煤與瓦斯突出危險性預測研究

生艷鳳

鶴壁煤業技師學院，河南鶴壁 458000

1 瓦斯突出危險性參數測試

1.1 瓦斯壓力測試

瓦斯壓力促使瓦斯在煤層中流動，它決定了煤層中瓦斯含量和涌出量的大小，是煤與瓦斯突出危險性的主要參數之一，因此我們必須對瓦斯壓力進行測定，測定點應選擇在巖石沒有斷層、不發育的地點進行。瓦斯壓力均隨埋藏深度的增加而增大，壓力增長梯度公式為：

m=(P2-P1)/(H2-H1)

式中：m-煤層瓦斯壓力梯度，MPa/m；

P1-在深度H1處的瓦斯壓力，MPa；

P2-在深度H2的瓦斯壓力，MPa。

1.2 瓦斯基礎參數測試

1）鉆孔自然瓦斯涌出量及衰減系數

鉆孔瓦斯自然涌出量隨時間的延續呈減小變化關系，通常用下式描述：

qt=qo.e-at

式中： qt-時間為t 時的鉆孔瓦斯涌出量，m3/min.hm；

qo-初始瓦斯涌出量，m3/min.hm；

α-鉆孔瓦斯涌出量衰減系數-1；

t-排放瓦斯時間，d。

這種減小速度的系數叫做鉆孔瓦斯自然涌出量衰減系數，該系數值可作為評價煤層預抽瓦斯難易程度的一個重要參考依據。

1.3 煤層透氣性系數

煤層透氣性是指煤層對瓦斯流動的阻力，通常用透氣性系數表示，它是煤層瓦斯流動難易程度的標志。目前我國廣泛采用中國礦業大學提出的方法來測定煤層透氣性系數，這一方法是在煤層瓦斯向鉆孔流動的狀態屬徑向不穩定流動的基礎上建立的。

2 煤與瓦斯突出危險性預測

2.1 控制煤與瓦斯突出的因素

2.1.1 高構造應力區、壓性、壓扭性構造帶是突出的主要地帶

1990年的統計資料，全國共發生煤與瓦斯突出11 470余次，華南地區6 900 余次，占全國突出總數的60%以上，而華南地區的煤炭產量遠不到全國的百分之十。主要原因就是華南地區有著較全國其他地區更為復雜的地質條件：高構造應力，華北地區平均水平主應力為3.3MPa，華南地區為8MPa；華南地區的多數煤田是以復雜的褶皺構造和壓性、壓扭性斷裂構造為主體，煤層變形極為強烈，“構造煤”普遍發育。

2.1.2 發生煤與瓦斯突出的地點都是“構造煤”發育的地帶

所有發生煤與瓦斯突出的地點都發育有構造煤，“構造煤”本身就位于構造應力集中的部位，煤層強烈變形、破壞，特別是Ⅳ類煤和Ⅴ類煤，主要是韌性變形的產物。“構造煤”較之原生結構的正常煤堅固性系數明顯降低，降低了煤與瓦斯突出時所需要的能量。

2.1.3 突出往往發生在小斷層附近

小斷層落差小，當煤層頂板是透氣性巖層時，有時會聚集瓦斯；斷層活動造成了斷層兩盤應力集中分布帶；斷裂破壞和斷盤相對運動剪切，在斷層面附近的上、下盤形成較厚的“構造煤”。

2.2 煤與瓦斯突出危險性的預測

2.2.1 煤層原始瓦斯壓力（p）

影響煤與瓦斯突出的因素很多，但導致突出的基本因素之一是瓦斯壓力，因為發生發瓦斯突出時必須要達到一定的瓦斯壓力，其臨界值是造成突出的必要條件。我國煤層發生煤與瓦斯突出的瓦斯壓力臨界值確定為0.74MPa，該值是通過對我國多次突出事故進行統計分析后而最終確定的。

2.2.2 煤的堅固性系數（f）

煤體的堅固性系數越大，發生突出的可能性就越小。因此，我們將煤的堅固性系數作為煤與瓦斯突出預測的單項指標之一，其臨界指標值為0.5。當f＞0.5 時，煤層發生突出的危險性較小；當f ≤0.5 時，煤層存在發生突出的潛在危險性。

2.2.3 瓦斯放散初速度（Δp）

當瓦斯含量相同時，煤的放散初速度越大，煤體就越容易遭到破壞，也就越容易發生煤與瓦斯突出。因此我們將瓦斯放散初速度作為煤與瓦斯突出預測單項指標之一，確定其臨界值為10，當Δp＞10 時，煤層具有發生突出的潛在危險性。

2.2.4 煤與瓦斯突出危險性預測指標選擇

煤與瓦斯突出時多種因素共同作用產生的復雜動力現象，采用單一因素指標難以進行準確預測，必須考慮多因素共同作用效應。

1） 單項指標

單項指標方法包括煤的瓦斯放散初速度、破壞類型、煤層瓦斯壓力和煤的堅固性系數。根據相關規定，預測煤層突出危險性單項指標臨界值見表1。當四個單項指標同時達到或超過臨界值時，煤層就具有突出危險，否則為無突出危險的煤層。

2）綜合指標D、K

綜合指標D 較全面地考慮了影響突出的3 個主要因素，即地應力、瓦斯壓力和煤質，是判別煤層區域突出危險性的重要指標。K 值是煤的物理學性質的反映，也是判斷煤層區域突出危險性的重要依據。綜合指標D、K 值計算公式如下：

D=（0.0075H/f-3）（p-0.74）

K=Δp/f

式中：H-煤層開采深度，m；

Δp-軟分層煤的瓦斯放散初速度指標；

f-軟分層煤的堅固性系數平均值；

p-煤層瓦斯壓力，MPa。

綜合指標D、K 的突出臨界值指標見表2。當D、K 值同時達到或超過下表中數據時，煤層才具有突出危險性，否則視為無突出危險煤層。

表2 綜合指標D 和K 預測煤層區域突出危險性的臨界值

[1]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].2001，10：31-49.

[2]張子敏，林又玲，呂紹林.中國煤層瓦斯分布特征[M]. 北京：煤炭工業出版社，1998，1.

[3]焦作工學院瓦斯地質研究室.瓦斯地質概論[M].北京：煤炭工業出版社，1991.

[4]王建國.新景礦瓦斯地質規律的初步探討[D].河南理工大學，2009，4.