突出预测敏感指标

突出预测敏感指标（精选7篇）

突出预测敏感指标 篇1

摘要：对存在突出危险性升级的非突出区域, 及早分析确定突出预测敏感指标, 对于指导突出预测和防突工作具有重要意义。结合顾桥矿13-1煤层非突出区域煤巷掘进条件, 基于对地质构造带附近突出预测过程中有动力现象发生的假设, 进行“三率”和敏感度计算, 并将计算结果进行对比, 研究确定了突出预测敏感指标, 从而指导今后在突出区域科学选取突出预测敏感指标, 避免预测结果出现错报、误报, 真正做到有备无患。

关键词：瓦斯突出,预测,敏感指标,地质构造带,“三率”分析法,模糊聚类分析法

淮南矿区各主采煤层瓦斯含量高, 透气性低, 地质构造复杂, 是我国瓦斯突出的重灾区。目前, 矿区平均采深达到约500m, 有3对矿井采深超过800m, 且每年以20～50m的速度下延[1]。随着开采深度的增加, 煤层原始瓦斯含量和地应力快速增大, 煤层突出危险性、突出频度和突出强度逐渐加大, 原来的非突出区域将升级为突出区域。矿井为防止煤层突出危险性突然升级, 在非突出区域也进行突出预测, 但由于对突出预测指标选取不够科学, 指标测值并不能真实反映煤体的突出危险性, 容易造成预测指标的错报、误报, 给矿井安全生产埋下隐患。若能在突出危险性升级之前就确定突出预测敏感指标, 对突出升级后的防突工作有重要指导作用, 真正做到有备无患。因此, 对有突出升级危险的非突出区域进行突出预测敏感指标的研究就显得尤为重要。

1 试验矿井及试验区域概况

顾桥煤矿位于安徽省淮南市凤台县西北部, 设计生产能力10Mt/a, 采用立井多水平开拓, 第1水平为-780m, 第2水平为-950m。井田总体为一南北走向、向东倾斜的单斜构造, 上覆巨厚 (平均厚度435m) 新生界松散层。煤系地层为石炭、二叠系, 其中二叠系山西组与上、下石盒子组为主要含煤层段目前矿井主采煤层和煤层采深为800m左右。建矿以来, 未发生瓦斯突出。

目前, 顾桥矿开采的13-1煤层为非突出煤层, 但根据周边矿井13-1煤层的情况, 随着开采深度的增加, 13-1煤层必然升级为突出煤层。为防止煤层突出危险性的突然升级, 在采掘过程中也进行突出危险性预测。为研究有突出升级危险的非突出区域瓦斯突出预测敏感指标, 选择顾桥矿北一采区13-1煤层回风下山掘进工作面作为试验工作面。该工作面位于中央采区的非突出危险区, 该区域内13-1煤层厚度3.63～4.55m, 平均厚度为4.03m, 倾角3～6°, 煤层原始瓦斯含量在6.0m 3/t左右。煤层直接顶为泥岩及砂质泥岩, 老顶为砂岩及砂质泥岩;直接底为泥岩或砂质泥岩。

2 现采用的突出预测指标及测值情况

试验工作面突出预测指标为钻屑量指标S和钻屑瓦斯解吸指标K1, 临界值分别为S=6.0kg/m和K1=0.5mL/ (g·min0.5) 。在2008年12月21日至2009年3月13日期间, 共对该工作面进行了57次突出危险性预测, S指标和K1指标均未出现超标现象。具体测值变化情况如图1所示, 可以看出, 随着试验工作面向深部延伸, S指标和K1指标测值均有增大的趋势, 且出现了S指标测值接近临界值的情况, 说明煤体的突出危险性正随采深的增加而增大, 煤体突出危险性具有进一步升级的危险。因此, 需要对有突出升级危险的非突出区域预测指标的敏感性进行研究对矿井防突工作起到未雨绸缪的作用。

3 突出预测敏感指标的确定方法

确定瓦斯突出预测敏感指标的方法较多, 主要有“三率”分析法、灰色关联法、模糊聚类法等。其中, “三率”分析法具有方法成熟、计算简单、可靠性高等特点, 在我国应用较为广泛。但预测过程中若没有瓦斯动力现象发生, 就无法进行“三率”计算, 这极大地限制了该方法的推广应用。

基于淮南矿区瓦斯突出均发生在地质构造带附近的事实, 假设在地质构造带附近突出预测时有动力现象发生, 然后进行“三率”计算;同时, 应用模糊聚类法计算各预测指标的敏感度, 并将计算结果与“三率”计算结果进行对比, 最终确定非突出区域的预测敏感指标。

3.1“三率”分析法

所谓“三率”, 是指预测突出率、预测突出准确率和预测不突出准确率。

1) 预测突出率

式中:η1为预测突出率;n为预测有突出危险次数;N为预测总次数。

2) 预测突出准确率

式中:η2为预测突出准确率;n1为预测有突出危险次数中有突出危险的次数 (其中包括发生了突出以及预测中喷孔、卡钻、顶钻、煤炮频繁等严重突出征兆) 。

3) 预测不突出准确率

式中:η3为预测不突出准确率;n2为预测不突出次数中确实不突出的次数;n3为预测不突出次数。

在保证预测准确的前提下, 若预测指标的η1较小、η2达到60%以上、η3达到100%, 即可认为该预测指标是预测敏感指标[2]。

由于试验工作面煤层埋深在800m左右, 地应力较大, 掘进工作面进入地质构造带附近, 地应力显现更为明显, 容易出现预测指标接近临界值 (主要是S指标) 的现象, 说明该处的突出危险性明显增大。基于地质构造带是突出的多发地带, 假设在地质构造带 (主要是断层) 20m范围内进行突出预测时有动力现象发生, 然后计算各预测指标的“三率”, 并在此基础上确定各预测指标的敏感性。利用该方法, 对试验工作面各预测指标379次突出预测进行了“三率”计算, 结果见表1。

由表1可以看出, S指标满足η1为1.58%, η2和η3均达到100%, 而K1指标则不满足η2大于60%的要求, 因此, 认定S指标为该区域突出预测敏感指标, K1指标为次敏感指标。

3.2 模糊聚类分析法

该方法是在跟踪考察数据的基础上, 建立预测敏感指标的数学模型, 把抽象的预测敏感指标的确定问题通过具体的数值表示出来[3]。其具体计算步骤可以简化为以下3步。

1) 预测结果的无量纲化

将单位不同的各项指标按下式进行无量纲化处理:

式中Xi′———预测结果的无量纲量;

Xi———原始数据;

X———原始数据的平均值;

C———原始数据的标准差,

2) 预测结果的标准化

无量纲标准化即是把无量纲数据压缩在区间[0, 1]内, 按公式 (5) 进行处理:

