貴州某煤礦煤與瓦斯突出預(yù)測敏感指標(biāo)的確定

韋恩光　鄧成?！∨烁|　文精貴

摘要：本文以貴州某煤礦為工程研究對象，闡述了該礦煤層賦存特征，選定了鉆屑解吸指標(biāo)K1、Δh2，鉆屑量S，鉆孔瓦斯涌出初速度q值作為煤與瓦斯突出的預(yù)測指標(biāo)，并定性分析了各指標(biāo)敏感性，結(jié)果表明，指標(biāo)K1、Δh2的敏感性顯著強于指標(biāo)S和q。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出;預(yù)測指標(biāo);敏感性

1? ? 工程概況

貴州省煤礦煤層條件復(fù)雜，基本為高瓦斯礦井，每年發(fā)生的煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故的數(shù)量及傷亡人數(shù)在全國瓦斯事故中均處于前列，是我國煤礦瓦斯災(zāi)害防治的重點區(qū)域。近年來，雖然煤礦企業(yè)不斷加強瓦斯防治的投入，完善生產(chǎn)管理，但瓦斯事故仍時有發(fā)生。貴州某煤礦含煤地層為龍?zhí)睹航M，局部可采煤層共6層，主采11#煤層，各煤層特征如表1所示。該礦瓦斯涌出量較大，經(jīng)專業(yè)機構(gòu)鑒定，礦井屬于高瓦斯礦井，存在煤與瓦斯突出危險。在生產(chǎn)過程中，經(jīng)過兩巷預(yù)抽后，工作面瓦斯?jié)舛仍谧匀煌L(fēng)條件下仍然較大。

為防治煤與瓦斯突出，該礦采用“四位一體”防突措施為原則，在掘進(jìn)前先對突出危險性進(jìn)行預(yù)測。本文針對概況使用的突出預(yù)測指標(biāo)進(jìn)行分析，研究各預(yù)測指標(biāo)的敏感性，以期提高預(yù)測效率和準(zhǔn)確性。

2? ? 煤與瓦斯突出預(yù)測指標(biāo)的選定

該礦之前進(jìn)行煤與瓦斯突出預(yù)測時，使用的預(yù)測指標(biāo)有鉆屑解吸指標(biāo)K1、Δh2，鉆屑量S，鉆孔瓦斯涌出初速度q值等。因此，本文選定上述四個指標(biāo)作為煤與瓦斯突出預(yù)測主要的指標(biāo)考察對象，分析各自的敏感性。

在上述4個指標(biāo)中，鉆屑解吸指標(biāo)K1、Δh2，與煤層瓦斯壓力、煤的破壞類型及煤的孔隙結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，并直接有效地表達(dá)了上述因素的宏觀表現(xiàn)，鉆屑量S則反映了原巖應(yīng)力的大小，鉆孔瓦斯涌出初速度q值除了反映上述各因素外，還與煤層及圍巖的透氣性有密切關(guān)聯(lián)。

該礦在循環(huán)掘進(jìn)過程中，往往預(yù)留2 m超前距，一次循環(huán)允許掘進(jìn)的距離不超過5 m，根據(jù)巷道總設(shè)計長度，每個掘進(jìn)工作面需測試或收集20～80個預(yù)測指標(biāo)數(shù)據(jù)。同時為使預(yù)測結(jié)果更準(zhǔn)確，能夠反映真實情況，在測試或收集預(yù)測指標(biāo)數(shù)據(jù)時，也觀測煤層厚度、夾矸、傾角、斷層等地質(zhì)條件的變化情況，作為敏感指標(biāo)分析的基礎(chǔ)資料。

實驗測試在井下掘進(jìn)工作面實地開展，分為預(yù)抽瓦斯前、預(yù)抽瓦斯期間、預(yù)抽瓦斯后三個階段分別進(jìn)行考察。并且在預(yù)抽瓦斯期間，為詳細(xì)掌握敏感指標(biāo)的變化情況，在預(yù)抽開始后5天、10天等時間節(jié)點做重點考察，篩選對突出危險性敏感性好、容易操作、測值精確的指標(biāo)作為貴州該礦突出預(yù)測的依據(jù)?？疾旒夹g(shù)路線如圖1所示。

研究該礦之前的生產(chǎn)調(diào)度記錄資料發(fā)現(xiàn)，在1121回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中遇到斷層時，鉆屑解吸指標(biāo)K1、Δh2出現(xiàn)明顯的異常變化，但鉆屑量S和鉆孔瓦斯涌出初速度q相應(yīng)變化但變化幅度較小，結(jié)合該礦11#煤層瓦斯賦存規(guī)律和突出特征的分析結(jié)論，認(rèn)為初步選定屑解吸指標(biāo)K1、Δh2以及鉆屑量S和鉆孔瓦斯涌出初速度q為主要考察對象是可行的。

