突出預測敏感指標及臨界值確定研究

王文忠

(山西汾西礦業(yè)(集團)有限責任公司賀西煤礦，山西 柳林 033300)

引 言

為了提高區(qū)域突出危險性預測、煤與瓦斯突出危險性預測預報的可靠性和準確性，根據(jù)煤層的實際情況，考察確定區(qū)域突出危險性預測指標臨界值和采掘工作面煤與瓦斯突出的預測預報敏感指標及其臨界值，以便提高預測預報的效果，在保證預測突出準確率的前提條件下，提高無突出危險工作面的預測率，減少采取防突技術措施的實施范圍，降低防突工作的成本。因此，突出預測敏感指標及臨界值確定對工作面的安全生產(chǎn)有著至關重要。

1 工作面概況

本次敏感指標及臨界值考察在3314材巷掘進工作面進行。

1.1 鄰近采區(qū)開采情況

本塊段3#煤西翼+610 m以上為采空區(qū)，東翼二采區(qū)+680以上為采空區(qū)。

1.2 煤層賦存及煤質(zhì)特征

1) 煤(巖)層產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、厚度

井田構(gòu)造總體為走向NW、傾向SW的單斜構(gòu)造，地層傾角平緩，為2°～8°。據(jù)礦井采掘揭露，井田內(nèi)小斷層較發(fā)育，共發(fā)現(xiàn)43條，斷層規(guī)模不大，均為小的正斷層，一般走向NW、NWW，落差0.4 m～4 m。井田地質(zhì)構(gòu)造簡單。

3#煤層結(jié)構(gòu)簡單，平均厚度1.91 m，3#煤煤樣化驗結(jié)果：水份Mad為0.60%，灰份Aad為15.12%，揮發(fā)份Vdaf為21.89%，視密度為1.31 g/cm3。

1.3 工作面布置情況

1) 3314材巷標高為+655 m，設計長度為2 117 m。布置三采區(qū)東翼3煤煤層中。

1.4 通風系統(tǒng)

3314材巷采用局扇壓入式通風。

2 突出預測敏感指標的跟蹤考察

根據(jù)礦井實際情況，選用鉆屑指標(K1、S)為試驗期間的考察指標。試驗期間鉆屑指標臨界值初值，主要根據(jù)歷史資料統(tǒng)計、實際預測過程中發(fā)生動力現(xiàn)象的鉆屑指標測定情況等幾個方面的分析綜合確定的。

本次對2016年3月～5月能收集到的3314材巷掘進中的預測資料進行了整理和統(tǒng)計，其結(jié)果如下。

1)K1值情況：鉆屑瓦斯解吸指標K1是賀西煤礦一直采用的主要預測及檢驗指標，測定的數(shù)據(jù)最多。3314材巷突出危險性預測每循環(huán)向工作面前方施工3個Ф42 mm鉆孔，每個鉆孔記錄最大值，歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計,如表1所示。

表1 2016年3月～5月3314材巷鉆屑瓦斯解吸指標K1值測定數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2) 鉆屑量S情況。通過查詢歷史預測數(shù)據(jù)來看，鉆屑量指標S都比較低，數(shù)據(jù)大部分分布范圍為1.5 kg/m～2.6 kg/m，歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計,如第174頁表2所示。

表2 2016年3月～5月3314材巷鉆屑量S測定數(shù)據(jù)統(tǒng)計

從歷史資料統(tǒng)計得知：最大鉆屑解吸指標K1為0.36，平均為0.28左右；最大鉆屑量S為2.6 kg/m，平均為2.1 kg/m。

現(xiàn)場跟蹤考察了3314材巷掘進期間的突出預測參數(shù)，測定了每米鉆屑量S、每米鉆屑解吸指標K1，同時考察了掘進過程中煤層地質(zhì)構(gòu)造及產(chǎn)狀變化及采取“四位一體”防突措施過程中噴孔、夾鉆、片幫、瓦斯異常、響煤炮等瓦斯動力現(xiàn)象，具體考察測定情況，如圖1和圖2所示。

圖1 3314材巷掘進期間K1變化情況

圖2 3314材巷掘進期間S變化情況

3 煤層考察結(jié)果分析

從現(xiàn)場跟蹤考察3314材巷數(shù)據(jù)圖來看，在考察單項指標中K1最大值為0.37 mL/(g·min1/2)-1、S值最大值為2.5 kg/m，遠小于《規(guī)定》臨界指標，且在跟蹤考察過程中無瓦斯動力現(xiàn)象。