显然Xi′=X′max时Xi″=1, Xi′=X′min时Xi″=0, 这样就把标准化后的数据压缩在区间[0, 1]之内了。

3) 煤与瓦斯突出预测敏感指标的敏感度函数

预测指标的数学期望值用式 (6) 表示:

预测指标的灵敏度函数M (i) 用下式表示:

通过上述计算, 即可得到各突出预测指标的敏感度M (i) , 再通过比较M (i) 的大小, 即可得到各指标的敏感性。

将S指标和K1指标测值代入公式 (4) — (7) , 即可计算出各指标的敏感度。通过计算得到M (S) =0.62>M (K1) =0.29, 因此, 确定S指标较K1指标敏感, S指标为该区域预测敏感指标, K1指标为次敏感指标。模糊聚类计算结果与“三率”分析法结果一致, 说明基于地质构造带附近预测过程中有动力现象发生的假设是成立的, 并在此基础上进行“三率”计算是可行的

4 结语

随着矿井采掘工作面向深部延伸, 非突出区域将会升级为突出区域, 而在非突出区域的采掘活动容易让人们对瓦斯突出产生麻痹思想, 给矿井防突工作埋下隐患。在非突出区域内进行采掘作业时, 无动力现象发生, 无法采用“三率”分析法对突出预测指标进行敏感性研究。笔者假设地质构造带20m范围内进行突出预测时有动力现象发生, 然后计算各预测指标的“三率”, 并在此基础上确定各预测指标的敏感性;同时, 采用模糊聚类分析法, 对“三率”分析法得出的结论进行了验证。确定出顾桥矿13-1煤层非突出区域的瓦斯突出预测敏感指标为S指标, 次敏感指标为K1指标。研究结果表明, 该假设合理、方法可行、结论可靠, 对类似条件下预测敏感指标的确定有较好的借鉴意义

参考文献

[1]淮南矿业 (集团) 有限责任公司, 河南理工大学.采掘工作面 (井巷揭煤) 瓦斯突出预测预报敏感指标体系及临界值的确定[R].2009.

[2]李成武, 付京斌.煤与瓦斯突出敏感指标的确定方法[J].煤矿安全, 2003, 34 (9) :72-74.

[3]夏仕柏, 袁军伟, 蔡如法.潘一矿突出预测敏感指标及临界值研究[J].煤炭工程, 2009 (9) :87-89.

阳煤一矿突出敏感指标考察研究 篇2

阳泉煤业 (集团) 股份有限公司一矿 (以下简称阳煤一矿) 位于山西省阳泉市境内。东邻阳煤四矿、南邻三矿、新景矿, 西邻七元矿, 北邻荫营煤矿及程庄井田。井田东西走向长约14.5 km, 南北宽约9.8 km, 面积为83.612 6 km2, 开采15#煤层, 矿井生产能力7.50 Mt/a。

阳煤一矿现主采的3#、6#、12#、15#煤层中, 3#煤层 (即北头嘴井) 为煤与瓦斯突出煤层。自矿井开采以来共发生煤与瓦斯突出事故2 219次。最大突出煤量150 t, 最大喷出瓦斯量9 242 m3/min。

1 3#煤层瓦斯地质覆存情况

阳煤一矿3#煤层的埋藏深度为东部最浅, 在321~585 m之间, 西部最深在525 m。上覆古地层厚度在108~530 m之间, 围岩组合类型为细砂岩~砂质泥岩型, 而且断层、地质构造较多, 但大都是小型构造, 且为封闭型构造, 水文地质条件简单。3#煤上覆盖层仅在K8砂岩含水较多, 具有较为理想的瓦斯逸散的围岩类型与盖层条件。

阳煤一矿3#煤层顶板为复合性顶板, 主要为薄层的泥岩、砂质泥岩、中~粗粒砂岩组合而成, 是典型的复合性顶板。泥岩厚度0.15~0.20 m, 砂质泥岩厚度3.2~7.2 m, 中~粗粒砂岩厚度较大, 在4.4~11.2 m之间。该矿井田范围内存在一条西南至东北方向的大向斜构造 (王兰坪向斜) , 在大向斜轴部两侧同时伴随形成了更多较小的向斜、背斜褶曲构造, 在褶曲构造轴部附近, 特别是向斜构造轴部附近, 3#煤层软分层较厚, 煤与瓦斯突出频繁, 约有86%的突出发生在褶曲构造的轴部附近软分层发育区。根据北头嘴矿井资料统计, 软煤厚度大于0.45 m的地区, 发生突出次数占该井突出总数的75%以上。由于软煤比原生结构煤具有更大的吸附潜力, 储集的瓦斯能量更大。软分层厚度与瓦斯突出关系如图1所示。

2 3#煤层突出原因分析

通过分析, 认为3#煤层突出的原因有以下几点:①因构造应力的作用, 在构造线转折处, 倾伏褶曲端部及正断层构造上盘等部位, 煤层原生结构遭到了不同程度的破坏, 形成了厚薄不均、煤质疏松、节理紊乱、强度较小的构造软煤, 且呈条状分布。同时由于构造形成的封闭作用, 煤层瓦斯难以逸散、含量偏高, 为煤层瓦斯突出创造了必要的条件。②由于构造应力的作用, 往往要产生几倍于原始应力的构造应力集中带, 使岩层和煤体积蓄了大量的弹性潜能, 为煤发生突出创造了充分条件。当工作面开采活动采场周边压力平衡破坏并重新分布后, 就会使一些地区压力产生叠加集中应力, 一旦造成叠加集中应力与揭露点距离较小 (最小抵抗线) 时, 应力使处于受约束的含瓦斯煤层产生较大的应力变形, 发生煤与瓦斯突出[1]。

3 突出单项指标测定

原抚顺煤科院在阳煤一矿西大巷钻孔测定煤层原始瓦斯压力情况如图2所示, 实验室测定的瓦斯放散初速度和硬度等单项指标值如表1所示。

从表1的数值可以看出, 阳煤一矿3#煤层具备发生煤与瓦斯突出危险的条件。

4 突出敏感指标值研究

自1988年《防治煤与瓦斯突出细则》 (以下简称《细则》) 颁布以来, “四位一体”综合防突措施在我国防突科研和生产实践中起到了非常大的指导作用。在《细则》中, 用于进行工作面突出预测的参数共有3类, 即最大钻屑量S、钻孔瓦斯涌出初速度q和钻屑瓦斯解吸指标△h2 (或K1) [2]。

4.1 q、S临界值研究

判断突出危险性的钻孔瓦斯涌出初速度的临界q可参考表2, 判断钻屑量S的临界可参考表3[3]。

根据阳煤一矿3#煤层的情况, 瓦斯涌出初速度q取4.5 L/min。

4.2 钻屑瓦斯解吸指标临界值研究

为了更好地研究阳煤一矿的钻屑解吸指标值, 分别在一矿和邻近矿井新景矿进行了取样研究, 取样结果测定如表4所示。表4中K为突出区域预测综合指标, 其值可由下式得出:

