煤矿卸压孔怎么规定的

1.预防突出的区域性措施——开采保护层

开采具有煤和瓦斯突出危险的煤层群时，预先开采无突出危险或危险性较小的煤层，使有突出危险的煤层卸压，大量泄出瓦斯，从而使其减弱或失去煤和瓦斯突出危险。这种预先开采的煤层称为保护层，被解除煤和瓦斯突出危险的煤层称为被保护层

2.预防煤和瓦斯突出的局部性措施

1)超前钻孔。在煤巷掘进工作面的前方，打直径为75—300mm的钻孔，排放瓦斯，并在钻孔周围形成卸压带，以防止发生突出。一般钻孔深15—20m。超前钻孔常用于煤层较厚，赋存稳定，煤质较软，透气性较好的情况下。但在打钻时，易出现夹钻、垮孔、甚至孔内突出等现象。

2)水力冲孔。在进行采掘工作之前，使用高压水射流，在有突出危险的煤层(或石门揭煤)中，冲出若干直径较大的孔洞。冲孔过程中可排出大量瓦斯和一定数量的煤炭，因而在煤体中形成局部卸压区域，在这个区域内，则可防止发生突出。水力冲孔常用于石门揭煤、煤层巷道掘进和回采工作面。在石门揭煤时，采用水力冲孔在工作面前方应保留3～5m的安全岩性。

3)震动性放炮。为了诱导突出所采用的一种特殊放炮方法。当井巷要揭开突出危险煤层时，在工作面布置较多的炮眼，装较多的炸药，以强力全断面一次爆破，瞬间揭开突出煤层。借助放炮时产生的强烈震动力使煤层中潜能和瓦斯得到迅速释放，从而达到人为的诱导突出的目的。震动性放炮时，除采取其他一定措施外，还应将井下人员撤到地面，在地面起爆。为了减少影响生产，一般都在交接班时进行。

煤层注水是通过钻孔，将压力水和水溶液注入煤体，增加水分，以改变煤的物理力学性质，可减少煤尘的产生，还可减少冲击地压，煤与煤层气突出和自燃发火。

煤层注水按钻孔深度分深孔注水和浅孔注水。

深孔注水是在回采工作面前方进风巷或回风巷沿煤层倾斜平行于工作面打孔，孔深一般为工作面斜长的2/3，孔径75～100mm。用水泥浆或橡胶封孔器封孔后，即可开始注水。与浅孔注水相比，深孔注水成本较高，打钻较困难，只适用于中厚与厚煤层。优点是预湿范围大，能充分湿润，而且不影响采煤工作。但在有些矿区，由于煤层没有受到破坏，注水较困难，注水量小。

