贵州某煤矿煤与瓦斯突出预测敏感指标的确定

韦恩光　邓成海　潘福东　文精贵

摘要：本文以贵州某煤矿为工程研究对象，阐述了该矿煤层赋存特征，选定了钻屑解吸指标K1、Δh2，钻屑量S，钻孔瓦斯涌出初速度q值作为煤与瓦斯突出的预测指标，并定性分析了各指标敏感性，结果表明，指标K1、Δh2的敏感性显著强于指标S和q。

关键词：煤与瓦斯突出;预测指标;敏感性

1    工程概况

贵州省煤矿煤层条件复杂，基本为高瓦斯矿井，每年发生的煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故的数量及伤亡人数在全国瓦斯事故中均处于前列，是我国煤矿瓦斯灾害防治的重点区域。近年来，虽然煤矿企业不断加强瓦斯防治的投入，完善生产管理，但瓦斯事故仍时有发生。贵州某煤矿含煤地层为龙潭煤组，局部可采煤层共6层，主采11#煤层，各煤层特征如表1所示。该矿瓦斯涌出量较大，经专业机构鉴定，矿井属于高瓦斯矿井，存在煤与瓦斯突出危险。在生产过程中，经过两巷预抽后，工作面瓦斯浓度在自然通风条件下仍然较大。

为防治煤与瓦斯突出，該矿采用“四位一体”防突措施为原则，在掘进前先对突出危险性进行预测。本文针对概况使用的突出预测指标进行分析，研究各预测指标的敏感性，以期提高预测效率和准确性。

2    煤与瓦斯突出预测指标的选定

该矿之前进行煤与瓦斯突出预测时，使用的预测指标有钻屑解吸指标K1、Δh2，钻屑量S，钻孔瓦斯涌出初速度q值等。因此，本文选定上述四个指标作为煤与瓦斯突出预测主要的指标考察对象，分析各自的敏感性。

在上述4个指标中，钻屑解吸指标K1、Δh2，与煤层瓦斯压力、煤的破坏类型及煤的孔隙结构密切相关，并直接有效地表达了上述因素的宏观表现，钻屑量S则反映了原岩应力的大小，钻孔瓦斯涌出初速度q值除了反映上述各因素外，还与煤层及围岩的透气性有密切关联。

该矿在循环掘进过程中，往往预留2 m超前距，一次循环允许掘进的距离不超过5 m，根据巷道总设计长度，每个掘进工作面需测试或收集20～80个预测指标数据。同时为使预测结果更准确，能够反映真实情况，在测试或收集预测指标数据时，也观测煤层厚度、夹矸、倾角、断层等地质条件的变化情况，作为敏感指标分析的基础资料。

实验测试在井下掘进工作面实地开展，分为预抽瓦斯前、预抽瓦斯期间、预抽瓦斯后三个阶段分别进行考察。并且在预抽瓦斯期间，为详细掌握敏感指标的变化情况，在预抽开始后5天、10天等时间节点做重点考察，筛选对突出危险性敏感性好、容易操作、测值精确的指标作为贵州该矿突出预测的依据。考察技术路线如图1所示。

研究该矿之前的生产调度记录资料发现，在1121回风巷掘进过程中遇到断层时，钻屑解吸指标K1、Δh2出现明显的异常变化，但钻屑量S和钻孔瓦斯涌出初速度q相应变化但变化幅度较小，结合该矿11#煤层瓦斯赋存规律和突出特征的分析结论，认为初步选定屑解吸指标K1、Δh2以及钻屑量S和钻孔瓦斯涌出初速度q为主要考察对象是可行的。

3    预测指标测值分析

根据《防治煤与瓦斯突出规定》中各指标的临界值标准，该矿主采煤层各指标均超过标准规定，其中钻屑解吸指标K1的总体平均超标率为26.2%，钻屑解吸指标Δh2平均超标率为13.9%，钻屑量S平均超标率为0.8%，钻孔瓦斯出速度q的平均超标率为2.4%。因此，该矿严格执行“先抽后掘”的防治煤与瓦斯突出技术措施，当掘进巷道充分抽采后，煤层中的瓦斯含量及瓦斯压力得到明显改善，相应的预测指标随之变小，故而敏感性好的指标会出现明显的波动，相应的数据分布图变化幅度也较大。

在具有突出危险的掘进工作面，通常会出现瓦斯涌出量突然增大等煤与瓦斯突出的预兆现象，或者在遇到断层构造带时，预测指标会出现异常波动的现象。本文以该矿1121回风巷为例，对收集的各指标预测值进行分析，以各预测指标数据分布折线图为基础分析指标的敏感性。

（1）预测指标K1

预测指标K1的数据如图2所示。由图2可知，钻屑解吸指标K1的最大值为0.76 ml/（g·min1/2），最小值为0.15 ml/（g·min1/2）。图中折线变化明显，表明钻屑解吸指标K1的测值波动较大，能够在一定程度较好地反映工作面突出危险变化规律。

此外，在1121回风巷和其他巷道掘进过程中发现，如果打钻孔时出现夹钻、吸钻等情况，则钻屑解吸指标K1的测值就比较大，相应的动力现象也比较明显。经过抽采以后，K1的测值则明显减小，由此说明K1指标比较敏感。

（2）预测指标Δh2

钻屑解吸指标Δh2的数据如图3所示。由图3可知，指标Δh2的数据波形与指标K1的数据波形相似，二者波动规律也比较相近。表明钻屑解吸指标Δh2的测值也能够反映煤与瓦斯突出的危险性规律，同样是敏感指标。

（3）预测指标S

钻屑量S的数据如图4所示。图4共包含75组数据，但大多数数据在3.5 kg左右，最大值为4.5 kg，最小值为2.6 kg，整体变化不大。此外，在掘进过程中，当出现吸钻或者顶钻等异常情况时，也极少发生煤炮等现象，反而当钻屑量较小时出现过突出预兆。因此，钻屑量S并不是敏感指标。

（4）预测指标q

钻孔瓦斯涌出初速度q值的数据如图5所示。由于q值的测量受到的限制较多，在很多地方未能进行测量，因此图5只包含了25组数据，但与钻屑量S的数据折线图相似，q值的数据变化也不大，表明敏感性较弱。

4    结语

综上所述，根据钻屑解吸指标K1、Δh2，钻屑量S，钻孔瓦斯涌出初速度q值等预测指标的数据做定性分析，可以确定指标K1、Δh2的敏感性显著强于指标S和q。

参考文献

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