式中:Δp为瓦斯放散初速度, mm Hg;f为煤的硬度。

根据抚顺分院国家“八五”国家攻关科研项目“工作面突出预测敏感指标及临界值确定”研究成果, 钻屑解吸指标Δh2同吸附平衡压力P及突出危险性综合指标K之间存在以下关系:

将表4中两组煤样实验数据进行多元数据拟合, 即可得出钻屑解吸指标Δh2同吸附平衡压力及突出危险性区域预测综合指标K之间较好地符合以下关系:

由表4中两组实验数据进行多元线性回归得出, P和综合指标K分别取临界值指标即:P为0.74 MPa、K为15。代入可知:一矿3#煤层钻屑解吸指标取Δh2=240 Pa (或K1=0.6ml/g.min1/2) 作为该区域工作面突出预测参考临界值。

5“三率”法分析突出预测敏感指标

“三率”法即是根据预测突出率、预测突出准确率和预测不突出准确率对突出预测数据进行分析, 从而确定突出敏感指标。应用“三率”法对阳煤一矿3#煤层煤巷掘进工作面和回采工作面的突出预测及效果检验结果进行分析, 如表5所示。

从表5中可以看出, 用单项指标分别计算“三率”结果为:总计预测突出率K1为54.2%, q值为41.1%, Smax值为0;预测突出准确率K1值为62.5%, K1和q值均有漏报。由此可以看出, q值和K1对该区域工作面的突出危险性预测比较敏感, Smax值相对较差。考虑到该区域发生煤与瓦斯动力现象的原因及机理的特殊性, 阳泉矿区3#煤层采用q值和Δh2 (K1) 指标进行工作面煤与瓦斯突出危险性预测。

6 结语

通过对阳煤一矿3#煤层突出敏感指标的研究, 可以为阳煤一矿科学地制定防突措施和快速、安全回采提供重要的理论基础, 对阳泉矿区同一煤层以及其他条件类似的矿区也有很好的参考作用。

摘要：为了消除阳煤一矿井田范围内3#煤层的煤与瓦斯突出危险性, 准确地掌握井田范围内3#煤层的突出机理及突出危险性临界值指标, 对其矿井井田范围内的3#煤层的突出原因、突出机理进行了细致的分析, 并对各项突出敏感指标进行了测定, 测定结果为矿井提供了精确的防突数据支撑, 保证了矿井的安全生产。

关键词：突出机理,临界值,敏感指标

参考文献

[1]宋宜波.高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理实践[J].煤炭技术, 2008 (1) :65-67.

[2]王兆丰, 于红, 袁军伟, 等.合理确定潘二煤矿敏感指标的研究[J].矿业安全与环保, 2009 (4) :27-30.

突出预测敏感指标 篇3

1“三率法”介绍

“三率法”是指通过预测突出率、预测突出准确率和预测不突出准确率来确定突出敏感指标及其临界值时。其中预测突出率、预测突出准确率和预测不突出准确率的计算公式如式 (1) ~ (3) [5,6]。

式中:η1———预测突出率, %;

n1———预测有突出危险次数, 次;

N———预测总次数, 次;

η2———预测突出准确率, %;

n2———预测有突出危险次数中确实有突出危险的次数, 次;

η3———预测不突出准确率, %;

n3———预测不突出次数中确实没有突出危险的次数, 次;

(N-n1) ———预测不突出次数, 次。

在用敏感指标进行工作面突出危险性预测时, 预测突出率η1尽可能小, 且不超过30%;预测突出准确率η2尽可能大, 且不低于40%;预测不突出准确率η3必须达到100%。

2 敏感指标的确定

根据预测指标跟踪考察情况, 分析预测指标临界值取值变化时, “三率”变化情况:

根据“三率”变化情况, 分析是否存在同时满足“三率”要求的临界值取值范围XL。

式中:XL为同时满足“三率”要求的指标临界值取值范围;X1为预测突出率η1满足“不大于30%”要求的指标临界值取值范围;X2为预测突出准确率η2满足“不低于40%”要求的指标临界值取值范围;X3为预测不突出准确率η3满足“必须达到100%”要求的指标临界值取值范围[7,8]。

1150掘进考察区钻屑量指标S、钻屑瓦斯解吸指标和K1不同取值情况下的“三率”计算结果分别见表1、表2和表3。

由表4分析可以得到:

(1) 钻屑量指标S, 没有能够同时满足“三率”要求的临界值取值范围, 因此属于不敏感指标。

(2) 对于钻屑瓦斯解吸指标Δh2, 当临界值在230Pa≤Δh2≤260Pa范围内取值时, “三率”能够同时满足要求, 因此钻屑瓦斯解吸指标Δh2可以作为天池公司15煤层煤巷掘进的突出预测敏感指标。

(3) 对于钻屑瓦斯解吸指标K1, 当临界值在0.6ml/ (g.min1/2) ≤K1≤0.65ml/ (g.min1/2) 范围内取值时, “三率”能够同时满足要求, 因此钻屑瓦斯解吸指标K1可以作为天池公司15煤层煤巷掘进的突出预测敏感指标。

(4) 就钻屑瓦斯解吸指标Δh2和K1相比较, 指标Δh2较K1敏感。

3 敏感指标临界值的确定

钻屑瓦斯解吸指标Δh2临界值确定, 对于钻屑瓦斯解吸指标Δh2, 能同时满足“三率”要求的临界值取值范围XL为210~240Pa。计算在范围210~240Pa内, 临界值取不同值时的“三率”结果, 见表5。

从表5中可以看出, 当钻屑瓦斯解吸指标Δh2临界值取值由240Pa增大到250Pa时, 预测突出率η1由4.98%减小到了2.30%;预测突出准确率η2由46.15%增大到100.00%, 发生了急剧变化, 因此, 钻屑瓦斯解吸指标Δh2临界值合理取值为240Pa。

对于钻屑瓦斯解吸指标K1, 能同时满足“三率”要求的临界值取值范围XL为0.6ml/ (g.min1/2) ~0.65ml/ (g.min1/2) 。计算在范围0.6ml/ (g.min1/2) ~0.65ml/ (g.min1/2) 内, 临界值取不同值时的“三率”结果, 见表6。

从表6中可以看出, 当钻屑瓦斯解吸指标K1临界值取值由0.6ml/ (g.min1/2) 增大到0.65ml/ (g.min1/2) 时, 预测突出率η1由4.64%减小到了3.10%;预测突出准确率η2由40.00%增加到60.00%, 发生了急剧变化, 因此, 钻屑瓦斯解吸指标K1临界值合理取值为06ml/ (g.min1/2) 。

4 结论

(1) 采用“三率法”对1150掘进考察区的突出预测敏感指标进行研究分析, 得到煤层钻屑量指标S为突出预测不敏感指标, 钻屑瓦斯解吸指标和K1为突出预测敏感指标, 而且指标的敏感程度大于K1。

(2) 采用“三率法”对突出预测敏感指标的临界值进行了分析研究, 得出钻屑瓦斯解吸指标为主要预测指标临界值, 合理取值为200Pa, K1为辅助预测指标临界值, 合理取值为0.5ml/ (g.min1/2) , 任何一个预测指标达到或超过临界值均视为具有突出危险。

参考文献

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[2]李成武, 付京斌.煤与瓦斯突出敏感指标的确定方法[J].煤矿安全, 2002, 33 (5) :5-7.