4 突出預測敏感指標確定技術施工工藝

4.1 施工工藝

在掘進工作面迎頭施工3個測試孔，深度為10 m，如圖3所示。其中1#鉆孔布置在巷道中部，2#鉆孔布置在巷道中部距左幫0.5 m，3#鉆孔布置在巷道中部距右?guī)?.5 m，2#、3#鉆孔終孔點位于巷道輪廓線外2 m處。

圖3 效果檢驗示意圖

4.2 安全防護措施

1) 該工作面所有人員必須佩帶自救器，并能夠熟練使用，掌握突出預兆及避災路線；

2) 工作面采用放炮掘進，嚴禁使用風鎬等對煤體有激勵作用的工具。放炮地點設在新鮮風流中或設在石門避難峒室內(nèi)，距離不<300 m；

3) 避難所必須嚴格按照要求施工，并設置向外開啟的隔離門，室內(nèi)凈高不得低于2 m，長度和寬度應根據(jù)同時避難的最多人數(shù)確定，但每人使用面積不得少于0.5 m2。避難所內(nèi)支護必須保持良好，并設有與礦調(diào)度所直通的電話；

4) 有突出預兆時，任何人有權(quán)停止作業(yè)，迎頭班隊長應及時將迎頭及回風巷道中人員撤至安全地點，及時切斷迎頭及巷道內(nèi)的電氣設備電源，同時向礦調(diào)度所匯報。

突出的預兆：

a) 地壓顯現(xiàn)方面的預兆：煤炮聲、支架響聲、煤巖開裂、掉渣、底鼓、煤巖自行脫落、煤壁顫動、鉆孔變形、垮孔頂鉆、夾鉆桿、鉆機過負荷等；

b) 瓦斯涌出方面的預兆：瓦斯涌出異常、瓦斯?jié)舛群龃蠛鲂　⒚簤m增大、氣溫和氣味異常、打鉆噴瓦斯和煤、哨聲、風聲、蜂鳴聲等；

c) 煤層結(jié)構(gòu)與構(gòu)造方面的預兆：層理紊亂、煤強度松軟或不均勻、煤暗淡無光澤、煤厚增大、傾角變陡、擠壓褶曲、波狀隆起、煤體干燥、頂?shù)装咫A梯凸起、斷層等。

5) 工作面發(fā)生煤與瓦斯突出時的避災路線：

3314材巷→3采軌道上山→三采候車→付井井底車場→地面。

5 效果分析

如表3所示，從3#煤層突出預測指標來看，在正常掘進作業(yè)時，預測指標并不超標，且遠小于《規(guī)定》的臨界指標。由于各指標沒有超標現(xiàn)象，也無動力現(xiàn)象可參照，因此各項預測指標無法比較其敏感性，也無法確定其臨界值。

表3 3#煤層鉆屑瓦斯解吸指標K1分布統(tǒng)計表

考慮到突出一般與地質(zhì)構(gòu)造有關，突出預測指標是反映煤的物理力學性質(zhì)、地應力和瓦斯壓力的綜合指標。預測指標的大小取決于煤層瓦斯壓力、應力狀態(tài)、煤層透氣性、煤的瓦斯放散特性，也與煤層厚度、巷道推進速度等采礦技術條件有關，能夠反映構(gòu)造帶的異常變化。根據(jù)《規(guī)定》要求，突出預測指標可采用鉆屑瓦斯解吸指標法。

因此，建議采用鉆屑瓦斯解吸指標K1和鉆屑量S進行突出危險性預測，其臨界值采用《規(guī)定》的指標：K1為0.5 mL/(g·min1/2)-1、鉆屑量S為6 kg/m。

當采掘工作面遇到地質(zhì)構(gòu)造時無論預測指標多大，均應按突出危險進行管理。

6 結(jié)論

通過現(xiàn)場跟蹤考察，對3#煤層采掘工作面的突出預測敏感指標及臨界值，結(jié)論如下。

2) 在采掘工作中應加強瓦斯地質(zhì)工作，采取超前探測措施，確保及時準確地掌握工作面前方煤層的地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯賦存、煤層煤質(zhì)變化等情況，為采掘工作面突出預測工作提供依據(jù)，如打鉆時發(fā)現(xiàn)有噴孔、頂鉆等瓦斯動力現(xiàn)象時，應及時采取防突措施。