淺談防突預測過程的精細化管理

高國棟

（鄭州煤電公司 告成煤礦，河南 登封452477）

防突預測預報對于突出礦井的重要性是不言而喻的，如何保證測試結果的準確性，從預測儀器選擇、標校、預測操作過程等都必須嚴格規范，任何一個環節出現失誤都可能造成嚴重的后果，給安生生產帶來隱患，可以說采掘工作面出現低指標突出現象很大程度上是因為測試結果偏離真實而給出的錯誤判斷。

告成煤礦2005年被鑒定為煤與瓦斯突出礦井以來，按照防突有關規定，加強防突預測預報，嚴格落實綜合防突措施，礦井實現了安全生產。目前工作面突出危險性預測（效果檢驗）常用的方法有：復合指標法（q、S值法）、鉆屑瓦斯解吸指標法（Δh2）等。大量統計數據表明，上述預測方法對不同條件下突出危險性判斷均有很好的適應性。筆者根據多年來現場管理經驗及測試過程中所遇到的問題，結合現場實際，對影響預測指標準確性的人為因素進行總結分析，在此基礎上，采取針對性對策，提高防突員工作責任意識和規范操作意識，確保防突預測預報的準確性，為礦井安全生產提供科學決策。

1 復合指標法

復合指標法規定的兩個指標分別是鉆孔瓦斯涌出初速度指標（q）和鉆屑量指標（S），其中q單位分別是L／min，S單位是kg／m或L／m。

1.1 鉆孔瓦斯涌出初速度和鉆屑量指標的實質

（1）鉆孔瓦斯涌出初速度主要反映煤層瓦斯含量、瓦斯壓力大小。

國內外專家證實，瓦斯涌出流量的變化規律遵循如圖1所示的曲線。

圖1 鉆孔瓦斯涌出初速度變化曲線

當打眼結束后2min時，瓦斯涌出流量可達到最大值，即q＝qH。因此，《防治煤與瓦斯突出規定》要求測定鉆孔瓦斯涌出初速度時，封孔測定工作必須在2min內完成，讀數時間在打眼后2min較為理想。

（2）鉆屑量指標決定因素

鉆頭直徑是鉆屑量指標的一個參照指標，對于某一固定鉆頭直徑而言，主要取決于打鉆地點的瓦斯、地應力能量大小及煤的結構破壞程度，也是我們常說的影響煤與瓦斯突出最主要的3個因素，所以，鉆屑量指標的大小綜合反映了影響突出發生的3個主要因素，單位孔長的鉆屑量越大，則發生突出的危險性越大。

1.2 《防治煤與瓦斯突出規定》中對采用復合指標預測的有關規定

采用復合指標法預測煤巷掘進工作面突出危險性時，在近似水平、緩傾斜煤層工作面應當向前方煤體至少施工3個、在傾斜或急傾斜煤層至少施工2個直徑42mm、孔深8～10m的鉆孔，測定鉆孔瓦斯涌出初速度和鉆屑量指標。

鉆孔應當盡量布置在軟分層中，一個鉆孔位于掘進巷道斷面中部，并平行于掘進方向，其他鉆孔開孔口靠近巷道兩幫0.5m處，終孔點應位于巷道斷面兩側輪廓線外2～4m處。

鉆孔每鉆進1m測定該1m段的全部鉆屑量S，并在暫停鉆進后2min內測定鉆孔瓦斯涌出初速度q。測定鉆孔瓦斯涌出初速度時，測量室的長度為1.0m。

如果實測得到的指標q、S的所有測定值均小于臨界值，并且未發現其他異常情況，則該工作面預測為無突出危險工作面；否則，為突出危險工作面。

1.3 復合指標法預測中幾個關鍵參數

復合指標法預測中的關鍵參數包括：①鉆孔直徑42 mm；②預測孔深：8～10m；③測量氣室長度為1m；④自第2m開始要求每鉆進1m分別測定鉆屑量和鉆孔瓦斯涌出初速度；⑤測定鉆孔瓦斯涌出初速度時，封孔測定工作必須在2min內完成；⑥q、S指標臨界值應根據實驗考察確定。

1.4 復合指標法測試過程中常見的人為影響因素分析

（1）鉆進速度影響

鉆進速度主要由司鉆人員控制，但同時與鉆機本身性能、鉆頭磨損程度、煤質軟硬程度等有關。實踐表明，鉆進速度加快，鉆屑量減少，反之，鉆屑量增大。因此為保證各測試鉆孔或不同孔段的測定值具有可比性，在鉆進作業過程中應保持相對恒定速度，一般為1m／min。

（2）測試鉆孔控制范圍要求

沿巷道橫向方向上，要求控制巷道輪廓線外2～4m，可用支矩法將鉆孔偏角換算成測量固定長度鉆桿鉆尾距巷幫距離來快速定位。沿巷道掘進方向按措施要求控制軟分層或煤層厚度。

（3）鉆機和鉆具影響

鉆桿的彎曲程度與鉆桿的連接形式，鉆桿彎曲程度越大，則單位孔長鉆屑量越大。鉆桿間連接緊密，同心度越好，則測得的鉆屑量就越真實、可靠。實際操作過程中司鉆人員要按鉆孔設計傾角施工，不得隨意抬高或降低，防止鉆桿涮孔，造成鉆屑量人為增加。

嚴禁使用破舊鉆頭和使用彎曲變形、連接間隙不符合要求的鉆桿，每次只允許接卸1根鉆桿，防止因鉆桿過長造成因自重彎曲出現涮孔現象；同時要保證鉆機完好，打鉆風壓適中，滿足鉆進速度要求。