[3]田坤云, 等.大宁煤矿突出预测敏感指标及临界值的探索[J].煤矿安全, 2006, 37 (9) :31-34.

[4]孙贤斌, 孙东玲.突出预测指标K1和f值确定临界值试验研究[J].矿业安全与环保, 2000, 27 (4) :23-27.

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[6]Xue Sheng, Wang Gang, Wang Yucang, etal.A numerical simulatorof outbursts of coal and gas[A].Proceedings of the 2010Under-ground Coal Operator Conference[C].NSW.AU.:University of Wollongong, 2010:257-263.

[7]徐三民.费歇判别法在确定K1指标临界值中的应用[J].煤炭工程师, 1997 (5) :37-39.

突出预测敏感指标 篇4

本文研究对象为山西汾西矿业集团双柳矿井3+4煤层, 其为主采煤层, 矿井设计年生产能力为300Mt, 煤层厚3.02m-5.19m, 平均3.92m。煤层平均瓦斯含量为6.9m3/t, 瓦斯压力0.85MPa, 矿井为高瓦斯矿井。

2 双柳矿井突出局部预测指标

由于不同矿井的地质条件不一样, 煤层的自身属性也不尽相同, 则使得各突出危险性预测指标的敏感性和判定突出与否的临界值也具有一定的差异[1]。对于特定的井田来讲, 需要进行大量的实验室研究, 现场试验, 掌握大量的基本参数, 才能够确定适合于某一矿井或某一煤层的敏感指标和其临界值[2]。

局部突出危险性预测是局部综合防突措施的重要环节, 是对区域防突措施的验证, 也是预测工作面突出危险性的手段[3]。

钻屑量指标是突出预测的重要指标之一, 其测值的大小主要受煤层应力状态、瓦斯含量、煤体力学性质及钻孔大小的影响, 其中又以煤层应力状态影响的权重较大, 钻屑量会随着地应力的增加、瓦斯压力的增加而增大, 其反映的突出危险性也就越大[4]。

2.1 钻屑解吸指标的研究与分析

总体来说钻屑解吸指标K1、Δh2和钻屑量指标S目前的应用最为广泛, 同时其认可度也较高。S值无法单纯地依靠实验室实验来确定, 而且在现场对3+4号煤层深部的区域也没有条件进行试验, 所以钻屑量指标的研究需要在以后矿井具有测定条件的时候再进行研究。

2.1.1 K1的研究与分析

根据实验与计算的结果发现基于巴雷尔公式测定K1的WTC瓦斯突出参数测定仪所测定的K1值所计算得到的第一分钟解吸量Q1, 值比实验拟合出的解吸量与压力的关系式计算出来的第一分钟解吸量Q1要小, 其误差比随着压力的减小是越来越大的, 在煤矿开采的工程实践中相对实验室的测定压力值较小, 也就是说在工程实践中用仪器测定的K1值的误差较大, 所以认为用K1值对双柳矿井的3+4号煤层做局部敏感指标的预测的可靠性较差。

2.1.2 Δh2的研究与分析

根据计算与实验结果发现总的来说依据Δh2值计算得到的第3分钟~5分钟解析量Q3, -5值比实验拟合出的解吸量与压力的关系式计算出来的第3分钟~5分钟解析量Q3-5要大。总体来说Q3, -5和Q3-5之间的误差较小, 可以肯定在工程实践中采用Δh2来对3+4号煤层做局部敏感指标的预测的可靠性相对较高。

2.2 双柳矿井3+4号煤层局部敏感指标研究结果分析

区域煤与瓦斯突出危险性预测指标研究中将区域指标定为8m3/t, 其对应的压力值为0.74 MPa, 根据Δh2、K1的物理意义来看第1分钟解吸量和第3分钟~5分钟解析量来表示Δh2、K1的数值大小更为准确可靠, 具体计算结果如表2-3所示。

3 结论

本文在现场实测数据的基础上, 结合对前文中相关实验数据的分析及总结, 依据矿井高含量低压力的特点, 确立了双柳煤矿3+4号煤层区域突出危险性预测敏感指标、局部突出危险性预测敏感指标及两者的临界值。

(1) 实验室条件下对测定的钻屑瓦斯解吸指标Δh2和K1与计算得到的瓦斯解吸量进行对比, 结果表明Δh2的可靠性高于K1。

(2) 本文分析分析, 最终确定双柳矿井3+4号煤层的局部突出危险性预测敏感指标Δh2为81Pa, K1为0.38m L/ (g×min0.5) 。

摘要：本文以双柳煤矿为研究对象, 对煤样解吸规律、钻屑解吸指标的测定和现场实测数据, 构建了3+4号煤层的突出预测指标体系, 采用钻屑瓦斯解吸指标K1作为局部突出危险性预测敏感指标, 临界值为0.38m L/ (g·min0.5) 。该指标可为双柳煤矿瓦斯治理提供指导, 对于离柳矿区其他矿井或瓦斯赋存规律类似的煤层防突工作也有一定的参考意义。

关键词：突出预测,煤与瓦斯突出,敏感指标,临界值

参考文献

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[2]孔胜利.屯兰煤矿煤与瓦斯突出危险性预测敏感指标研究[D].徐州:中国矿业大学, 2012.

[3]北票矿务局瓦斯组, 辽宁省煤炭研究所一室.北票煤田煤层突出危险性若干问题的探讨[J].煤矿安全, 1975, 4:10-15.

