影響掘進工作面突出影響因素分析

張曉忠　張有貴

摘要：對掘進工作面突出影響因素進行分析，得到了突出指標隨主要影響因素的變化規(guī)律。要根據(jù)煤層的具體情況和突出預測指標的大小和變化規(guī)律，綜合判斷工作面突出危險性大小。

關(guān)鍵詞：工作面 初速度 鉆屑量 瓦斯解吸

0 引言

近年來，隨著我國煤礦采掘強度和深度加大，礦井瓦斯問題，尤其是煤與瓦斯突擊現(xiàn)象日益嚴重。我國在1995年頒布的《防治煤與瓦斯突出細則》中規(guī)定，煤巷掘進工作面突出危險性預測，可采用鉆孔瓦斯涌出初速度法、R值指標法和鉆屑指標法。但是由于目前煤礦采掘深度加大，突出煤層賦存條件復雜，煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量較高，地應力較大，煤層的透氣性較差，煤質(zhì)較軟，使得在工作面突出預測預報時經(jīng)常出現(xiàn)低指標突出，高指標不突出的現(xiàn)象。在進行工作面突出危險性預測時還發(fā)現(xiàn)，在不同突出礦井，甚至在同一礦井的不同煤層或不同區(qū)域，應采取不同的突出預測指標和臨界值。

1 工作面突出影響因素分析

1.1 煤層鉆屑量影響 鉆屑量主要用于反映煤層中應力的大小以及煤層強度的大小。影響鉆屑量主要因素有：煤體強度、煤體承受的地應力和瓦斯壓力。鉆屑量對地應力為主要動力的突出是一項較為敏感的指標，對煤體強度較小的突出煤層而言，地應力對鉆屑量的影響非常顯著。對堅固性系數(shù)f＞0.3的突出煤層，地應力對鉆屑量的影響很小，這時鉆屑量的大小不能反映地應力的大小，預測精度很低。對f＜0.3的突出煤層，用鉆屑量進行預測煤層突出危險性效果較好。對堅固性系數(shù)f＝0.25的突出煤層，瓦斯壓力對鉆屑量的影響隨著地應力的增加而增加。

1.2 瓦斯涌出初速度分析 鉆孔瓦斯涌出初速度的定義是在煤層中按規(guī)定的技術(shù)要求施工鉆孔，在達到預定深度后2min時，在規(guī)定長度鉆孔內(nèi)涌出的瓦斯流量。我國《防治煤與瓦斯突出細則》規(guī)定用鉆孔瓦斯涌出初速度法預測煤巷掘進工作面突出危險性。鉆孔瓦斯涌出初速度全面地反映了決定煤層突出危險性的全部因素，如煤層的應力狀態(tài)、自然瓦斯含量、透氣性和煤的力學性質(zhì)的變化，該指標值反映了煤與瓦斯突出的危險程度。在某些煤層開采條件下使用鉆孔瓦斯涌出初速度指標進行預測時還存在某些弊端。對于透氣性較大的突出危險煤層，該指標敏感性較差，但是在被保護煤層掘進中發(fā)現(xiàn)實測的鉆孔瓦斯涌出初速度比未采取開采保護層防突措施前的鉆孔瓦斯涌出初速度要大，在很多情況下超過突出臨界值，這種現(xiàn)象在我國許多突出礦井中經(jīng)常出現(xiàn)。

透氣性系數(shù)對于鉆孔瓦斯涌出初速度指標的影響很大，通常煤層透氣性系數(shù)的大小并不能反映煤層突出危險性的大小。當透氣性系數(shù)變化一個數(shù)量級時，鉆孔瓦斯涌出初速度指標變化4倍以上。因此鉆孔瓦斯涌出初速度對透氣性系數(shù)變化較大的煤層預測突出敏感性較差，這也就說明了突出煤層經(jīng)過開采保護層防突措施后用鉆孔瓦斯涌出初速度進行預測經(jīng)常出現(xiàn)誤報的原因。

對于透氣性較小的煤層，鉆孔瓦斯涌出初速度指標所測得的瓦斯主要來源于鉆孔周圍應力所造成的卸壓區(qū)煤的解吸瓦斯，煤層越軟，應力越大時，其值越大。它能夠直接反映出突出煤層的破壞程度、煤層中瓦斯及煤的受力情況的綜合作用。對于透氣性較小的煤層來講，應用鉆孔瓦斯涌出初速度指標來預測煤層突出危險性是可以的。當煤層透氣性系數(shù)很小時，即使煤層瓦斯壓力、地應力足夠大，煤堅固性系數(shù)足夠小，鉆孔瓦斯涌出初速度指標仍然很小，而此時煤層突出危險性卻很大，所以在工作面突出預測時經(jīng)常出現(xiàn)測得的鉆孔瓦斯涌出初速度很小而發(fā)生突出的現(xiàn)象。