（4）鉆屑量的收集

鉆屑量收集不全或鉆孔鉆進與鉆屑收集不同步，均可造成鉆屑量指標的不準確。現場操作中，由于煤層松軟，往往存在前4～6m深度鉆屑量測定較準確，再往深處鉆進孔內滯留鉆屑較多，同時取樣深度處鉆屑從孔內排至孔口需要的時間難以準確確定；對于硬煤，受排粉速度影響，鉆進至6m以后鉆屑量明顯減少。

（5）儀器封孔質量

嚴格按照儀器操作手冊要求，利用打氣筒向封孔器充氣時要使表壓力達到0.2MPa左右，確保封孔嚴密。

（6）操作熟練程度

鉆機人員的操作水平和熟練程度，同樣影響指標測試的準確性。特別是每鉆進1m鉆桿必須準確測定該1m段的全部鉆屑量，然后在暫停鉆進（退鉆、封孔，直到測定數據）2min內完成鉆孔瓦斯涌出初速度的測定，這都要求鉆孔施工人員和防突員具有較熟練的操作水平。

（7）預測鉆孔超前距

由于告成煤礦受獨特的滑動構造頂板影響，巷道掘進施工過程中頂板管理困難，為防止煤層片落，經常需留“煤肚”，根據預測鉆孔超前距規定，必須扣除“煤肚”段無效鉆孔進尺，可根據煤柱長度（一般不超過2m）通過加長測試桿長度保證有效的預測孔深度。

（8）儀器檢查

每次下井前必須對測試儀器（q值測定儀、測試桿、氣筒、彈簧秤等）進行全面檢查，確保氣密性等符合要求。

2 鉆屑瓦斯解吸指標法

2.1 鉆屑瓦斯解吸指標的含義

鉆屑瓦斯解吸指標Δh2是從鉆孔揭開某一采樣段起，在煤樣平衡壓力掉隊后的第4～5min時間段瓦斯解吸量，體現為解吸儀U型水柱計的壓差高度，Δh2愈大，表征煤體的瓦斯含量高，煤的破壞類型高，越容易突出。

2.2 鉆屑瓦斯解吸指標法測試過程中人為影響因素分析

（1）煤樣暴露與測定時間控制

自鉆孔揭開采樣段起至啟動解吸儀開始進行瓦斯解吸測定這段時間的長短，對于鉆屑瓦斯解吸指標有較大的影響，這段時間愈長，測得的解吸指標愈小。所以，必須嚴格按儀器操作要求用秒表準確控制煤樣暴露時間和密閉開始測量時間。

（2）定點取樣對測值的影響

《防治煤與瓦斯突出》規定利用鉆屑瓦斯解吸指標法預測石門揭煤工作面突出危險性時，要求鉆進到煤層時每鉆進1m采集一次規定粒度范圍的煤鉆屑，測定瓦斯解吸指標Δh2。這就要求對于測定的煤樣要做到定點取樣，在現場實際中，開孔段1～4m范圍內定點取樣還稍有把握，但到4m以后就很難做到定點取樣了，其原因：一是外段已測試鉆孔段總或多或少留有鉆屑；二是鉆桿彎曲或操作方面的原因，可能導致已打鉆孔段不斷擴孔，造成不同深度鉆屑的混合；三是定點的鉆屑自孔內排至孔口需要的時間難以準確確定，因此在現場操作中常常出現在孔口1～4 m段所測得的Δh2值大于4m以后的測定值，煤孔段愈深所測得的Δh2值愈小。

（3）鉆屑煤樣粒度

煤樣粒度大小對于解吸指標也有較大的影響。在實際操作中，特別是預測石門揭煤工作面突出危險時，經常利用錨索鉆機穿過巖柱采集煤樣，經常出現鉆屑粒度小，有時甚至全部是粉末狀鉆屑，難以取得1～3mm鉆屑，此時測得的Δh2值有偏小現象。為此需改進鉆具，保證按儀器操作規定采集煤樣。

（4）鉆屑重量

煤樣重量對于解吸指標有一定的影響，煤樣多瓦斯解吸量就要增加。因此必須根據所使用儀器類型嚴格按要求取樣。

（5）抽采影響因素

利用該指標對正在進行煤層瓦斯抽采地點進行取樣測定時，注意必須將抽采影響范圍內的鉆孔全部停抽至少2h以上，避免受抽采影響導致測值偏離實際。

（6）儀器氣密性影響

儀器漏氣，使測定結果低于實際值，造成誤判斷。當漏氣量相當于或接近于鉆屑瓦斯解吸量時，儀器的漏氣容易引起注意而被發現。當漏氣量小于鉆屑解吸速度時，有時是不易被發現的。因此下井前對儀器氣密性等的檢測是十分必要的。

3 結語

不同礦井要根據本礦煤層具體情況，首先選擇使用煤層突出危險性判定的敏感指標，并合理確定突出危險臨界值。各預測指標臨界值確定準確與否，直接關系到預測工作質量，不恰當的放寬或收緊臨界值指標，都是不科學的，必將影響預測預報工作的準確性。

上述常用的突出危險性預測方法都是采用專用儀器進行測定的，由于實際操作中會受客觀條件和諸多人為因素影響，因此，在現實測定操作過程中，應盡量消除人為的影響因素，做到測定操作程序規范化，使實測數據能夠真實反映預測地點煤層瓦斯、地質實際狀況，這是提高預測準確度的最根本途徑。

〔1〕李桂陵.防治煤與瓦斯突出規定〔M〕.北京：煤炭工業出版社，2009.

〔2〕王樹鶴.防治煤與瓦斯突出規定（讀本）.北京：煤炭工業出版社，2009.

〔3〕孫和應.煤與瓦斯突出預測和防治〔M〕.徐州：中國礦業大學出版社，2008.