突出预测敏感指标 篇5

煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象, 是由地应力、瓦斯及煤的物理力学性质三种因素综合作用的结果。由于井下瓦斯地质及开采技术的差异性与复杂性, 影响突出等动力灾害的因素是相互联系、相互制约的, 对不同矿井、煤层或区域, 突出等动力灾害的主导因素会有所不同[1]。所以防突预测敏感指标, 必须通过对各种指标的实际考察, 结合本矿煤层或区域的具体测试条件来确定, 确定出的敏感指标既能体现出本矿或煤层的突出主导因素, 又适应矿井的具体测试条件, 从而较好地符合本矿实际。

1 试验区域概况

望峰岗井田位于淮南老区谢一矿及谢李煤矿深部, 东距淮南市洞山约12 km。本井田东南起于李郢孜ⅩⅤ线和隗店断层, 西北以新庄孜与谢家集井田技术边界和F11-9断层为界, 浅部原则上以各煤层-660 m底板等高线为界, 深部以各煤层-1 200 m底板等高线为界。全井田走向长约8.1 km, 倾斜宽平均2.4 km, 面积约19.56 km2。

512 (5) 工作面位于F13-4-1断层和F12-11断层之间, 走向长1 688 m, 倾斜长平均195 m。该工作面Ⅳ-Ⅴ线、Ⅵ线间C15煤层己开采至-700 m, Ⅱ-Ⅲ线～Ⅳ-Ⅴ线之间C13煤层己开采至-720 m;区域内煤层赋存较复杂, 煤层呈单斜构造, 属稳定煤层, 平均走向NE148°, 倾向NE58°, 倾角21°, 煤厚0.4～1.6 m。煤层顶板为厚2～3 m砂质泥岩, 底板为厚2～3 m炭质泥岩。

2 突出危险预测敏感指标确定

2.1 钻屑解吸指标K1敏感性及临界值确定

钻屑瓦斯解吸指标K1是综合反映煤层瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数及煤的孔隙结构等参数的指标, 其值大小与煤中瓦斯、煤的物理参数、强度性质、瓦斯解吸特征以及测量工艺、环境条件和测定误差有关[2]。

K1指标临界值采用实验室实验确定。一方面, 大量煤样的瓦斯解吸实验研究表明:钻屑瓦斯解吸指标K1与瓦斯压力P的关系可以较好地拟合成曲线:

式中, K1为钻屑瓦斯解吸指标, m L/ (g.min1/2) ;P为瓦斯压力, MPa;A、B为待定常数, 0

实验室模拟突出破碎、抛出煤过程的结果表明:瓦斯对煤的破碎程度与吸附瓦斯压力的关系能较好地拟合成幂函数关系:

式中, Y为煤的破碎程度, 即破碎煤中粒径小于0.2 mm的粉煤质量与煤样总质量之百分比, %;a, b为拟合系数。

将煤样破碎到一定程度, 即Y达到某一值Yo的瓦斯压力定为突出临界瓦斯压力。Yo的取值是确定突出临界瓦斯压力的关键。通过对多个已确定了K1临界值的煤层中取样进行瓦斯解吸和破碎实验, 由瓦斯解吸实验数据确定式 (1) 中的A、B值, 并代入K1临界值, 可得突出临界瓦斯压力;再利用瓦斯破碎实验数据, 确定式 (2) 中的a、b值, 代入临界瓦斯压力, 可得Yo。实验数据分析表明, 各煤样的实验结果非常一致。结合实际突出煤破碎程度分析用统计分析的方法初步确定了一个基本适用于所有试验煤层的Yo。有了统一的Yo, 对某一待确定K1临界值的煤层, 就可取样进行瓦斯解吸和破碎实验, 通过对实验数据的回归分析, 确定煤样对应的A、B、a、b系数, 再经过一定的简单数学处理, 就可得到其K1临界值。钻屑瓦斯解吸指标K1预测值分布如表1所示。

2.2 钻屑量指标敏感性及临界值确定

钻屑量指标是综合反映煤层地应力、瓦斯和煤质三个因素的预测指标, 在相同的打钻工艺条件下, 应力越大、瓦斯压力越大、煤的强度越小, 所产生的钻屑量越大, 而此时突出危险性越大[2]。

以发生突出力学条件分析建立的模型为基础, 利用圆形钻孔周边的力学平衡条件, 根据有效应力原理考虑瓦斯压力的作用, 利用库仓屈服准则、依留申本构方程求得钻孔周边变形量, 经数值分析得钻屑量Smax指标的近似表达式:

式中, S1为钻孔直径42 mm时1 m长钻孔体积内的煤粉重量, kg/m;f为煤的坚固性系数;σo为地应力, MPa。

根据发生突出力学条件和钻屑量表达式 (3) 求得Smax临界值So的近似计算式:

经分析认为, 钻屑量指标敏感条件如表2所示。

3 预测指标临界值的现场试验确定

通过对预测指标的敏感性分析, 认为钻屑瓦斯解吸指标钻屑量S和K1值在望峰岗井C15煤层突出危险性预测中是敏感的。望峰岗井C15煤层其煤层赋存条件较复杂, 在确定C15煤层预测指标临界值时, 将C15煤层分为异常地质条件和正常地质条件, 并确定其不同地质条件下的预测指标临界值。

初期考察期间, 收集C15煤层试验区域掘进151次循环, 408个钻孔的预测数据, 累计巷道工程量709 m。预测超标共37次, 预测S和K1同时超标27次。指标超限范围:S超标值位于6.5～10 kg/m之间, K1超标值位于0.54～0.83 m L/g.min1/2之间。

预测指标超标时工作面异常特征主要表现为:煤层断面内存在1～4软分层, 单层软分层厚度通常在10～30 cm, 钻孔喷孔、吸钻、夹钻、响煤炮声;吸钻过程钻屑增多、粒度较大 (大于3 mm的粒度一般>30%) ;而喷孔则表现钻屑粉煤增多, 煤尘飞扬, 工作面瓦斯浓度增加等。

望峰岗井C15煤层试验区域预测正常情况及异常情况下K1和S值沿钻孔深度平均值曲线如图1、2所示。

根据测定的钻屑量指标S来看, 其值能反映一定的突出危险性, 数据分布大部分在2～6 kg/m之间, 有个地点测定数据达到了10 kg/m以上。在实际的预测效检中, 当S值大于一定值后, 打钻时有时候会发生喷孔、卡钻、响煤炮等动力现象, 而且S值越大, 动力现象越明显和严重, 当采取防突措施后, S值明显减小。钻屑量S和K1有着一定的联系, 钻屑量大的测定地点, 随后测定的K1值也比较大, 并且当打钻发生吸钻、卡钻时, 随后测定的钻屑量S和K1都比较大, 甚至超过临界指标。