介绍煤矿井下瓦斯爆炸事故时有发生，因此社会各界对煤矿井下瓦斯抽采技术给予了更多的关注。同时，也对煤矿瓦斯抽采技术提出了更高的要求。因此，应该采用更加有效和创新的方法来提高煤矿瓦斯抽采率，尽可能地降低煤矿瓦斯含量和瓦斯涌出量，这对实现煤矿井下作业的稳定和安全起着至关重要的作用，也对煤矿安全生产起到积极的促进作用。1煤矿瓦斯抽采的必要性1.1有助于实现煤矿安全运营而COCH4是气体的主要成分，遇明火会造成严重的爆炸事故。同时，工人吸入大量co后，会发生窒息，威胁生命安全。然而，在煤炭资源开采中，通常会涌出大量的瓦斯。当掘进工作面瓦斯涌出量大于5m3/min，采掘工作面瓦斯涌出量大于5m3/min时，煤炭资源开采的危险性就会增加。此时，必须综合运用井下临时抽放系统和地面永久抽放系统，抑制大量涌出的CO和CH4，确保工作人员在特定时间内将瓦斯完全排出，提高煤炭资源开采的安全性。1.2有利于减少环境污染煤层气是煤层形成过程中的伴生产物。煤层开采或掘进过程中排放的瓦斯不仅对矿井安全生产构成威胁，而且破坏地球大气臭氧层，污染大气环境。同时，天然气是一种优质能源。利用提取的瓦斯可以变害为利，不仅可以改善能源结构，还可以减少环境污染。1.3有利于燃气能源的综合利用从天然气作为新能源的角度来看，有必要对天然气进行开采。燃气是一种优质资源，基本不含硫，燃烧后产生的污染物很少。它的废气是一种气体肥料，可以增加植物的光合作用。因此，在合理利用煤矿瓦斯抽采技术的背景下，可以实现瓦斯资源的有效收集，对于提高瓦斯能源的综合利用率具有重要意义。2煤矿瓦斯抽采技术的发展2.1高透气性煤层瓦斯抽采阶段20世纪50年代初，抚顺高渗透特厚煤层首次采用井下钻孔预抽煤层气，获得成功，解决了抚顺矿区深部开发过程中的瓦斯安全问题，抽采的瓦斯也作为民用燃料。2.2邻近层卸压瓦斯抽采阶段20世纪50年代中期，在煤层开采矿井中，阳泉矿区首次成功进行了跨层钻孔抽采上邻近层瓦斯的试验，解决了煤层开采首采工作面瓦斯涌出量大的问题。此后，在阳泉成功应用顶板瓦斯收集巷(高抽巷)技术抽采上邻近层瓦斯，抽采率达到60~70%。20世纪60年代以后，邻近层卸压瓦斯抽放技术在我国得到了广泛的推广和应用。2.3低透气性煤层加强瓦斯抽采阶段在我国一些透气性差的高瓦斯煤层和具有突出危险性的煤层中，普通布孔预抽瓦斯效果不理想，煤层开采中瓦斯威胁难以消除。因此，从20世纪60年代开始，人们试验研究了多种强化抽采煤层气的方法，如煤层注水、水力压裂、水力割缝、松动爆破、大直径(扩孔)钻孔、网格状密集布孔、预裂控制爆破、交叉布孔等。在这些方法中，大部分都取得了实验区增加瓦斯抽采的效果，但仍处于实验阶段，没有得到广泛的推广应用。2.4综合瓦斯抽采阶段所谓综合瓦斯抽采，就是在一个采区内，综合运用采前煤层瓦斯抽采、卸压同时邻近层瓦斯抽采、采后采空区瓦斯抽采等多种方法，达到最高的瓦斯抽采量和抽采率。20世纪80年代以来，随着综采、综采、综放开采技术的发展和应用，改变了采区巷道布置，加快了开采推进速度，加大了开采强度，使得工作面特别是有邻近层的工作面瓦斯绝对涌出量大大增加。

