貴州某煤礦煤與瓦斯突出預測敏感指標的確定

韋恩光　鄧成海　潘福東　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測指標，并定性分析了各指標敏感性，結果表明，指標K1、Δh2的敏感性顯著強于指標S和q。

關鍵詞：煤與瓦斯突出;預測指標;敏感性

1? ? 工程概況

貴州省煤礦煤層條件復雜，基本為高瓦斯礦井，每年發生的煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故的數量及傷亡人數在全國瓦斯事故中均處于前列，是我國煤礦瓦斯災害防治的重點區域。近年來，雖然煤礦企業不斷加強瓦斯防治的投入，完善生產管理，但瓦斯事故仍時有發生。貴州某煤礦含煤地層為龍潭煤組，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，經專業機構鑒定，礦井屬于高瓦斯礦井，存在煤與瓦斯突出危險。在生產過程中，經過兩巷預抽后，工作面瓦斯濃度在自然通風條件下仍然較大。

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

2? ? 煤與瓦斯突出預測指標的選定

該礦之前進行煤與瓦斯突出預測時，使用的預測指標有鉆屑解吸指標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作為煤與瓦斯突出預測主要的指標考察對象，分析各自的敏感性。

在上述4個指標中，鉆屑解吸指標K1、Δh2，與煤層瓦斯壓力、煤的破壞類型及煤的孔隙結構密切相關，并直接有效地表達了上述因素的宏觀表現，鉆屑量S則反映了原巖應力的大小，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聯。

該礦在循環掘進過程中，往往預留2 m超前距，一次循環允許掘進的距離不超過5 m，根據巷道總設計長度，每個掘進工作面需測試或收集20～80個預測指標數據。同時為使預測結果更準確，能夠反映真實情況，在測試或收集預測指標數據時，也觀測煤層厚度、夾矸、傾角、斷層等地質條件的變化情況，作為敏感指標分析的基礎資料。

實驗測試在井下掘進工作面實地開展，分為預抽瓦斯前、預抽瓦斯期間、預抽瓦斯后三個階段分別進行考察。并且在預抽瓦斯期間，為詳細掌握敏感指標的變化情況，在預抽開始后5天、10天等時間節點做重點考察，篩選對突出危險性敏感性好、容易操作、測值精確的指標作為貴州該礦突出預測的依據。考察技術路線如圖1所示。

研究該礦之前的生產調度記錄資料發現，在1121回風巷掘進過程中遇到斷層時，鉆屑解吸指標K1、Δh2出現明顯的異常變化，但鉆屑量S和鉆孔瓦斯涌出初速度q相應變化但變化幅度較小，結合該礦11#煤層瓦斯賦存規律和突出特征的分析結論，認為初步選定屑解吸指標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? ? 預測指標測值分析

根據《防治煤與瓦斯突出規定》中各指標的臨界值標準，該礦主采煤層各指標均超過標準規定，其中鉆屑解吸指標K1的總體平均超標率為26.2%，鉆屑解吸指標Δh2平均超標率為13.9%，鉆屑量S平均超標率為0.8%，鉆孔瓦斯出速度q的平均超標率為2.4%。因此，該礦嚴格執行“先抽后掘”的防治煤與瓦斯突出技術措施，當掘進巷道充分抽采后，煤層中的瓦斯含量及瓦斯壓力得到明顯改善，相應的預測指標隨之變小，故而敏感性好的指標會出現明顯的波動，相應的數據分布圖變化幅度也較大。

在具有突出危險的掘進工作面，通常會出現瓦斯涌出量突然增大等煤與瓦斯突出的預兆現象，或者在遇到斷層構造帶時，預測指標會出現異常波動的現象。本文以該礦1121回風巷為例，對收集的各指標預測值進行分析，以各預測指標數據分布折線圖為基礎分析指標的敏感性。

（1）預測指標K1

預測指標K1的數據如圖2所示。由圖2可知，鉆屑解吸指標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律。

此外，在1121回風巷和其他巷道掘進過程中發現，如果打鉆孔時出現夾鉆、吸鉆等情況，則鉆屑解吸指標K1的測值就比較大，相應的動力現象也比較明顯。經過抽采以后，K1的測值則明顯減小，由此說明K1指標比較敏感。

（2）預測指標Δh2

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

（3）預測指標S

鉆屑量S的數據如圖4所示。圖4共包含75組數據，但大多數數據在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，在掘進過程中，當出現吸鉆或者頂鉆等異常情況時，也極少發生煤炮等現象，反而當鉆屑量較小時出現過突出預兆。因此，鉆屑量S并不是敏感指標。

（4）預測指標q

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

4? ? 結語

綜上所述，根據鉆屑解吸指標K1、Δh2，鉆屑量S，鉆孔瓦斯涌出初速度q值等預測指標的數據做定性分析，可以確定指標K1、Δh2的敏感性顯著強于指標S和q。

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