综合分析认为S、K1指标作为谢一矿望峰岗井C15煤层掘进工作面的预测指标是敏感的, 其在不同地质条件下的预测指标临界值为: (1) 异常地质条件下。望峰岗井所采C15煤层在异常赋存条件下, 即{工作面主体煤为Ⅳ、Ⅴ结构}∪{工作面软分层厚度≥300 mm}∪{两轮廓预测或效检范围内煤层厚度动态变化系数δ≥30%}∪{小褶曲轴部}∪{断层落差H:H<1 m, 10 m范围;1 m≤H≤3 m, 15 m范围;H>3 m, 20 m范围}。一般情况, 工作面煤层出现异常, 则其附近煤岩体本身地应力重新分布集中程度和应力状态 (拉、压、剪、扭等) 在外界扰动条件下容易发生粘滑失稳破坏而发生动力灾害。从试验情况看, 望峰岗矿C15煤层当K1>0.5 m L/g.min1/2或S>6 kg/m时, 打钻时开始出现卡钻、吸钻等现象等, 随着K1值和钻屑量S的增大, 这种动力现象越发明显和严重, 出现卡钻、响煤炮和喷孔的次数更多、现象越明显, 而K1<0.5 m L/g.min1/2或S<6 kg/m时尚未发现过喷孔、响煤炮现象。 (2) 正常地质条件。望峰岗井所采C15煤层在正常赋存条件下, 即煤层厚度基本无变化、煤体结构较完整, 主体煤一般为Ⅱ、Ⅲ类, 煤质硬而脆, 煤层断面内无软分层或软分层厚度小于300 m时。在正常地质条件下, 工作面预测或检验时往往也出现吸钻、夹钻等异常, 且钻屑粒度变粗 (钻屑粒度大于300 mm的占30%以上) 异常动力现象, 这主要是深部矿井高地应力及煤的物理力学性质所致。因此, 考虑预测指标经济与安全原则, 望峰岗井所采C15煤层正常赋存条件与异常地质条件相比, 预测指标S0、K1可以适当提高。经综合分析初步确定C15煤层正常赋存条件:S0=7 kg/m、K1=0.7 m L/g.min1/2。

4 预测指标临界值的验证试验

敏感指标扩大验证期间在试验区域进行308次循环, 期间预测指标超标共7次, 预测钻屑量指标S和钻孔瓦斯解吸指标K1同时超标1次, 指标超限范围为:S超标值位于7.2～23 kg/m之间, K1超标值为0.72 m L/g.min1/2。

通过考察可以发现预测指标正常情况下与异常情况下差异明显, 异常情况下钻屑指标明显增大, 在钻孔深度6 m最大值达23 kg/m, 正常情况下呈线性增加趋势。钻屑瓦斯解吸指标K1异常情况下最大值达0.72 m L/g.min1/2, 正常情况下沿孔深呈缓慢增加趋势。

统计、分析验证期间采用指标预测的308次循环, 预测工作面无突出危险和有突出危险分别为301、7次循环, 预测不突出危险率、突出危险率分别为97.7%、2.3%, 预测不突出危险准确率达100%, 保障了矿井安全生产并提高了经济效益。

扩大验证试验表明, 钻屑量指标S及瓦斯解吸指标K1, 在正常地质条件下临界值S0=7 kg/m、K1=0.7 m L/g.min1/2, 异常条件下临界值S0=6 kg/m、K1=0.5 m L/g.min1/2合理有效。在安全生产前提下, 试验区巷道月掘进速度由62 m提高到124 m。综合分析认为研究确定的C15煤层突出预测敏感指标及其临界值合理有效, 适用于该矿井试验区瓦斯地质单元及开采技术类似条件的工作面突出危险性预测。

5 结论

(1) 望峰岗井C15煤层试验区钻屑法预测敏感指标及其临界值如下:正常地质条件:S0=7.0 kg/m、K1=0.7 m L/g.min1/2;异常地质条件:S0=6.0 kg/m、K1=0.5 m L/g.min1/2。

(2) 采用先从理论分析或实验初步确定, 后到现场试验和验证完善的方法确定突出预测敏感指标临界值是一条可靠而简捷的途径。

(3) C15煤层突出预测敏感指标及其合理临界值的应用, 能进一步提高矿井生产能力, 为矿井的安全高效生产提供保障。

摘要：通过对望峰岗井C15煤层理论分析、实验和现场试验, 确定出了望峰岗井C15煤层煤与瓦斯突出预测敏感指标及其合理临界值。C15煤层煤与瓦斯突出预测敏感指标及其合理临界值的应用, 进一步提高了矿井生产能力, 为矿井的安全高效生产提供保障。

关键词：煤与瓦斯突出,敏感指标,临界值

参考文献

[1]于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社, 2005.

突出预测敏感指标 篇6

为了研究煤层的瓦斯地质规律, 提高瓦斯突出预测准确率, 对己组煤层的突出分布特征、瓦斯涌出量和瓦斯含量、瓦斯突出指标、预测效检指标等相互之间的关系, 特别是地质因素进行了综合分析, 从而有效地杜绝煤与瓦斯突出事故的发生。

1采区概况

己四采区位于井田中部, 东西走向长4 600 m, 南北倾斜宽1 800 m, 含煤面积5.76 km2, 开采标高在-295～-780 m之间, 煤层埋深在500～1 100 m之间。采区主采煤层为己15或己15, 16合层, 己15与己16合层煤厚为3.4～4.3 m, 平均厚度为3.67 m;己15煤厚为1.8～2.5 m, 平均厚度为2.3 m;己16厚度为0.95～2.2 m, 平均厚度为1.28 m。己15与己16分层后, 由东向西间距逐渐从0.3 m增大为13.1 m, 由南向北间距逐渐变大。

2采区煤层地质构造对瓦斯赋存的影响

己组煤层在平面上处于李口向斜轴的南翼, 并且不同的煤层所处的地质构造深度不同, 所以在区域性变质的过程中, 不同煤层的瓦斯赋存状态也不同, 而且煤层形成过程和结果也都不尽相同, 主要特征为在靠近向斜轴部和远离背斜轴部瓦斯涌出量明显[1]。

2.1煤层沉积状态

由于成煤期间复杂的地质运动变化, 造成了不同的煤层沉积状态。2组煤层在井田东部为合层, 而西部为分层, 煤层间的分、合对瓦斯赋存和含量的控制作用明显, 自东向西瓦斯含量基本上表现出逐渐减小的趋势, 局部略有差异, 合层区域瓦斯含量会明显增大, 动力现象均发生在东部的煤层合层区域。

2.2构造煤发育情况

构造煤是地质变化过程中地层间相互推挤而形成的一种地质形态, 是应力作用下发生破碎或强烈的韧塑性变形及流变迁移物, 是在区域性变质的基础上又叠加了动力变质作用[2]。大量研究证明, 所有发生煤与瓦斯突出煤层都发育有一定厚度的构造煤, 因此构造煤不仅是地质构造运动的标志, 也是典型的瓦斯地质体, 几乎所有的煤与瓦斯突出都与构造煤有关。它的赋存特征往往对瓦斯的影响相对较大, 在十矿表现较为明显, 构造煤发育程度和厚度越大, 瓦斯的含量也随之增大。十矿己组煤层的构造煤在地质构造稳定的区域内, 均分布在两煤层合层结合部的夹矸上下, 但在夹矸变薄的区域致使2层构造煤叠加, 从而造成瓦斯赋存量大, 煤体强度降低而容易发生动力现象。