期刊分类查询都在期刊库中。为了解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、涌出量大的问题，必须结合矿井地质条件进行瓦斯综合抽采。3煤层瓦斯抽采技术3.1本煤层未卸压抽放。决定无压层抽采效果的关键因素是煤层的自然透气性(瓦斯抽采难易程度表分为三类，容易、可行、困难)。瓦斯涌出量大的煤层煤巷掘进可采用边抽边掘或先抽后掘的抽采方法。(预泵送)本煤层预抽瓦斯是在不卸压的情况下钻入原煤体进行瓦斯抽采。不卸压预抽本煤层瓦斯的方法有:(1)岩巷揭煤时，煤层施工中有岩巷钻孔进行排水。(2)煤巷掘进时，在煤巷掘进工作面钻超前钻孔进行排水。(3)矿区大面积预抽时，顺层钻孔、跨层钻孔、地面钻孔等。将被建造。特点:跨层钻孔施工方便，可长时间预抽。顺层钻孔往往受开采接替限制，抽水时间不长，影响抽水效果。3.2卸压钻孔和排水在采动或开挖的影响下，煤层和围岩应力重新分布，形成卸压和应力集中压力。卸压过程中，煤层膨胀变形，透气泵数量增加。在这个区域钻孔抽采瓦斯可以提高抽采量。本煤层卸压开采分为:(1)从煤巷或岩巷两侧向煤层周围施工钻孔，进行掘抽。(2)由开采层运输巷、回风巷等组成。要在卸压施工钻孔前进行工作。(3)岩石巷道、煤闸门等。应分层施工至开采层，沿层钻孔开采和抽水。特点:掘抽特性可以控制掘进巷道煤层赋存，提前预抽瓦斯，降低瓦斯压力。防止了瓦斯动力现象，保证了煤巷的安全掘进，边采边抽的特点，利用工作面前方卸压带透气性增大的有利条件，提高了抽采率。3.3本煤层瓦斯抽采存在的问题该煤层瓦斯抽采单孔抽采流量小，煤层透气性差时钻孔工程量大。在巷道掘进过程中，由于瓦斯涌出量大，掘进难度大。因此，应提前在采区采取措施，也可在地面进行本煤层的超前预抽钻孔。4瓦斯抽采技术的发展趋势4.1高透气性瓦斯开采技术所谓高透气性瓦斯开采技术，是指瓦斯抽采技术中最早的技术。在初次勘探开采过程中，该技术可以在厚煤层结构中进行钻孔，从而在开采过程中获得高质量的安全效果。同时，在开采中使用该技术可以有效解决煤矿深部的瓦斯安全隐患。确保开采出来的瓦斯能够为人们的日常生活和工作提供有价值的能源，并且因为这项技术的发展，促使各地区有效地使用这项技术，在一定程度上有效地提高了我国煤矿开采的安全特性。4.2低渗透煤矿强化排水由于一些煤矿透气性差，盲目采用瓦斯抽采方法，必然达不到预期的工作效果，难以降低瓦斯对开采的威胁。因此，在此背景下，各种强化瓦斯抽采方法逐渐显露出来，如水力压裂、煤层注水、交叉布孔等。虽然有很多方法可以有效提高瓦斯抽采效果，但在实际工作中并没有得到推广。5结束语总之，随着科研和经验的增加，煤矿开采过程中的瓦斯抽采技术也在不断发展进步，新的瓦斯抽采技术不断涌现，并已应用于煤矿生产，取得了良好的效果。但从瓦斯抽采技术的发展来看，未来的研究仍以局部防突为主，通过先抽后采与区域防突相结合的方法，可以达到根治瓦斯，保障煤矿安全生产的目的。

王凤林

基金项目:国家重点基础研究计划(973计划)(2009CB219606)“煤层气开发井间干扰机理与开发方式优选”

作者简介:王凤林,男,1977年9月生,主要研究方向地球信息科学和煤层气勘探开发E-mail:wangfl@nccbm.com.cnTel:13691052123

(中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司,北京 100095)

摘要:我国高瓦斯矿井居多,目前井下瓦斯抽采难以满足煤炭企业快速发展的需要,本文在系统研究国内外煤矿区煤层气开发技术现状的基础上,结合我国煤矿煤层气储存及涌出特征,运用现代油气田开发以及煤矿煤层气开发的最新理论与研究成果,在采气采煤联合开发模式的基础上,提出在煤矿废弃矿井/永久采空区采用地面直井地面垂直井钻井技术进行地面间歇式负压抽采采,在煤矿采动影响区采用定向长水平钻井技术进行负压抽采煤层裂隙带,实现一井两用,提高煤层气开发效果,同时降低开采成本在煤矿开采规划区利用远端对接U型井,实现规划阶段未采区煤层抽采、采动阶段二次完井裂隙带抽采、在采空区阶段进行间歇式抽采,实现一井三用,提高煤层气开发效果。该项技术的研究即提高煤层气的开发效果,又有效降低煤矿区的瓦斯突出和爆炸的危险,极大提高了煤炭生产的安全性。

关键词:煤矿区 煤层气 间歇式抽采 采动区 裂隙带

Coal Mining Area Coal Seam Gas Development Technology on the Ground

WANG Fenglin

(China United Coalbed Methane National Engineering Research Center Corporation Limited,Beijing, 100095)

