瓦斯地质分析在煤与瓦斯突出预测报中的作用

摘要：在地质勘探和煤炭采掘的过程中，煤与瓦斯突出这一自然灾害的存在性相对较高，严重危及生产者的生命安全和煤矿企业的生产安全。文章将如何深入瓦斯地质分析的问题和加强煤与瓦斯突出预测预报的作用作为亟待整治的煤矿生产安全课题，并为分析瓦斯地质状况提供了指标表，为发挥预测预报在煤与瓦斯突出问题上的积极作用做好准备。

关键词：瓦斯地质分析；煤与瓦斯突出；预测预报；地质勘探；煤炭采掘 文献标识码：A

中图分类号：TD712 文章编号：1009-2374（2016）01-0154-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.077

20世纪70年代后期，瓦斯地质逐步发展成为我国煤炭行业中的新兴产业，在煤炭行业中占有重要地位，为我国经济发展和社会进步做出了卓越贡献。其中煤与瓦斯突出是瓦斯地质分析的关键内容，为避免因煤与瓦斯突出造成的安全事故和经济损失，为加快煤炭行业的起步发展，完善我国煤炭行业的发展结构，加强瓦斯地质分析成为现如今煤炭行业发展的关键转折点。

1 瓦斯地质法和煤与瓦斯突出概述

1.1 瓦斯地质法的概述

在煤炭产业中，瓦斯地质法就施工区域进行分析，主要分析内容包括煤炭层面、采区勘探、施工场地，其中还包括对矿区巷道的地质构成、煤与瓦斯突出、构造煤等具体开采条件的分析，在时间和空间分布上摸索上述开采条件的不同之处和相同之处，依照定量指标进行信息数据的分析和重组，将区域按不同的开采条件划分为几个施工部分，以多尺寸基本理念的要求将煤与瓦斯突出带重点划分出来，突出煤炭施工任务中的难易和轻重，在煤炭生产过程中将施工任务进行分级对待，实现施工任务的级别制管理。

1.2 煤与瓦斯突出概述

煤与瓦斯突出在专业领域被人们简称为“突出”，在采掘过程中，煤与瓦斯突出是人们惧怕的严重自然灾害之一。在一些煤矿坑井下，瓦斯煤体的含量会超出安全标准，从煤矿墙壁内侧朝着采掘空间的方向突然喷射出来，从而在极短时间内生成煤与瓦斯因爆炸引发的强大动力现象。煤与瓦斯突出的征兆有以下三种：一是地压显现，存在明显的塌孔、煤岩开裂、矿洞掉渣等现象，并伴有煤炮声、支架响声；二是瓦斯涌出，瓦斯异常涌出伴随着哨声和蜂鸣声，瓦斯气味异常，浓度呈明显的不稳定波动趋势；三是煤层结构以及构造，多是在断层、地质挤压褶曲处、波状隆起处出现的。

2 瓦斯地质分析的预测预报方法

2.1 声发射预测预报方法

地下煤层和岩石内部大量缝隙和裂痕是弹性应力波存在的特有标识，弹性应力波能够生成辐射能量，也就是声发射，有效利用声发射的物理现象能够拓宽信号的频率范围，由几赫兹的次声频到30赫兹左右的声频，再到数兆赫的超声频，同时能够扩宽信号幅度的变化范围，由10m的微观错位运动到1米量级的地震波。根据地下煤层和岩石裂缝的不同性质和状态，声发射利用释放出来的应变能形成瓦斯地质的检测系统。

2.2 测量氦体积和氡浓度的预测预报方法

有调查研究结果表明，氦与氡的涌出是地震发生的普遍现象，氦体积和氡浓度的信息数据标准是判定地震来临的科学方法，同时能够准确预测预报煤与瓦斯突出。在自由排放的瓦斯中，氦体积与氡浓度超标能够增大瓦斯压力，造成煤与瓦斯突出的安全事故。确定氦体积和氡浓度的安全指标依旧是国内外煤与瓦斯研究的重要课题。

2.3 电磁辐射预测预报方法

电磁辐射与煤岩体的载荷量越高，地下煤层和岩体的变形破裂过程越是显著。在煤与瓦斯突出的勘探过程中，突出危险性煤层的地磁辐射幅值以及脉冲标量会有明显变化，随危险系数增大呈幅值增长趋势。与其他煤与瓦斯突出预测预报方法相比，电磁辐射预测预报方法流程简单、环节量少，具有降低人为误差、扩大观测范围、操作持续连贯等显著优势。

2.4 数学推理预测预报方法

自然突发灾害具有不规则性和不确定性，一些先进的数学公式能够利用地应力、风量、煤层厚度、高压瓦斯量等容易获取的数据信息对煤与瓦斯突出进行科学的计算推理，例如：绝对瓦斯涌出量，即一单位时间内涌出的瓦斯体积，Qg=Q×C/100，式中Qg表示绝对瓦斯涌出量；Q表示风量；C表示风流中的平均瓦斯浓度。依照绝对瓦斯涌出量的安全标准，科学计算绝对瓦斯涌出量能够有效对煤与瓦斯突出进行预测预报。

3 瓦斯地质分析在煤与瓦斯突出预测预报中的应用

应用瓦斯地质法实现煤与瓦斯突出的预测预报，呈现施工矿区瓦斯突出分区和分带性的显著特征，在矿井产业多年的发展过程中，瓦斯地质分析已然形成了一个科学的预测预报标准，依照瓦斯地质标准的判定方法，将矿井划分成为“三区五带”，并总结出了系统、规范、科学的瓦斯地质法判定指标表。瓦斯地质法判定指标表如表1所示：