2.3己15, 16煤层构造煤的分布

己四采区构造煤在中、东部的己15, 16煤层合层区域, 一般厚度在0.1～1.2 m, 在西部己15, 16煤层分层区, 紧邻夹矸的己15构造煤厚度0.2～0.5 m, 夹矸下的己16构造煤厚度0.1～0.8 m。己15, 16煤层瓦斯涌出统计见表1。

3采区工作面瓦斯涌出特征分析

该地质单元位于郭庄背斜北翼, 为一单斜构造, 但由于受郭庄背斜影响, 煤层倾角在20°以上。在整个井田内, 瓦斯涌出量最大, 回采工作面绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量最高值为29.2 m3/min和24.5 m3/t。由瓦斯涌出量与标高间的回归分析知, 工作面绝对瓦斯涌出量随埋深增加而增加 (图1) 。

4己15, 16煤层瓦斯涌出量预测及划分

4.1瓦斯涌出特征

根据煤层瓦斯涌出量资料统计分析和大量的现场实测数据, 得出十矿己15, 16煤层瓦斯涌出特征:①己15, 16煤层属于高瓦斯煤层, 在郭庄背斜两翼回采工作面涌出量在20～30 m3/min, 在十矿向斜南翼, 回采工作面绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量最高值为17.0 m3/min和18.0 m3/t左右;②瓦斯涌出量随着埋深增加而增加, 在郭庄背斜北翼东部较为明显, 但局部受褶皱构造影响, 随着靠近向斜轴部, 涌出量明显增加;③瓦斯涌出的大小与顶板岩性的关系也很显著, 砂岩比例高的地方, 涌出量减小, 泥岩比例高的地方, 涌出量增加;④煤层、构造煤厚度大的地方涌出量增加。

4.2己15, 16煤层瓦斯涌出量预测

根据几年来回采工作面的瓦斯涌出资料, 计算了各工作面瓦斯涌出量。由于十矿己组煤层仅有己四采区回采, 本着指导生产的目的, 仍以郭庄背斜北翼的己四采区瓦斯涌出量为依据来预测整个矿井己15, 16煤层。根据瓦斯地质图所标的实测数据和由涌出量与标高建立起来的己15, 16煤层瓦斯涌出量回归方程 (图2) , 对深部瓦斯涌出量进行了预测。

瓦斯涌出量小于5 m3/min的为标高-310 m以上区域, 瓦斯涌出量5～10 m3/min的为-310～-360 m区域, 瓦斯涌出量10～15 m3/min的为标高-360～-440 m区域, 瓦斯涌出量15～25 m3/min的为-440～-530 m区域, 瓦斯涌出量25～35 m3/min的为-530～-680 m区域, -680 m区域瓦斯涌出量大于35 m3/min。

4.3煤样突出指标参数

己15, 16煤层的瓦斯放散初速度指标ΔP、坚固性系数指标f和综合指标K见表2。根据煤样的测定结果, f值随深度和地质构造的变化不明显, 但ΔP、K随埋藏深度和构造的影响而变化。

5己四采区煤与瓦斯突出的分布特征

己15, 16煤层首次发生煤与瓦斯突出于2001年1月23日在己15-24020出煤巷, 掘进放炮诱导突出, 突出煤量326 t, 突出瓦斯量18 816 m3, 突出标高为-541 m, 垂深735 m。最浅突出标高为-416 m, 2003年, 22230回风巷发生突出。

从数次发生的煤与瓦斯突出来看, 表现有以下特点:①突出点绝大多数分布在矿井郭庄背斜北翼, 始突标高为-541 m, 最浅突出标高为-416 m;②突出均发生在己15, 16合层煤层中, 煤层厚度和倾角较大, 均在25°以上, 多数突出点都发生在断层附近或地质变化带;③突出点附近煤层结构破坏严重, 煤质松软, 有片帮现象, 软分层厚度明显增厚, 煤层强度有所降低;④大多数煤与瓦斯突出具有一定的预兆, 如煤炮、喷孔等异常现象。

6瓦斯突出预测地质指标研究

十矿己四采区煤与瓦斯突出事故受地质因素影响较大, 主要影响的地质条件类型为:①构造作用强烈的复杂区, 尤其是因强烈的扭挤作用形成的向斜区域;②地质条带的交界处, 倾角发生变化, 特别是倾角增大区域;③落差在2 m以上的断层;④构造煤发育、增厚或急剧变化区域;⑤构造区域煤层形成封闭状, 瓦斯释放“通道”破坏, 阻碍瓦斯释放;⑥地质断层使所处的工作面由下降盘向上升盘施工;⑦煤层瓦斯涌出量在10 m3/min以上区域。

根据以上对己15, 16煤层煤与瓦斯突出的特征的分析, 对己四采区突出危险区域划分如下:①己组发生的首次煤与瓦斯突出标高为-541 m, 在煤层埋深标高-541 m以下的区域都应划为突出危险区。②根据瓦斯压力测定和ΔP, f值的测定, 标高-320 m处的瓦斯压力为1.45 MPa;在标高-343 m以下的许多ΔP, f值落在瓦斯突出危险区的范围, 将郭庄背斜轴以北的整个己四采区己15, 16煤层合层区域划为煤与瓦斯突出危险区。③历次己组煤与瓦斯突出均发生在己15, 16煤层合层区域, 而西部分层区在施工过程中未发生动力现象, 因此将合层区域划为煤与瓦斯突出危险区, 分层区为煤与瓦斯突出威胁区, 考虑《防治煤与瓦斯突出细则》石门揭煤预留岩柱要求, 所以将分层之间的夹矸厚度5～6 m作为煤与瓦斯突出危险区与威胁区的分界线, 夹矸厚度大于5～6 m的区域为煤与瓦斯突出威胁区, 否则为危险区。

依据地质因素, 通过对瓦斯突出危险区域的划分和评价, 对十矿防突工作面煤与瓦斯突出防治工作提供了科学依据, 有效地指导了工作面生产过程中的危险程度划分, 在工作面不同的区段采取了相应的防突措施, 杜绝工作面突出事故的发生, 产生了良好的社会效益和经济效益。

摘要：对己组煤层的突出分布特征、瓦斯涌出量和瓦斯含量、瓦斯突出指标、预测效检指标等相互之间的关系, 特别是地质因素进行了综合分析, 研究地质因素对煤与瓦斯突出影响, 确定地质条件类型对瓦斯突出的预测指标, 对己组煤层中的己四采区的突出危险区域划分提供依据, 指导了防突措施的制定。

关键词：地质指标,煤与瓦斯,突出预测

参考文献

[1]杨孟达.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社, 2008.

