影響掘進(jìn)工作面突出影響因素分析

摘要：對掘進(jìn)工作面突出影響因素進(jìn)行分析，得到了突出指標(biāo)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(yù)測指標(biāo)的大小和變化規(guī)律，綜合判斷工作面突出危險(xiǎn)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(qiáng)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(yán)重。我國在1995年頒布的《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》中規(guī)定，煤巷掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測，可采用鉆孔瓦斯涌出初速度法、R值指標(biāo)法和鉆屑指標(biāo)法。但是由于目前煤礦采掘深度加大，突出煤層賦存條件復(fù)雜，煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量較高，地應(yīng)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(yù)測預(yù)報(bào)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)低指標(biāo)突出，高指標(biāo)不突出的現(xiàn)象。在進(jìn)行工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測時(shí)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(yīng)采取不同的突出預(yù)測指標(biāo)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(yīng)力的大小以及煤層強(qiáng)度的大小。影響鉆屑量主要因素有：煤體強(qiáng)度、煤體承受的地應(yīng)力和瓦斯壓力。鉆屑量對地應(yīng)力為主要?jiǎng)恿Φ耐怀鍪且豁?xiàng)較為敏感的指標(biāo)，對煤體強(qiáng)度較小的突出煤層而言，地應(yīng)力對鉆屑量的影響非常顯著。對堅(jiān)固性系數(shù)f＞0.3的突出煤層，地應(yīng)力對鉆屑量的影響很小，這時(shí)鉆屑量的大小不能反映地應(yīng)力的大小，預(yù)測精度很低。對f＜0.3的突出煤層，用鉆屑量進(jìn)行預(yù)測煤層突出危險(xiǎn)性效果較好。對堅(jiān)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(yīng)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(dá)到預(yù)定深度后2min時(shí)，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(xì)則》規(guī)定用鉆孔瓦斯涌出初速度法預(yù)測煤巷掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性。鉆孔瓦斯涌出初速度全面地反映了決定煤層突出危險(xiǎn)性的全部因素，如煤層的應(yīng)力狀態(tài)、自然瓦斯含量、透氣性和煤的力學(xué)性質(zhì)的變化，該指標(biāo)值反映了煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)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(biāo)進(jìn)行預(yù)測時(shí)還存在某些弊端。對于透氣性較大的突出危險(xiǎn)煤層，該指標(biāo)敏感性較差，但是在被保護(hù)煤層掘進(jìn)中發(fā)現(xiàn)實(shí)測的鉆孔瓦斯涌出初速度比未采取開采保護(hù)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(biāo)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(xiǎn)性的大小。當(dāng)透氣性系數(shù)變化一個(gè)數(shù)量級時(shí)，鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)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(yù)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(hù)層防突措施后用鉆孔瓦斯涌出初速度進(jìn)行預(yù)測經(jīng)常出現(xiàn)誤報(bào)的原因。

對于透氣性較小的煤層，鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)所測得的瓦斯主要來源于鉆孔周圍應(yīng)力所造成的卸壓區(qū)煤的解吸瓦斯，煤層越軟，應(yīng)力越大時(shí)，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(yīng)用鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)來預(yù)測煤層突出危險(xiǎn)性是可以的。當(dāng)煤層透氣性系數(shù)很小時(shí)，即使煤層瓦斯壓力、地應(yīng)力足夠大，煤堅(jiān)固性系數(shù)足夠小，鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)仍然很小，而此時(shí)煤層突出危險(xiǎn)性卻很大，所以在工作面突出預(yù)測時(shí)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(jì)七十年代，在頓巴斯、庫茲巴斯、沃爾庫特、卡拉干達(dá)等地區(qū)，用鉆孔瓦斯涌出初速度法進(jìn)行工作面預(yù)測共350萬次，證實(shí)了在99.6％的場合下，煤層不會發(fā)生突出。上述預(yù)測方法是根據(jù)開采深度為400～800ｍ的試驗(yàn)結(jié)果確定的。但是當(dāng)開采深度在800ｍ以下時(shí)，地應(yīng)力與瓦斯壓力都顯著增大，仍用鉆孔瓦斯涌出初速度來預(yù)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(yù)測準(zhǔn)確度降低。所以，在深部開采時(shí)使用鉆孔瓦斯涌出初速度預(yù)測工作面突出危險(xiǎn)性時(shí)應(yīng)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(xiǎn)性是增大的。如果突出煤層在深部開采時(shí)仍采用現(xiàn)在《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》中規(guī)定的臨界值進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測和效果檢驗(yàn)，可能會發(fā)生煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。

煤層瓦斯壓力是影響突出危險(xiǎn)程度的一個(gè)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(xiǎn)性變大，但是有時(shí)測得的鉆孔瓦斯涌出初速度很小，其原因是因?yàn)槊簩拥耐笟庑蕴疃斐傻摹Ｋ糟@孔瓦斯涌出初速度不能夠真實(shí)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(xiǎn)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(biāo)綜合進(jìn)行預(yù)測，這時(shí)候鉆孔瓦斯涌出初速度能反映瓦斯壓力的影響。當(dāng)瓦斯壓力很小時(shí)，煤層可能發(fā)生以地應(yīng)力為主導(dǎo)作用的壓出或者以重力為主導(dǎo)作用的傾出動力現(xiàn)象，這時(shí)候測得的鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)很小，鉆孔瓦斯涌出初速度衰減速度指標(biāo)誤差很大，因此對預(yù)測以地應(yīng)力為主導(dǎo)因素的動力現(xiàn)象敏感性較差。

1.3 鉆屑瓦斯解吸預(yù)測 用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)預(yù)測煤與瓦斯突出，我國應(yīng)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(yù)測突出的敏感性能主要與煤中的瓦斯壓力、煤的物理力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，對以瓦斯為主的突出危險(xiǎn)煤層進(jìn)行預(yù)測是有效的，而對以地應(yīng)力為主的壓出、傾出型動力現(xiàn)象預(yù)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(xué)性質(zhì)。而煤與瓦斯突出主要取決于煤體中的地應(yīng)力、瓦斯壓力的大小以及煤的物理力學(xué)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(shí)間段瓦斯解吸量，體現(xiàn)為解吸儀U型水柱計(jì)的壓差高度。△h2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(yù)測機(jī)理，對掘進(jìn)工作面突出預(yù)測指標(biāo)影響的主要因素進(jìn)行分析，得到了突出預(yù)測指標(biāo)隨主要影響因素的變化規(guī)律。在掘進(jìn)工作面進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測時(shí)，要根據(jù)煤層的具體情況，并根據(jù)突出預(yù)測指標(biāo)的大小和變化規(guī)律，綜合判斷工作面突出危險(xiǎn)性大小。

參考文獻(xiàn)：

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