表1 瓦斯地质法判定指标表

定量指标 定性指标

煤的破坏类型 煤层

厚度 软分层厚度 地质

构造 瓦斯涌现

情况 其他

特征

突出

危险

工作面 Ⅲ、Ⅳ 超过平均煤厚的1.5倍

≥1m 煤后及变点，地质构造明显点，煤岩走向倾向巨变点 瓦斯涌出忽大忽小，较长时间不

稳定 有喷钻、卡钻来压等显著动力现象

突出

威胁

工作面 Ⅱ、Ⅲ 煤厚有异常波动 0.5～1m 瓦斯涌现量无明显异常

无异常

非危险

工作面 Ⅰ、Ⅱ 正常 ≤0.5m 煤岩赋存正常 瓦斯涌现量正常

无异常

注明：（1）在以上生成的两大标准指标中，只要出现任意一项情况属于煤与瓦斯突出危险，该施工工作层面即可以确定为突出危险；（2）煤与瓦斯突出预测预报要将判定指标表中的两大类数据指标加以综合分析和讨论，做出精准的判定。

某采区是矿井大规模突出的高发区，该区域涵盖着大量的Ⅲ和Ⅳ两种类型的煤矿，利用上述表格数据进行分析，该地区的煤层平均厚度超过正常的1.5倍，软分层厚度大于1m，包含喷钻、卡钻来压等显著动力现象，致使瓦斯涌出忽大忽小且不稳定。受该地区大断层的地质影响，在二水平（-250～-150）深度的范围内，瓦斯含量出现了与常规标准相反的现象，瓦斯的埋藏深度越大，瓦斯含量反而随之减少。矿井下瓦斯的含量与该地区水源的活动特征有着密切的关联，对瓦斯含量起着举足轻重的影响作用。

4 瓦斯地质分析对煤与瓦斯突出预测预报的影响作用

4.1 能够清晰地对煤与瓦斯突出进行描绘

在瓦斯地质分析的过程中，首先对开采区域进行地质结构和地质特性的勘探，生成综合性瓦斯地质图，通过瓦斯地质编图的形象性和真实性呈现出煤与瓦斯突出的重点内容，使数据信息得以量化、系列化，将对瓦斯地质编图的表面认识提升成为对瓦斯地质分析的现实认识，反映出开采区域的地质背景，促进煤与瓦斯赋存和分布的现实生成作用，将煤与瓦斯突出的预测预报工作实体化。

4.2 瓦斯地质分析能够实现对瓦斯涌现量和煤层突出的危险预测

瓦斯涌现量的预测是矿井工程实施过程中的重要研究内容，能够积极推进矿井新建或扩建、新采区通风结构设计工作的顺利进行。煤与瓦斯突出预测预报是一项艰巨且漫长的工程，重点突出了矿井“四位一体”的防护防治措施，通过对生产实践和工程实施的监察和检验，准确掌握煤与瓦斯危险性预测预报的工作方法，实现煤与瓦斯突出的防预防治，体现出瓦斯地质分析的应用价值和效益价值。

4.3 瓦斯地质分析理论与研究方法在预测预报中的现实作用

将瓦斯地质分析理论与瓦斯地质研究方法进行有机结合，将生成不同预测预报方案比较表作为安全生产指标。

不同预测预报方案比较：（1）小直径超前排放钻孔：预报需时间3～6小班，每次预报需13～19人，预报后月进尺30～50m，百米防突费用5400元；（2）松动爆破：预报需时间1～2小班，每次预报需4～9人，预报后月进尺40～80m，百米防突费用2500元；（3）瓦斯地质法：无需预报时间，每次预报只需1人，预报后月进尺100m，百米防突费用330元。

在实际生产过程中，要求矿井在不同的采区进行预测预报工作，实现小直径超前排放钻孔、松动爆破和瓦斯地质法的具体操作，利用瓦斯地质法在地下3000m处挖掘巷道，利用小直径超前排放钻孔和松动爆破在地下5000m处挖掘巷道，实现预测预报方案的不同比较。实现对煤与瓦斯突出事故的分析取样和技术鉴定能够预测预报煤与瓦斯突出事故的危及状况，细化到人员伤害程度和财产损失数目，利用技术数据定性煤与瓦斯突出事故的等级并提供正确处理瓦斯事故的方案和决策。

5 结语

借用瓦斯地质分析法的科学性和系统性，准确预测预报煤与瓦斯突出的采区状况，实现矿区内部“分区分带”的瓦斯地质分析。瓦斯地质分析在煤与瓦斯突出预测预报的工作中要重点突出危险区，做好瓦斯事故的安全防护工作，实现矿井的科学操作，维护煤矿企业的经济和社会效益，为加强我国煤矿行业的发展做出积极贡献。

参考文献

[1] 王登科，刘建，尹光志，等.三轴压缩下含瓦斯煤样蠕变特性试验研究[J].岩石力学与工程学报，2010，（2）.

[2] 王磊，谢广祥.综采面推进速度对煤岩动力灾害的影响研究[J].中国矿业大学学报，2010，（1）.

[3] 黄胜全，赵成军.声发射技术在预测预报煤与瓦斯突出方面的研究[J].矿山机械，2006，（3）.

[4] 吴自立.AE信号参数预测预报煤（岩）与瓦斯突出危险性的进展及展望[J].矿业安全与环保，2005，（1）.

[5] 刘保县，鲜学福，姜德义.煤与瓦斯延期突出机理及其预测预报的研究[J].岩石力学与工程学报，2002，（5）.

作者简介：贺文阳（1979-），男，山西襄汾人，山西汾西瑞泰能源有限公司通风部长，工程师，研究方向：矿井通风瓦斯治理。

（责任编辑：蒋建华）