20世紀七十年代，在頓巴斯、庫茲巴斯、沃爾庫特、卡拉干達等地區(qū)，用鉆孔瓦斯涌出初速度法進行工作面預測共350萬次，證實了在99.6％的場合下，煤層不會發(fā)生突出。上述預測方法是根據(jù)開采深度為400～800ｍ的試驗結(jié)果確定的。但是當開采深度在800ｍ以下時，地應力與瓦斯壓力都顯著增大，仍用鉆孔瓦斯涌出初速度來預測突出，將出現(xiàn)鉆孔瓦斯涌出初速度值偏低的現(xiàn)象，使預測準確度降低。所以，在深部開采時使用鉆孔瓦斯涌出初速度預測工作面突出危險性時應考慮煤層開采深度這一影響因素。

鉆孔瓦斯涌出初速度的臨界值隨著開采深度的增大而減小。隨著煤礦開采深度的增加，煤層瓦斯壓力變大，瓦斯含量變高，煤層透氣性變差，鉆孔瓦斯涌出初速度變小，但是煤層的突出危險性是增大的。如果突出煤層在深部開采時仍采用現(xiàn)在《防治煤與瓦斯突出細則》中規(guī)定的臨界值進行突出危險性預測和效果檢驗，可能會發(fā)生煤與瓦斯突出危險。

煤層瓦斯壓力是影響突出危險程度的一個重要因素。在煤與瓦斯突出區(qū)域，瓦斯壓力增大，說明煤層的突出危險性變大，但是有時測得的鉆孔瓦斯涌出初速度很小，其原因是因為煤層的透氣性太差而造成的。所以鉆孔瓦斯涌出初速度不能夠真實的反映煤層瓦斯壓力的變化情況，對于瓦斯壓力高而透氣性低，破壞程度高的煤層，即使所測定的鉆孔瓦斯涌出初速度值很小，其突出危險性也是很大的。但是突出煤層的鉆孔瓦斯涌出初速度的衰減速度很快，可以根據(jù)鉆孔瓦斯涌出初速度和其衰減速度指標綜合進行預測，這時候鉆孔瓦斯涌出初速度能反映瓦斯壓力的影響。當瓦斯壓力很小時，煤層可能發(fā)生以地應力為主導作用的壓出或者以重力為主導作用的傾出動力現(xiàn)象，這時候測得的鉆孔瓦斯涌出初速度指標很小，鉆孔瓦斯涌出初速度衰減速度指標誤差很大，因此對預測以地應力為主導因素的動力現(xiàn)象敏感性較差。

1.3 鉆屑瓦斯解吸預測 用鉆屑瓦斯解吸指標預測煤與瓦斯突出，我國應用普遍的是K1和△h2。K1值愈大，表征煤的瓦斯含量大，破壞類型高，瓦斯解吸速度快，則愈易突出。從理論上分析可知：K1值預測突出的敏感性能主要與煤中的瓦斯壓力、煤的物理力學性質(zhì)有關(guān)，對以瓦斯為主的突出危險煤層進行預測是有效的，而對以地應力為主的壓出、傾出型動力現(xiàn)象預測敏感性較差。K1值主要取決于鉆屑中瓦斯壓力大小、鉆屑的物理力學性質(zhì)。而煤與瓦斯突出主要取決于煤體中的地應力、瓦斯壓力的大小以及煤的物理力學性質(zhì)等因素。△h2是從鉆孔揭開某一采樣段起，在煤樣平衡壓力卸除后的第4～5min的時間段瓦斯解吸量，體現(xiàn)為解吸儀U型水柱計的壓差高度?！鱤2愈大，表征煤體的瓦斯含量高、煤的破壞類型高、愈易突出。

2 結(jié)論

根據(jù)煤與瓦斯突出預測機理，對掘進工作面突出預測指標影響的主要因素進行分析，得到了突出預測指標隨主要影響因素的變化規(guī)律。在掘進工作面進行突出危險性預測時，要根據(jù)煤層的具體情況，并根據(jù)突出預測指標的大小和變化規(guī)律，綜合判斷工作面突出危險性大小。

參考文獻：

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[2]劉國泉.關(guān)于應用鉆屑量與鉆屑瓦斯解吸指標判定突出危險性若干問題的討論［J］.煤礦安全.1993（2）.