Abstract: China's high gas coal mine, and at present, underground drainage to meet the needs of the rapid development of the coal enterprises.For this purpose,this article studies the system of CBM development technolo- gy on the basis of the domestic and foreign current situation, with China's Coal Seam Gas Storage and emission characteristics and application of modern oil and gas field development and the latest theories and research of coal -bedgas development, abandons the mine pit/permanent worked-out section in the coal mine to use ground vertical shaft technology to carry on the ground intermittence type negative pressure to pull out picks, picks in the coal mine moves the influence area to use the directional long horizontal well drilling technology to carry on the negative pressure to pull out the mining coal lamination crack belt, realizes a well dual purpose, enhances the CBM development effect, simultaneously reduces the production costDocks the U well in the coal mining plan- ning area using the far-end, realizes the plan stage to pull out the mining coal level,to pick moves the stage two well completions to pull out picks the crevasse belt, to carry on the intermittent type in the worked-out section stage to pull out picks,realizes a well three to use, to enhance the CBM development effect.This technology' s research namely enhances the development effect which the coal bed was mad,also reduces the coal mine area the gas to be prominent effectively and the detonation danger,enhanced the coal production security enormously.

Keywords: Coal mining areaCBMthe intermittent type pulls out picksMining subsidence area cre- vasse belt

1 概述

我国煤矿区煤层气资源丰富,也是研究治理煤层气较早的国家,目前除淮南、铁法等矿区采用地面抽采配合井下抽放的技术外,其他矿区主要采用的还是井下抽放技术。井下抽放技术存在的主要问题是:采用被动式抽放,预抽量和预抽时间严格受煤炭产量控制气体最终采收率低,“边采边抽”模式造成瓦斯安全事故频发气产品质量低,一般甲烷浓度在30%~50%气资源浪费大,我国每年因采煤释放到大气甲烷超过150亿m3,其中通过抽放能被利用的量极为有限对环境破坏大,是重要的温室气体。

为此加大煤矿区煤层气地面开发技术的研究成为当前科技工作者研究的重要课题,本文在系统研究国内外煤矿区煤层气开发技术现状的基础上,提出针对煤矿区不同开采阶段的煤层气开发技术。

2 国内外煤矿区地面煤层气开发技术现状

2.1 美国煤矿区地面煤层气开发技术现状

美国煤矿区通过采煤前预抽煤层气和采空区燃烧煤层气。针对不同地质条件下煤层渗透性、力学性质、井壁稳定性,形成了一套煤层气采前抽开发技术系列,主要包括:压裂开采、裸眼洞穴完井开采、羽状多分支水平井开发等出于环保、卫生和安全原因的考虑,美国形成了控制下的采空区煤层气安全燃烧技术。

2.2 澳大利亚煤矿区地面煤层气开发技术现状

为了减缓温室气体的排放、增加清洁能源,煤层气的抽采和利用得到澳大利亚采矿公司和能源生产商的重视,双方共同制定煤炭和煤层气矿权重叠的解决方案。不同阶段井位部署方案:(1)短期煤层气井部署:煤层内抽排系统连通地表煤层气抽排管路为便于煤炭更好的开采采用地表水平定向井(2)中期煤层气井部署:为便于煤炭更好的开采采用地表水平定向井(3)长期煤层气井部署:为实现煤层气商业化生产设计地表水平定向井。

煤层气地面开发井的设计采用了地质导向井的施工方法,首先在预抽工作面的合适位置施工一口垂直井,并将煤层孔段扩大到1.5~2.0m,然后下入筛管,筛管和扩大了的井壁之间填入砾料。这种垂直井的井身结构如图1所示。垂直井施工结束后,沿工作面方向向这口垂直井打中曲率半径(曲率半径200m左右)的定向井,进入煤层后沿煤层钻进,快接近垂直井时在垂直井的煤层孔段放入电磁信号源,装在水平孔定向钻具前端的导向系统接收其信号,测量水平孔的钻孔轨迹,并测出水平孔的钻孔轨迹和垂直井扩大段的相对位置和距离,指导水平孔的定向钻进,确保水平孔在煤层扩大段和垂直井对接,其过程如图2所示。

