煤与瓦斯突出危险性预测研究

生艳凤

鹤壁煤业技师学院，河南鹤壁 458000

1 瓦斯突出危险性参数测试

1.1 瓦斯压力测试

瓦斯压力促使瓦斯在煤层中流动，它决定了煤层中瓦斯含量和涌出量的大小，是煤与瓦斯突出危险性的主要参数之一，因此我们必须对瓦斯压力进行测定，测定点应选择在岩石没有断层、不发育的地点进行。瓦斯压力均随埋藏深度的增加而增大，压力增长梯度公式为：

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

式中：m-煤层瓦斯压力梯度，MPa/m；

P1-在深度H1处的瓦斯压力，MPa；

P2-在深度H2的瓦斯压力，MPa。

1.2 瓦斯基础参数测试

1）钻孔自然瓦斯涌出量及衰减系数

钻孔瓦斯自然涌出量随时间的延续呈减小变化关系，通常用下式描述：

qt=qo.e-at

式中： qt-时间为t 时的钻孔瓦斯涌出量，m3/min.hm；

qo-初始瓦斯涌出量，m3/min.hm；

α-钻孔瓦斯涌出量衰减系数-1；

t-排放瓦斯时间，d。

这种减小速度的系数叫做钻孔瓦斯自然涌出量衰减系数，该系数值可作为评价煤层预抽瓦斯难易程度的一个重要参考依据。

1.3 煤层透气性系数

煤层透气性是指煤层对瓦斯流动的阻力，通常用透气性系数表示，它是煤层瓦斯流动难易程度的标志。目前我国广泛采用中国矿业大学提出的方法来测定煤层透气性系数，这一方法是在煤层瓦斯向钻孔流动的状态属径向不稳定流动的基础上建立的。

2 煤与瓦斯突出危险性预测

2.1 控制煤与瓦斯突出的因素

2.1.1 高构造应力区、压性、压扭性构造带是突出的主要地带

1990年的统计资料，全国共发生煤与瓦斯突出11 470余次，华南地区6 900 余次，占全国突出总数的60%以上，而华南地区的煤炭产量远不到全国的百分之十。主要原因就是华南地区有着较全国其他地区更为复杂的地质条件：高构造应力，华北地区平均水平主应力为3.3MPa，华南地区为8MPa；华南地区的多数煤田是以复杂的褶皱构造和压性、压扭性断裂构造为主体，煤层变形极为强烈，“构造煤”普遍发育。

2.1.2 发生煤与瓦斯突出的地点都是“构造煤”发育的地带

所有发生煤与瓦斯突出的地点都发育有构造煤，“构造煤”本身就位于构造应力集中的部位，煤层强烈变形、破坏，特别是Ⅳ类煤和Ⅴ类煤，主要是韧性变形的产物。“构造煤”较之原生结构的正常煤坚固性系数明显降低，降低了煤与瓦斯突出时所需要的能量。

2.1.3 突出往往发生在小断层附近

小断层落差小，当煤层顶板是透气性岩层时，有时会聚集瓦斯；断层活动造成了断层两盘应力集中分布带；断裂破坏和断盘相对运动剪切，在断层面附近的上、下盘形成较厚的“构造煤”。

2.2 煤与瓦斯突出危险性的预测

2.2.1 煤层原始瓦斯压力（p）

影响煤与瓦斯突出的因素很多，但导致突出的基本因素之一是瓦斯压力，因为发生发瓦斯突出时必须要达到一定的瓦斯压力，其临界值是造成突出的必要条件。我国煤层发生煤与瓦斯突出的瓦斯压力临界值确定为0.74MPa，该值是通过对我国多次突出事故进行统计分析后而最终确定的。

2.2.2 煤的坚固性系数（f）

煤体的坚固性系数越大，发生突出的可能性就越小。因此，我们将煤的坚固性系数作为煤与瓦斯突出预测的单项指标之一，其临界指标值为0.5。当f＞0.5 时，煤层发生突出的危险性较小；当f ≤0.5 时，煤层存在发生突出的潜在危险性。

2.2.3 瓦斯放散初速度（Δp）

当瓦斯含量相同时，煤的放散初速度越大，煤体就越容易遭到破坏，也就越容易发生煤与瓦斯突出。因此我们将瓦斯放散初速度作为煤与瓦斯突出预测单项指标之一，确定其临界值为10，当Δp＞10 时，煤层具有发生突出的潜在危险性。

2.2.4 煤与瓦斯突出危险性预测指标选择

煤与瓦斯突出时多种因素共同作用产生的复杂动力现象，采用单一因素指标难以进行准确预测，必须考虑多因素共同作用效应。

1） 单项指标

单项指标方法包括煤的瓦斯放散初速度、破坏类型、煤层瓦斯压力和煤的坚固性系数。根据相关规定，预测煤层突出危险性单项指标临界值见表1。当四个单项指标同时达到或超过临界值时，煤层就具有突出危险，否则为无突出危险的煤层。

2）综合指标D、K

综合指标D 较全面地考虑了影响突出的3 个主要因素，即地应力、瓦斯压力和煤质，是判别煤层区域突出危险性的重要指标。K 值是煤的物理学性质的反映，也是判断煤层区域突出危险性的重要依据。综合指标D、K 值计算公式如下：

D=（0.0075H/f-3）（p-0.74）

K=Δp/f

式中：H-煤层开采深度，m；

Δp-软分层煤的瓦斯放散初速度指标；

f-软分层煤的坚固性系数平均值；

p-煤层瓦斯压力，MPa。

综合指标D、K 的突出临界值指标见表2。当D、K 值同时达到或超过下表中数据时，煤层才具有突出危险性，否则视为无突出危险煤层。

表2 综合指标D 和K 预测煤层区域突出危险性的临界值

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].2001，10：31-49.

[2]张子敏，林又玲，吕绍林.中国煤层瓦斯分布特征[M]. 北京：煤炭工业出版社，1998，1.

[3]焦作工学院瓦斯地质研究室.瓦斯地质概论[M].北京：煤炭工业出版社，1991.

[4]王建国.新景矿瓦斯地质规律的初步探讨[D].河南理工大学，2009，4.