本發明涉及采礦安全，特別是涉及煤礦巷道一氧化碳涌出預測。
背景技術：
煤炭自燃火災是煤炭發生氧化反應放熱的結果，當氧氣含量充足且具有蓄熱條件就會引起煤炭自燃。火災不僅會燒毀大量的煤炭資源和設備，還會產生大量的高溫有害氣體，嚴重危及井下人員的生命安全。當煤炭自燃時會產生CO、CO2、C2H4等能夠反應自燃征兆的氣體。由于CO生成溫度低、生成量大，其生成量隨溫度升高按指數規律增加以及其具有敏感性、易檢測性等特點，煤礦井下通常以CO氣體作為預報煤炭自燃的指標氣體。近年來一些專家學者通過現場試驗、礦井實測數據統計分析發現工作面及回風巷道經常出現CO超標現象(超過《煤礦安全規程》規定的24ppm)。煤礦在開采期間都出現不同程度的CO超限，但采空區并未出現自燃現象。這種現象嚴重影響干擾了煤層自然發火的預測預報，從而導致錯過預防和控制煤炭自燃災害的最佳時機，甚至導致更大的礦井災害，造成嚴重的人員傷亡和經濟損失。
瑞安煤礦可采煤層煤質為變質程度最低的褐煤，是我國13類煤種中最易自燃的煤種。煤變質程度越低其氧化產生CO的臨界溫度越低，褐煤常溫下就能氧化生成CO。在瑞安煤礦主要可采煤層掘進和開采期間未發生自燃，但工作面回風隅角及回風巷道經常出現CO超標現象。在此背景下，重點研究并掌握瑞安煤礦1煤層綜放工作面在正常回采期間的CO涌出量及涌出規律是非常有必要的。
技術實現要素：
1綜放工作面一氧化碳涌出量預測方法
采用分源法預測回采工作面CO涌出量。回采工作面CO涌出量包括開采層涌出量和鄰近層涌出量：
q回＝(q開+q鄰)
式中：q回—回采工作面涌出量，m3/t；q開—開采層涌出量，m3/t；
q鄰—鄰近層涌出量，m3/t。
分層開采相對CO涌出量(包括圍巖涌出量)：
q開'＝k1k2k3kfi(X0-Xc)
式中：q開—開采煤層(包括圍巖)相對CO涌出量，m3/t；
k1—為圍巖CO涌出系數，全部陷落法管理頂板取1.3；
k2—工作面丟煤CO涌出系數，其值為工作面回采率的倒數；
k3—準備巷道預排CO對工作面煤體CO涌出影響系數，按下式計算：
L—工作面長度，m；m0—煤層開采厚度，m；
h—巷道預排CO寬度m，取14m；XC—采落煤炭運至地表時殘存的CO含量，m3/t；
kfi為與分層數量及分層開采順序有關的分層CO涌出系數，可參照焦作礦區數據下表進行：
表kfi值
2.鄰近層相對CH4、CO涌出量
式中：q鄰－鄰近層CO涌出量，m3/t；mi－第i個鄰近層厚度，m；
m1－開采層的開采厚度，m；x1i－第i鄰近層的殘存含量，m3/t；
x0i－第i鄰近層的CO含量，m3/t；ki－第i鄰近層CO排放系數。
對于采高M>4.5m時，由于采高加大，特別是綜放工作面，開采影響的上臨近層范圍擴大，導致鄰近層泄壓程度加劇CO排放率增加。考慮CO排放率ki與采高M、工作面程度L及層間距H的關系，大采高鄰近層排放率計算式為：
ki＝100-0.47H/M-84.04H/L
具體實施方式
1.014S1-1綜放工作面一氧化碳涌出量預測及來源分析
1)回采工作面CO涌出量預測結果
014S1-1綜放工作面：控頂方式為全部垮落法k1＝1.3，工作面回采率為92.1％，k2＝1/0.921＝1.086，工作面長度L＝195.5m，k3＝(195.5-2×14)/195.5＝0.855，kfi根據表4-1取1.822。煤層CO含量為0.0058m3/t，殘存CO含量為0.0043m3/t，煤層厚度為32.37m，開采厚度6.66m。
上鄰近層2-1煤層與1煤層平均距離為6.60m，上鄰近層2-2煤層與1煤層平均距離為12.55m。將數據代入公式(4-1)、(4-2)、(4-3)可得014S1-1綜放工作面的CO涌出量預測結果：
(1)本煤層CO涌出量：
q開＝1.3×1.086×0.855×1.822×(0.0058-0.0043)＝0.003299(m3/t)
(2)鄰近煤層向1煤層CO涌出量：
2-1煤層：由公式4-4計算k2-1＝0.95