图1 垂直井井身结构示意图

图2 水平井和垂直孔贯通示意图

2.3 淮南煤矿区地面煤层气开发技术现状

淮南矿区是我国大型煤炭基地之一,也是全国煤矿瓦斯涌出量和抽放量高、瓦斯抽放利用最好的矿区之一。开采卸压层时,采用地面钻井抽采采动区卸压瓦斯。钻井一般布置在工作面的中部,钻井间距300m左右,单井流量5~18m3/min,浓度50%~95%,单井抽放纯瓦斯可达200万m3以上。采用地面钻井抽采采空区瓦斯时,钻井一般布置在距工作面回风巷30~50m左右,钻井间距120m左右,单井流量3~8m3/min,浓度30%~80%,单井抽放纯瓦斯可达100万m3以上[1]。

2.4 晋城煤矿区地面煤层气开发技术

晋城煤矿区采气采煤一体化开发技术路线:通过实施地面钻井、井下顺煤层长钻孔预抽、边采(掘)边抽、采空区抽放相结合的单一中厚煤层瓦斯综合治理模式,布置地面抽采钻井,从钻井密度上讲:一要考虑单井的抽采效果二要考虑允许抽采的时间三要考虑使煤层瓦斯均匀地降低,不留下局部瓦斯含量仍大、压力仍高,有突出危险的隐患[2]。

3 煤矿区地面煤层气开发技术

随着开采深度和集约化生产程度的迅速提高,地质条件越来越复杂,井下抽采难以满足煤炭企业快速发展的需要,煤矿区煤层气开发已成为制约矿井安全高效生产的关键因素。从时间上,煤炭企业的开发分为废弃矿井、永久采空区、采动区、规划区四个阶段[3]。根据不同阶段煤层气的富集规律,运用现代油气田开发技术,设计了相应的煤矿区煤层气开发技术。

3.1 废弃矿井/永久采空区煤层气开发技术

在废弃矿井和永久采空区内,煤层卸压更为充分,开采层内剩余煤和邻近煤层解析的煤层气涌入。该区域内的煤层气主要是游离气和吸附气。游离气主要分布于采空区范围内,向上向下随着裂缝的减少,游离气含量减少。根据负压抽放原理,使吸附气从煤层内解析,成为游离状态,并和原来的游离气一起沿可能的通道向外扩散运移。

根据该区域煤层气富集特点,采用地面垂直钻井,利用水环真空泵进行间歇式负压抽采,如图3所示。钻井采用二开(一开:钻头Φ311.1mm,套管Φ244.5mm二开:钻头Φ215.9mm,套管Φ139.7mm),完钻层位煤层上2~5米。排采设备采用水环真空泵。排采中注意:(1)控制抽采负压,保证抽采质量(2)定期检查,采样对气体进行分析测定,防止自燃发火。

图3 采空区直井负压抽采

图4 采动区水平井

3.2 采动区煤层气开发技术

受煤炭开采活动的影响,从纵向上看,在开采层的上部依次出现冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。冒落带与采空区漏风带相连,不易进行煤层气抽采。裂隙带位于冒落带上方,是抽采上邻近层煤层气的最佳地带。弯曲下沉带位于裂隙带上方,一般可达地表,由于距开采层较远,仅在靠近裂隙带的弯曲变形带还能有较好的抽采效果。在平面上考虑通风负压的作用,采动区的煤层气主要集中在靠回风巷一侧。

根据采动区煤层气富集规律,在该区域设置单主支的水平井,平面布置如图4所示,在回风巷1/3~1/2工作面宽度处。采用三开完井(一开:钻头Φ311.1mm,套管Φ244.5mm二开:钻头Φ215.9mm,套管Φ139.7mm三开:钻头Φ120.6mm,筛管Φ101.6mm),完钻在煤层顶板上的靠近冒落带的裂隙带内,具体根据矿井实际数据应用三带计算公式确定。该区域钻井注意在工作面初次来压之前施工,以确保井身结构稳定排采注意对通风的影响,以及顶板水进入井筒形成水幔抑制抽采效果。总之,在该区域施工地面钻井要做好风险分析和经济效益分析。

在回采工作面采煤完成后,形成永久采空区,该井可以继续对采空区进行间歇式抽采,实现一井两用。

3.3 规划区煤层气开发技术

根据煤层气水平井的寿命8年,在煤矿的8年规划区外,双方生产没有交叉,采用常规的煤层气井钻井、排采技术为配合煤炭企业将高瓦斯矿井降为低瓦斯矿井,减少瓦斯灾难。在8年煤炭开采规划区内施工U型井,采用远程对接,如图5所示。

