.819 0.670 0.607 0.549 0.497 0.449 0.2 0.820 0.672 0.609 0.551 0.500 0.452 0.4 0.822 0.676 0.613 0.555 0.504 0.457 0.6 0.824 0.680 0.617 0.560 0.509 0.462 0.8 0.826 0.683 0.621 0.564 0.513 0.467 1 0.828 0.687 0.625 0.569 0.518 0.471 1.2 0.830 0.690 0.629 0.578 0.522 0.476 1.372 0.832 0.693 0.633 0.577 0.527 0.481 1.568 0.834 0.696 0.636 0.581 0.531 0.485 1.764 0.836 0.700 0.640 0.585 0.535 0.490 1.96 0.838 0.703 0.643 0.589 0.540 0.494 2.156 0.840 0.706 0.647 0.593 0.544 0.498 2.352 0.842 0.709 0.650 0.596 0.548 0.502 2.548 0.844 0.712 0.654 0.600 0.552 0.506 2.744 0.845 0.714 0.658 0.604 0.555 0.510 2.94 0.847 0.717 0.660 0.607 0.559 0.514 3.038 0.848 0.719 0.662 0.609 0.561 0.517 3.136 0.849 0.720 0.663 0.611 0.563 0.519 3.234 0.850 0.721 0.665 0.613 0.565 0.521 3.332 0.850 0.723 0.666 0.614 0.567 0.523 3.430 0.851 0.724 0.668 0.616 0.569 0.525 3.528 0.852 0.725 0.670 0.618 0.571 0.527 3.626 0.853 0.727 0.671 0.619 0.572 0.528 3.724 0.853 0.728 0.672 0.621 0.573 0.530 3.882 0.854 0.729 0.674 0.622 0.575 0.532 3.92 0.855 0.731 0.676 0.624 0.577 0.534 4.018 0.856 0.732 0.677 0.626 0.579 0.535 4.116 0.856 0.733 0.678 0.627 0.580 0.537 4.214 0.857 0.734 0.680 0.629 0.582 0.539 4.312 0.857 0.736 0.681 0.631 0.584 0.541 4.410 0.858 0.737 0.682 0.632 0.586 0.545 4.508 0.860 0.738 0.684 0.634 0.587 0.545 4.606 0.860 0.739 0.685 0.635 0.589 0.547 4.704 0.860 0.740 0.687 0.636 0.590 0.548 4.802 0.861 0.742 0.688 0.638 0.592 0.550 4.900 0.862 0.743 0.689 0.640 0.594 0.552 4.998 0.862 0.744 0.691 0.641 0.596 0.553 5.096 0.863 0.745 0.692 0.643 0.597 0.555 5.194 0.864 0.746 0.694 0.644 0.599 0.557 5.292 0.864 0.747 0.695 0.645 0.600 0.558 5.390 0.865 0.748 0.696 0.647 0.602 0.560 5.488 0.866 0.749 0.697 0.649 0.604 0.562 5.860 0.866 0.751 0.698 0.650 0.605 0.563 5.684 0.867 0.752 0.699 0.651 0.607 0.565 5.782 0.868 0.753 0.700 0.652 0.608 0.566 5.880 0.868 0.754 0.702 0.654 0.610 0.568 6.076 0.869 0.756 0.705 0.657 0.613 0.571 6.272 0.870 0.758 0.707 0.660 0.616 0.574 6.468 0.871 0.760 0.709 0.662 0.618 0.577 6.664 0.873 0.762 0.712 0.664 0.621 0.580 6.860 0.874 0.764 0.715 0.667 0.621 0.583 7.350 0.876 0.768 0.720 0.673 0.631 0.590 7.840 0.879 0.773 0.725 0.679 0.638 0.597 8.330 0.882 0.777 0.730 0.685 0.644 0.604 8.820 0.884 0.782 0.735 0.691 0.650 0.611 9.80 0.889 0.900 0.745 0.701 0.662 0.624 表 1-13 瓦斯含量系数值 Vr （%） 65.5 （Vr）0.146 