q2-1＝(1.0/6.66)×0.95×(0.0058-0.0043)＝0.0002(m3/t)
2-2煤層：由公式4-4計算k2-2＝0.99
q2-2＝(7.8/6.66)×0.99×(0.0058-0.0043)＝0.0016(m3/t)
q鄰＝0.0002+0.0016＝0.0018(m3/t)
(3)回采工作面CO涌出量：
q回＝(q開+q鄰)＝(0.003299+0.0018)＝0.0051(m3/t)。
根據計算最終得出014S1-1綜放工作面CO涌出量預測值為0.0051m3/t。按工作面日產量原煤2983t計算，014S1-1綜放工作面CO相對CO涌出量預測值為0.0051m3/t，絕對CO涌出量為0.0106m3/min。014S1-1綜放工作面CO涌出量預測值見下表。
014S1-1綜放工作面CO涌出量預測結果
2)預測結果分析
《煤礦安全規程》規定采煤工作面風流中CO濃度不能超過0.0024％即24ppm，所以根據預測結果工作面風量至少在441m3/min，才能將CO降低到危害濃度限值以下，目前該工作面風量為584m3/min左右，工作面所配風量能夠充分稀釋工作面及采空區所涌出的一氧化碳，其回風巷道的CO濃度約為18ppm，在正常的回采過程中回風巷道不會出現CO超標現象。如果一氧化碳超過預測本底值18ppm且濃度呈現逐漸上升趨勢，必須采取相關措施防止采空區遺煤自燃，應當根據生產實際和該煤層煤的自然發火特性等采取其它合理措施預防采空區自燃及回風巷道CO的超標現象。
2.014N1-1綜放工作面一氧化碳涌出量預測及來源分析
1)回采工作面CO涌出量預測結果
014N1-1綜放工作面采空區頂板控制方式為全部垮落法，k1＝1.3；工作面回采率為92.1％，k2＝1/0.921＝1.086；工作面長度L＝91m，k3＝(91-2×14)/91＝0.7；kfi根據表3-1取1.822。1煤層北翼CO含量為0.01705m3/t，殘存CO含量為0.009615m3/t，煤層厚度為32.37m，開采厚度10.4m。
上鄰近層2-1煤層與1煤層平均距離為5.1m，上鄰近層2-2煤層與1煤層平均距離為12.05m。將數據代入公式(4-1)、(4-2)、(4-3)可得014N1-1綜放工作面的CO涌出量預測結果：
可得014N1-1綜放工作面的CO涌出量預測結果：
(1)本煤層CO涌出量：
(2)鄰近煤層向1煤層CO涌出量：
2-1煤層；由公式4-4計算k2-1＝0.95
q2-1＝(7.8/10.4)×0.95×(0.0058-0.0043)＝0.001114(m3/t)
2-2煤層：由公式4-4計算k2-2＝0.99
q2-2＝(1/10.4)×0.99×(0.0058-0.0043)＝0.0001370(m3/t)
q鄰＝0.0001370+0.001114＝0.001251(m3/t)
回采工作面CO涌出量(產量6000t計算)：
按工作面日產量原煤6000t計算，014N1-1綜放工作面CO涌出量預測背景值見表4-3。按照取最大值原則，014N1-1綜放工作面CO相對涌出量預測值為0.01465m3/t，絕對CO涌出量為0.06104m3/min。014N1-1綜放工作面CO涌出量預測值見下表。
014N1-1綜放工作面CO涌出量預測結果
2)預測結果分析
《規程》規定采煤工作面風流中CO濃度不能超過0.0024％，所以根據預測結果工作面風量至少在1500m3/min，才能將CO降低到危害濃度限值以下，目前該工作面風量為1150m3/min左右，一氧化碳超標時常發生，如果一氧化碳涌出量超過本預測值，即以目前風量為準回風流中一氧化碳濃度超過32ppm，可以判定采空區已經發生自燃(由于工作面工序、地表氣壓變化等導致短時性超標除外)，必須采取相關措施防止自燃，但為了確保采空區浮煤不發生自燃，所以不建議采用將風量提高采用風排方法治理CO危害，應當根據生產實際和該煤層煤的自然發火特性等采取其它合理措施預防CO的超標。同時采空區涌出CO量占9％-18％，因此工作面涌出CO時回采過程中CO治理的重點。