该U型井采用三开完井(一开:钻头Φ311.1mm,套管Φ244.5mm二开:钻头Φ215.9mm,套管Φ139.7mm三开:钻头Φ120.6mm,筛管Φ101.6mm)。为避免套管对煤层开采的影响,直井段煤层段下入玻璃钢管。当回采面距生产井200m时,提前在套管内下木塞,木塞高度为(冒落带+三分之一裂隙带),在木塞之上进行射孔。当回采面距生产井200m之前,采用排水降压的方式当回采面距生产井200m之前,采用负压排采的方式当回采面变为永久采空区时,采用间歇式负压排采,最终实现一井多用,延长煤矿区地面井的排采周期。

4 结论

根据我国煤矿区煤层气开发利用现状、储存及涌出特征,运用现代油气田开发以及煤矿煤层气开发的最新理论与研究成果,提出煤矿废弃矿井/永久采空区、采动区和规划区不同阶段的煤层气开发技术,即:(1)利用煤炭开采卸压,进行采空区地面直井钻井,筛管完井,采用间歇式负压抽采(2)在采动区,利用采掘工作的超前压力,开采卸压,在顶板回风巷侧运用地面单支水平井进行负压抽采(3)在8年规划区内,使用两主支的远程对接U型井,回采面距生产井200m之前,采用排水降压的方式当回采面距生产井200m之前,采用负压排采的方式当回采面变为永久采空区时,采用间歇式负压排采。只要煤炭和煤层气两个产业坚持总体规划,先采气、后采煤,煤层气的开采兼顾后续煤炭的开采的原则,就能从根本上杜绝煤矿安全事故,最大限度利用资源、保护环境,可以收到良好的安全效应、资源效应、环境效应和社会效应。

图5 规划区煤层气开发技术

参考文献

[1]袁亮.2010.瓦斯治理理念和煤与瓦斯共采技术[J],中国煤炭,(06):5~12

[2]何辉,苏丽萍.2008.煤矿区“采气采煤一体化”的理论与实践探讨[C],2008年煤层气学术研讨会

[3]王凤林,徐祖成,胡爱梅.2010.采气采煤协调发展[J],煤矿安全,(10):100~101

[4]田文广,李五忠,周远刚等.2008.煤矿区煤层气综合开发利用模式探讨[J],天然气工业,(28):87~89

[5]李国君,刘长久.2005.铁法矿区地面垂直采空区井技术[J],中国煤层气,(2):7~10

影响煤炭自燃发火的因素

决定矿井或煤层自燃发火危险程度的因素一是煤的自燃发火倾向性，二是地质采矿技术。

影响煤炭自燃的内因

煤的变质程度 各种牌号的煤都有发生自燃的可能，但在褐煤矿井，煤化程度低的一些煤层自燃发火次数要多一点。烟煤矿井以开采煤化程度最低的长焰煤和气煤的自燃危险性较大，贫煤则较少。在煤化程度较高的无烟煤矿井自燃发火较少见。所以可以认为，煤化程度较高的煤，自燃倾向性越小。但决不能以煤化程度作为判定自燃倾向性大小的唯一标志。因为生产实践证明，煤化程度相同的煤有的具有自燃特性，有的却不自燃。

煤的水分 煤中的水分是影响其氧化进程的重要因素，在煤的自热阶段，由于水分的生成与蒸发必然要消耗大量的热。煤体中外在的水分没有全部蒸发之前很难上升到100%，这就是水分大的煤炭难以自燃的原因。但是，煤中的水分又能充填于煤体微小的孔隙中，把氮气，二氧化碳，甲烷等气体排除，当干燥以后对煤的吸附起活化作用。水分的催化作用随煤温的增高而增大。所以地面煤堆在雨雪之后容易发生自燃，井下灌浆灭火，疏干之后自燃现象更为严重。