3? ? 預(yù)測指標(biāo)測值分析

根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中各指標(biāo)的臨界值標(biāo)準(zhǔn)，該礦主采煤層各指標(biāo)均超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其中鉆屑解吸指標(biāo)K1的總體平均超標(biāo)率為26.2%，鉆屑解吸指標(biāo)Δh2平均超標(biāo)率為13.9%，鉆屑量S平均超標(biāo)率為0.8%，鉆孔瓦斯出速度q的平均超標(biāo)率為2.4%。因此，該礦嚴(yán)格執(zhí)行“先抽后掘”的防治煤與瓦斯突出技術(shù)措施，當(dāng)掘進(jìn)巷道充分抽采后，煤層中的瓦斯含量及瓦斯壓力得到明顯改善，相應(yīng)的預(yù)測指標(biāo)隨之變小，故而敏感性好的指標(biāo)會出現(xiàn)明顯的波動，相應(yīng)的數(shù)據(jù)分布圖變化幅度也較大。

在具有突出危險的掘進(jìn)工作面，通常會出現(xiàn)瓦斯涌出量突然增大等煤與瓦斯突出的預(yù)兆現(xiàn)象，或者在遇到斷層構(gòu)造帶時，預(yù)測指標(biāo)會出現(xiàn)異常波動的現(xiàn)象。本文以該礦1121回風(fēng)巷為例，對收集的各指標(biāo)預(yù)測值進(jìn)行分析，以各預(yù)測指標(biāo)數(shù)據(jù)分布折線圖為基礎(chǔ)分析指標(biāo)的敏感性。

（1）預(yù)測指標(biāo)K1

預(yù)測指標(biāo)K1的數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2可知，鉆屑解吸指標(biāo)K1的最大值為0.76 ml/（g·min1/2），最小值為0.15 ml/（g·min1/2）。圖中折線變化明顯，表明鉆屑解吸指標(biāo)K1的測值波動較大，能夠在一定程度較好地反映工作面突出危險變化規(guī)律。

此外，在1121回風(fēng)巷和其他巷道掘進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)，如果打鉆孔時出現(xiàn)夾鉆、吸鉆等情況，則鉆屑解吸指標(biāo)K1的測值就比較大，相應(yīng)的動力現(xiàn)象也比較明顯。經(jīng)過抽采以后，K1的測值則明顯減小，由此說明K1指標(biāo)比較敏感。

（2）預(yù)測指標(biāo)Δh2

鉆屑解吸指標(biāo)Δh2的數(shù)據(jù)如圖3所示。由圖3可知，指標(biāo)Δh2的數(shù)據(jù)波形與指標(biāo)K1的數(shù)據(jù)波形相似，二者波動規(guī)律也比較相近。表明鉆屑解吸指標(biāo)Δh2的測值也能夠反映煤與瓦斯突出的危險性規(guī)律，同樣是敏感指標(biāo)。

（3）預(yù)測指標(biāo)S

鉆屑量S的數(shù)據(jù)如圖4所示。圖4共包含75組數(shù)據(jù)，但大多數(shù)數(shù)據(jù)在3.5 kg左右，最大值為4.5 kg，最小值為2.6 kg，整體變化不大。此外，在掘進(jìn)過程中，當(dāng)出現(xiàn)吸鉆或者頂鉆等異常情況時，也極少發(fā)生煤炮等現(xiàn)象，反而當(dāng)鉆屑量較小時出現(xiàn)過突出預(yù)兆。因此，鉆屑量S并不是敏感指標(biāo)。

（4）預(yù)測指標(biāo)q

鉆孔瓦斯涌出初速度q值的數(shù)據(jù)如圖5所示。由于q值的測量受到的限制較多，在很多地方未能進(jìn)行測量，因此圖5只包含了25組數(shù)據(jù)，但與鉆屑量S的數(shù)據(jù)折線圖相似，q值的數(shù)據(jù)變化也不大，表明敏感性較弱。

4? ? 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)鉆屑解吸指標(biāo)K1、Δh2，鉆屑量S，鉆孔瓦斯涌出初速度q值等預(yù)測指標(biāo)的數(shù)據(jù)做定性分析，可以確定指標(biāo)K1、Δh2的敏感性顯著強于指標(biāo)S和q。

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