突出预测敏感指标 篇7

1 矿井概况

霍尔辛赫煤矿生产能力300万t/a, 主采的3号煤层位于山西组下部, 煤层倾角为5°左右, 煤厚4.49~7.17 m, 平均厚5.65 m, 该煤层全井田可采, 结构简单, 厚度变化不大。矿井采用盘区式开拓, 共划分为7个盘区。采煤方法为采区前进区段后退走向长壁采煤法。3号煤层瓦斯含量为8~10 m3/t, 最大瓦斯压力为0.52 MPa, 最大瓦斯放散初速度为23.1, 煤的最小坚固性系数为1.27, 煤的破坏类型为Ⅱ类。

2 突出危险性预测敏感指标及确定方法

突出危险性预测敏感指标, 是针对某矿井某煤层采掘工作面进行日常预测时, 在当前技术条件下能明显区分出是否具有突出危险性的指标。煤与瓦斯突出受地应力、瓦斯压力、煤岩物理力学性质等多因素控制。理想的敏感指标应能明显反映引起煤与瓦斯突出的主要因素[3]。

敏感指标的选取应能明显区分是否具有突出危险性, 其判断标准应考虑2方面因素: (1) 指标值的变化是否随着突出危险性明显变化; (2) 指标值大小的突出危险因素是否大于测定误差等外部条件和人为因素, 即其测量误差在预测中不应起主导作用。具体确定时应根据矿井的煤层赋存条件、地质因素、瓦斯条件及煤体物理力学性质试验确定敏感指标。突出危险性预测工作是综合防突措施的第一个环节。突出预测的目的是确定具有突出危险性的区域和地点, 是执行防突措施的前提条件。

各国研究者对煤矿瓦斯突出进行了长期研究, 提出了各种突出预测方法, 其较为成熟的有钻孔瓦斯涌出初速度法、综合指标法、R值指标法和钻屑指标法等[4,5]。为确保霍尔辛赫煤矿煤巷安全掘进, 根据《防治煤与瓦斯突出规定》[6], 应当首先根据实际发生的瓦斯动力现象进行突出煤层鉴定。当动力现象特征不明显或者没有动力现象时, 应当根据实际测定的煤层最大瓦斯压力P以及软分层煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度Δp、煤的坚固性系数f等指标进行突出煤层鉴定。当全部指标均达到或者超过表1所列的临界值时即为突出煤层。

为进一步确定霍尔辛赫煤矿是否具有突出危险性, 在霍尔辛赫煤矿采用钻屑指标法, 对掘进中的3201辅助回风巷、3202运输巷等地点进行突出危险性预测。

3 钻屑指标法现场测试及结果

3.1 试验区布置

目前阶段, 该矿主要生产区为二盘区和三盘区。该矿工作面采用“双U”式通风, 对于3202工作面, 其辅助进风巷采用3201辅助回风巷, 需向前掘进。根据矿井生产布置, 将测定地点选在3301辅助回风巷、3301回风巷、3202辅助回风巷、3202运输巷、东回风巷、3201辅助回风巷等地点 (图1) 。

要求在测定钻屑瓦斯解吸指标K1和钻屑量S的同时, 每隔2 m测定1次钻屑瓦斯解吸指标K1 (测定时打钻深度为12 m) 。每米测定1次钻屑量S, 在第12 m时测定瓦斯含量, 以期找出钻屑指标与瓦斯含量之间的关系。

3.2 测试方法及要求

该矿根据钻屑瓦斯解吸指标K1和钻屑量S进行掘进工作面突出危险性预测, 采用WTC突出危险参数仪测定钻屑瓦斯解吸指标K1和钻屑量S。测定步骤如下:

(1) 采用钻屑瓦斯解吸指标K1和钻屑量S进行突出危险性预测时, 要求近水平、缓倾斜煤层工作面应向前方煤体至少施工3个42 mm、深8~10 m的钻孔, 测定钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量。因此在软分层中, 每次测定施工不少于3个42 mm、深12m的钻孔。

(2) 测定钻孔应有序布置, 兼顾整个掘进工作面, 其中1个钻孔位于掘进巷道断面中部, 并平行于掘进方向;其余钻孔位于巷道两帮, 其终孔位置应位于巷道断面两侧轮廓线外2~4 m处。

(3) 钻孔施工中, 每钻进1 m测定该1 m段的全部钻屑量S;每钻进2 m测定1次钻屑瓦斯解吸指标K1值。

(4) 整理实测得到的S、K1, 考察钻屑瓦斯解吸指标K1和钻屑量S与瓦斯含量的关系, 确定敏感指标的临界值。如果所有测定值均小于临界值, 并且未发现其他异常情况, 则该工作面预测为无突出危险工作面;否则, 为突出危险工作面。

3.3 测试结果

测试点敏感指标测定结果统计见表2。钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的参考临界值[6]:钻屑瓦斯解吸指标Δh2为200 Pa;钻屑瓦斯解吸指标K1为0.5 m L/ (g·min0.5) ;钻屑量S为6kg/m (5.4 L/m) 。根据所测得数据, 可以看出钻屑解吸指标K1与瓦斯含量之间的相关性要比钻屑量S与瓦斯含量之间的相关性大。经分析发现, 在3201辅助回风巷、3202运输巷等地点测定的钻屑解吸指标K1与瓦斯含量之间有较好的相关性。从测定结果中可以看出, 各钻屑指标均低于突出危险性的参考临界值, 表明试验区域煤层不具有突出危险性。

4 结论

(1) 采用钻屑指标法, 各测点测定的钻屑指标均低于突出危险性临界指标, 表明测定区域煤层不具有煤与瓦斯突出危险性, 为掘进工作提供了保障。

(2) 在现场施工中, 煤巷掘进工作未出现突出现象, 表明了钻屑指标法在霍尔辛赫煤矿突出危险性预测中的可行性。

摘要：煤与瓦斯突出是煤矿井下最严重的灾害之一, 严重威胁着煤矿工人生命安全及煤矿安全生产。采用钻屑指标法对霍尔辛赫煤矿进行突出危险性评价, 测试点布置在3201辅助回风巷、3202运输巷等地点, 测试结果表明, 各地点测试指标均低于突出危险性临界值, 为煤巷安全掘进提供了保障。

关键词：钻屑指标法,突出预测,危险性评价

参考文献

[1]孙东玲.突出敏感指标及临界值确定方法的探讨与尝试[J].煤炭工程师, 1996, 4 (3) :3-7.

[2]于不凡.煤和瓦斯突出机理[M].北京:煤炭工业出版社, 1985.

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[5]赵旭生, 董银生, 岳超平.煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法[J].矿业安全与环保, 2007, 6 (3) :28-29.