煤岩成分 煤的岩石化学成分有丝煤、暗煤、亮煤和镜煤。它们有不同的氧化性，其中丝煤含量越多，自燃倾向性就越强；相反，暗煤含量越多，越不易自燃。

煤的含硫量 同牌号的煤中，含硫矿物越多，越易自燃。

煤的孔隙率和脆性 煤炭孔隙率越大，越易自燃。这是因为孔隙率越大，氧气越易渗入煤体内部。变质程度相同的煤，脆性越大，越易自燃。因为煤的脆性大小与该种煤炭是否易于破碎和形成煤粉有关。完整的煤体一般不会发生自燃，一旦呈破碎状态则使煤的吸氧表面积增大，着火点明显降低，使其自燃性显著提高。

煤层瓦斯含量 瓦斯通常是以游离状态和吸附状态存在于煤体中，这两种瓦斯是以压力状态存在的，吸附瓦斯在煤体卸压、温度上升等客观条件影响下，可以产生解吸现象，吸附瓦斯转变成游离瓦斯，具有流动性。因此，处于原始状态的瓦斯或以压力状态存在的瓦斯对侵入煤体中的空气具有抑制作用，是防止煤自燃的有利因素。

影响煤炭自燃的外因

煤炭自燃的外在条件决定于煤炭接触到的空气量和外界的热交换作用，这两个因素与煤层的埋藏条件和其开采方法有着错综复杂的联系，其中外在因素有：

地质因素： ①倾角。煤层倾角越大，自燃危险性就越大。因为开采急倾斜煤层时，煤炭回收率低、采区煤柱易被破坏、采空区不易封锁。②煤层厚度。煤是不良导体，煤层越厚，越易积聚热量，所以，厚煤层易发火。③地质构造。在有地质构造的地区，自燃危险性加剧。地质构造复杂的地区，包括断层，褶皱发育地带，岩浆入侵地带，自燃发火频繁。这是由于煤层受张力、挤力、裂隙大量发生，煤体破碎，吸氧条件好造成的。

开采技术因素: ①开拓方式。实践经验表明，采用石门，岩巷开拓，少切割煤层少留煤柱时，自燃发火的危险性就降低了。厚煤层开采岩巷进入采区，便于打钻注浆，有利于实现预防性或灭火灌浆。②采煤方法。采煤方法对自燃发火的影响主要表现在煤炭回收率的高低、回采时间的长短上。丢煤越多，丢失的浮煤越集中，工作面的推进速度愈慢愈益发现火灾。③通风条件。通风因素的影响主要表现在采空区，煤柱和煤壁裂隙漏风。漏风就是向这些地点供氧，促进煤的氧化自燃。采空区面积大，漏风量相当可观，但风速有限，散热作用低。

（一）煤炭储量

矿井煤层气资源计算时，采动区采用保有储量，未采动区采用煤炭探明储量，保有储量具有动态变化特征。保有储量根据“三量”的动态变化求得，即：

M保有＝M探明—M产量—M损失

式中：

M保有——煤炭保有储量，t

M探明——煤炭探明储量，t

M产量— —来自计算单元的煤炭累计产量，t

M损失——煤炭损失量，t。

（二）采动区动态含气量

1.数值模拟

煤矿井巷开拓和煤炭生产改变了煤层的地应力场、流体压力场，打破了煤层内游离气、吸附气和水溶气之间的动态平衡关系。煤矿采动区因为煤层卸压，裂隙张开或形成新的裂隙；因为矿井通风，井巷瓦斯与暴露煤壁瓦斯间连续出现瓦斯压力差和甲烷浓度差，煤层气发生解吸，并在浓度梯度、压力梯度作用下向巷道或工作面扩散、渗流。随着巷道和采煤工作面的连续推进，采动区内煤层的含气量、透气性、储层压力等均呈现出动态变化特征。本次煤矿区煤层气资源评价基于矿井瓦斯涌出量、瓦斯抽放、瓦期压力测定及有限元数值模拟等有关研究成果，对煤矿采动区内煤层动态含气量进行了数值模拟。