α b 残存量 （m3/t） t=0℃ P=0.1MPa 1 65.5 2.61 0.996 18.20 2 59.0 2.82 0.992 15.50 3 55.3 3.03 0.988 13.80 4 53.5 3.24 0.984 12.60 5 51.8 3.45 0.980 11.70 6 50.5 3.66 0.976 10.90 7 49.4 3.87 0.972 10.20 8 48.4 4.08 0.968 9.60 9 47.6 4.29 0.964 9.06 10 46.8 4.50 0.960 8.57 11 46.1 4.71 0.956 8.14 12 45.5 4.92 0.952 7.75 13 45.0 5.13 0.948 7.40 14 44.6 5.34 0.944 7.08 15 44.1 5.55 0.940 6.78 16 43.7 5.76 0.936 6.50 17 43.2 5.97 0.932 6.25 18 42.9 5.18 0.928 6.02 19 42.6 6.39 0.924 5.81 20 42.3 6.60 0.920 5.61 21 42.0 6.81 0.916 5.42 22 41.7 7.02 0.912 5.24 23 41.4 7.23 0.908 5.07 24 41.4 7.44 0.904 4.92 25 40.9 7.65 0.900 4.78 26 40.7 7.86 0.896 0.64 27 40.5 8.07 0.892 4.52 28 40.3 8.28 0.888 4.39 29 40.1 8.49 0.884 4.27 30 39.9 8.70 0.880 4.16 31 39.7 8.91 0.876 4.05 32 39.5 9.12 0.872 3.95 33 39.3 9.33 0.868 3.85 34 39.1 9.54 0.864 3.76 35 38.9 9.75 0.860 3.67 36 38.7 9.96 0.856 3.58 37 38.6 10.57 0.852 3.50 38 38.4 10.38 0.848 3.42 39 38.3 10.59 0.844 3.35 40 38.1 10.80 0.840 3.28 表 1-14 瓦斯压缩系数（Ky）值 T（℃） P （MPa） 0 10 20 30 40 50 0.1 1.0 1.04 1.08 1.12 1.16 1.20 1 0.97 1.02 1.06 1.10 1.14 1.18 2 0.95 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16 3 0.92 0.97 1.02 1.06 1.10 1.14 4 0.90 0.95 1.00 1.04 1.08 1.12 5 0.87 0.93 0.98 1.02 1.06 1.11 6 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05 1.10 7 0.83 0.88 0.93 0.98 1.04 1.09 [例] 某矿井煤层 Wf=3.1% 、Af=1.9%、Vr=14.1% 、P=1.47 MPa 、t=20℃、γ=1.4 t/m3，求瓦斯含量？ 解： 100)31.01()(098.0 )100(5.65 146.0 fnr ff X WeVb p WAW       式中，查表 1-12，1/en=0.96 查表 1-13， 5.44 )( 5.65 146.0 rV α=2.4＋0.21×14.1=5.36 b=1－0.004×14.1=0.94 tm e W n X /5.11 100)1.331.01(10.1494.0 47.1 525.0 )1.39.1100(5.65 3 146.0       根据 Vr查表 1-10，ƒn=6，根据压力 P查表 1-14，Ky=1.05。 tm K PfWy Y n /6.0 4.105.18.9 47.16 8.9 3   最终求得煤层瓦斯含量 Wh= Wx＋Wy= 11.5＋0.6=12.1 m3/t 2.经验公式之二 当挥发分 Vr小于 15%时可用下式： t P BfWAPVttW n frr X 004.034.0 12.10 )](01.01[])(54.8719.00016.0[2.10 0 55.02    (1-22) 当挥发分 Vr在 15%～40%时可用下式： t P BfWAPVttW n frr X 004.034.0 12.10 )](01.01[)2.02319.00016.0(2.10 0 2   (1-23) Wy= ƒn×10.2P/Ky （1-24） 式中 Wx————在 P、t 条件下的吸附瓦斯量，m3/t； Wy————在 P、t 条件下的游离瓦斯量，m3/t； Af ————煤中灰分，%； Wf————煤中水分，%； ƒn ————孔隙率，%； B0————水分对吸附能力影响系数， B0=P/（0.098×0.9792），一般取 1。 3. 经验公式之三 该公式一般用来计算残余瓦斯量。 当挥发分 Vr小于 21%时用下式： Pf PC PBAtWh yt   2.10 )002172.0(2.101 )0003835.0(2.10 2 (1-25) 当挥发分 Vr大于 21%时用下式： Pf PtC PtCWh y  2.10 )00218.0(2.101 )00218.0(53.152.10 1 1 (1-26) 式中 Wh——在 P、t 条件下的煤的瓦斯含量，m3/t； ƒy ——煤单位重量的孔隙容积，m3/t，见表 1-15； A、B、C、C1——系数，见表 1-16。 