煤矿采动区可划分为本煤层采动影响区（水平采动影响区）、邻近层采动影响区（垂向采动影响区）和煤炭资源残留区。

（1）本煤层采动影响区

本煤层采动影响区包括掘进巷道和采煤工作面导致的采动影响区。影响区内煤层动态含气量与煤壁暴露时间（或采煤工作面推进速度）和距暴露煤壁的距离有关，任何一点的流速、流向和瓦斯压力均随时间的变化而变化，即为非稳定流场，往往采用数值模拟的方法来近似地估算。

1）有限元法。

据弹性力学有关研究成果，采动影响区最多涉及巷道宽度的5倍，据采矿界数十年来的经验，巷道周围的裂隙和卸压区最终约等于巷道宽度的3～4倍。本煤层采动影响区内煤层残余瓦斯含量是地应力、煤层透气性系数、距暴露煤壁的距离及煤壁暴露时间的函数。

据丁广骧有限元模拟结果（1996），采动影响区内某时刻压力分布与距暴露煤面之间距离的拟合关系为对数衰减形式：

全国煤层气资源评价

式中：

L— —某点距暴露煤面的距离，m

a2、b2——拟合系数，P0、Pi意义同前。

根据瓦斯压力由兰格缪尔方程可计算得到动态瓦斯含量。

2）瓦斯涌出量法。

实测暴露煤壁瓦斯涌出系数与时间的关系为：

全国煤层气资源评价

式中：

CQ0、CQt——煤壁瓦斯涌出初始强度系数和t时间后煤壁瓦斯涌出系数m3/m2·d

t——煤壁暴露时间，d；

α——时间因次系数；

β——与煤类、透气性等有关的系数。

3）瓦斯压力测试法。

据实测瓦斯卸压带内煤中某点的原始瓦斯压力和不同时间的残余瓦斯压力，由朗缪尔方程计算原始瓦斯含量和残余瓦斯含量，通过数值模拟回归出煤层瓦斯排放率随暴露时间和距暴露煤壁距离的关系，在某一时刻，煤壁卸压区瓦斯排放率与距暴露煤壁距离的关系呈指数衰减形式，即：

全国煤层气资源评价

式中：

n——本煤层瓦斯排放率，%

a3、b3——拟合系数，其中b3又称为衰减系数；

L——距暴露煤壁的距离，m。

（2）邻近层采动影响区

受煤层开采的卸压作用，邻近层煤层气会不同程度地发生解吸，在矿井瓦斯抽放中用排放效率来度量，排放效率受多种因素的影响，有距开采层的距离、开采层的工作面采高、工作面采长、层间岩石性质、地应力等。邻近层瓦斯的排放程度与层间距成反比，上邻近层排放范围可波及到170m，下邻近层排放范围可至50m。经回归分析，上、下邻近层煤层瓦斯排放率与层间距（h）的关系为：

η上＝-53.481n(h)＋275.01

η下＝-40.191n(h)＋157.62

(3）煤炭资源残留区

在采空区煤层顶部残留、煤层底部残留和安全煤柱中，由于卸压和煤壁充分暴露，煤层气发生了大量解吸成为风排消耗资源量的一部分，并被通风排出了矿井。但是，煤层含气量中的残留气部分仍会残存在煤炭损失量中。

本次工作中用含气量测定中的碎前脱气量与碎后脱气量之和近似表达含气量中的残留气。当有解吸法煤层含气量数据资料时，采空区煤炭资源残留区动态含气量等于煤层含气量中碎前脱气量与碎后脱气量之和；无解吸法煤层含气量数据资料时，采空区煤炭资源残留区动态含气量等于含气量乘以残留气经验系数，残留气经验系数为已知资料区同煤级煤层统计结果（表4-10）。

表4-10 不同煤级煤层残留气经验系数

在建筑物下、道路下、水体下等的大型煤柱体中，其残余含气量可依据本煤层或邻近层采动影响区有关方法进行相应数值模拟。

2.经验外推法

利用揭露煤层不同时间井下钻孔获得的煤芯实测含气量，通过经验关系外推出动态含气量，其数学模型为：

C动态＝f(C实测，t）

式中：

C动态——煤层动态含气量，m3/t

C实测——特定时间井下钻孔煤芯实测含气量，m3/t

t——时间，月。