表 1-15 煤的孔隙容积 Vr （%） <5 5～9 9～17 18～30 >30 ƒy 0.10 0.09 0.07 0.06 0.09 表 1-16 A、B、C 系数 系数 挥发分 Vr % A B C 3.0 0.1683 15.770 0.3689 3.5 0.1603 14.634 0.3664 4.0 0.1537 13.703 0.3639 4.5 0.1482 12.922 0.3614 5.0 0.1435 12.250 0.3588 5.5 0.1393 11.665 0.3563 6.0 0.1356 11.166 0.3538 6.5 0.1323 10.684 0.3513 7.0 0.1293 10.267 0.3488 7.5 0.1265 9.888 0.3463 8.0 0.1240 9.542 0.3437 8.5 0.1216 9.224 0.3412 9.0 0.1195 8.928 0.3387 9.5 0.1174 8.652 0.3362 10.0 0.1155 8.395 0.3337 11.0 0.1120 7.929 0.3286 12.0 0.1083 7.514 0.3236 13.0 0.1059 7.143 0.3186 14.0 0.1032 6.803 0.3136 15.0 0.1008 6.494 0.3085 16.0 0.0985 6.212 0.3035 17.0 0.0963 5.949 0.2985 18.0 0.0942 5.700 0.2934 19.0 0.0923 5.470 0.2884 20.0 0.0904 5.255 0.2834 21.0 0.0886 5.052 0.2783 22.0 0.2733 23.0 0.2683 24.0 0.2632 25.0 0.2582 26.0 0.2532 27.0 0.2481 28.0 0.2431 29.0 0.2381 30.0 0.2330 31.0 0.2280 32.0 0.2230 33.0 0.2179 34.0 0.2129 35.0 0.2079 36.0 0.2029 37.0 0.1978 38.0 0.1928 39.0 0.1878 40.0 0.1827 41.0 0.1777 42.0 0.1727 43.0 0.1676 44.0 0.1626 45.0 0.1576 四．瓦斯储量计算 矿井瓦斯储量，是指井田开发过程中，受采动影响能够排放瓦斯的煤层（包括不可采煤层）所储存的瓦 斯量。 W=W1＋W2＋W3 （1-27） 式中 W ——矿井瓦斯储量， Mm3； W1——矿井可采煤层瓦斯储量，Mm3；    n i iiWAW 1 111 (1-28) A1i——矿井 i可采煤层的地质储量，Mt； W1i——矿井 i可采煤层的瓦斯含量，m3/t； W2——受采动影响后能够向开采空间排放的各不可采煤层的瓦斯储量，Mm3；    n i iiWAW 1 222 (1-29) A2i——受采动影响后能够向开采空间排放的 i不可采煤层的地质储量，Mt； W2i——受采动影响后能够向开采空间排放的 i 不可采煤层的瓦斯含量，m3/t； W3——受采动影响后能够向开采空间排放的围岩瓦斯储量，Mm3，实测或按下式计算： W3= K（W1＋W2） （1-30） 式中 K——围岩瓦斯储量系数，一般取 K=0.05～0.20。 如果要计算某区域（水平、采区、工作面等）的瓦斯储量，方法同上，但要将 A1i 、A2i 、W1i 、W2i变为 所计算区域的煤层储量和煤层瓦斯含量。 五．瓦斯涌出量计算 瓦斯涌出量是指在生产过程中，矿井或采区涌出的瓦斯数量，主要由回采、掘进、采空区三部分瓦斯组 成。 (一） 回采、掘进及采空区瓦斯涌出量 1. 回采瓦斯涌出量 1） 开采单一煤层时的回采瓦斯涌出量计算（不考虑邻近层的瓦斯涌出量） hpf WKq  (1-31) 式中 fq ——— 开采本煤层瓦斯涌出量， tm /3 ；  ——— 机械化程度系数，联合采煤机和风镐采煤时等于 1.0，截煤机掏槽落煤等于 1.2。 pK ——— 瓦斯释放系数，即计算的瓦斯涌出量对煤层瓦斯含量的比例，由图 1-9 查。 hW ——— 煤层瓦斯含量， ;/3 tm Vr 图1-9 瓦斯放出计算系数值曲线 2） 多煤层条件下回采瓦斯涌出量 (1) 有邻近层的回采瓦斯涌出量计算之一：0 qƒ= Kw·qc ＋qh＋qs＋ qx (1-32) 式中 qƒ ——采煤时瓦斯涌出量， m3/t； Kw ——围岩瓦斯系数，一般取 1.2； qc ——采出煤中的瓦斯含量，m3/t，其计算公式见式（1-33）； qh ——开采层由于回采率不高而产生的附加瓦斯涌出量，m3/t， 其计算公式见（1-34） qs、qx ——分别为顶、底板邻近层及不可采夹层泄出的瓦斯量，m3/t， 其计算公式见式（1-35）及（1-36）。 qc=Wh-Wc (1-33) 式中 Wh ——邻近层的瓦斯含量，m3/t； Wc ——邻近层的残存瓦斯含量，m3/t，可按表 7-1 选取。 hh WC CbQ  100 (1-34) 式中 b——考虑丢失在井下煤中瓦斯涌出程度系数，取 0.6～0.8； C——丢煤百分率，%。 )( 0 0 ch s ss WWm mb hL Lq  