浅谈防突预测过程的精细化管理

2014-11-06高国栋

江西煤炭科技 2014年1期

高国栋

（郑州煤电公司告成煤矿，河南登封452477）

防突预测预报对于突出矿井的重要性是不言而喻的，如何保证测试结果的准确性，从预测仪器选择、标校、预测操作过程等都必须严格规范，任何一个环节出现失误都可能造成严重的后果，给安生生产带来隐患，可以说采掘工作面出现低指标突出现象很大程度上是因为测试结果偏离真实而给出的错误判断。

告成煤矿2005年被鉴定为煤与瓦斯突出矿井以来，按照防突有关规定，加强防突预测预报，严格落实综合防突措施，矿井实现了安全生产。目前工作面突出危险性预测（效果检验）常用的方法有：复合指标法（q、S值法）、钻屑瓦斯解吸指标法（Δh2）等。大量统计数据表明，上述预测方法对不同条件下突出危险性判断均有很好的适应性。笔者根据多年来现场管理经验及测试过程中所遇到的问题，结合现场实际，对影响预测指标准确性的人为因素进行总结分析，在此基础上，采取针对性对策，提高防突员工作责任意识和规范操作意识，确保防突预测预报的准确性，为矿井安全生产提供科学决策。

1 复合指标法

复合指标法规定的两个指标分别是钻孔瓦斯涌出初速度指标（q）和钻屑量指标（S），其中q单位分别是L／min，S单位是kg／m或L／m。

1.1 钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标的实质

（1）钻孔瓦斯涌出初速度主要反映煤层瓦斯含量、瓦斯压力大小。

国内外专家证实，瓦斯涌出流量的变化规律遵循如图1所示的曲线。

图1 钻孔瓦斯涌出初速度变化曲线

当打眼结束后2min时，瓦斯涌出流量可达到最大值，即q＝qH。因此，《防治煤与瓦斯突出规定》要求测定钻孔瓦斯涌出初速度时，封孔测定工作必须在2min内完成，读数时间在打眼后2min较为理想。

（2）钻屑量指标决定因素

钻头直径是钻屑量指标的一个参照指标，对于某一固定钻头直径而言，主要取决于打钻地点的瓦斯、地应力能量大小及煤的结构破坏程度，也是我们常说的影响煤与瓦斯突出最主要的3个因素，所以，钻屑量指标的大小综合反映了影响突出发生的3个主要因素，单位孔长的钻屑量越大，则发生突出的危险性越大。

1.2 《防治煤与瓦斯突出规定》中对采用复合指标预测的有关规定

采用复合指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，在近似水平、缓倾斜煤层工作面应当向前方煤体至少施工3个、在倾斜或急倾斜煤层至少施工2个直径42mm、孔深8～10m的钻孔，测定钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标。

钻孔应当尽量布置在软分层中，一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并平行于掘进方向，其他钻孔开孔口靠近巷道两帮0.5m处，终孔点应位于巷道断面两侧轮廓线外2～4m处。

钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，并在暂停钻进后2min内测定钻孔瓦斯涌出初速度q。测定钻孔瓦斯涌出初速度时，测量室的长度为1.0m。

如果实测得到的指标q、S的所有测定值均小于临界值，并且未发现其他异常情况，则该工作面预测为无突出危险工作面；否则，为突出危险工作面。

1.3 复合指标法预测中几个关键参数

复合指标法预测中的关键参数包括：①钻孔直径42 mm；②预测孔深：8～10m；③测量气室长度为1m；④自第2m开始要求每钻进1m分别测定钻屑量和钻孔瓦斯涌出初速度；⑤测定钻孔瓦斯涌出初速度时，封孔测定工作必须在2min内完成；⑥q、S指标临界值应根据实验考察确定。

1.4 复合指标法测试过程中常见的人为影响因素分析

（1）钻进速度影响

钻进速度主要由司钻人员控制，但同时与钻机本身性能、钻头磨损程度、煤质软硬程度等有关。实践表明，钻进速度加快，钻屑量减少，反之，钻屑量增大。因此为保证各测试钻孔或不同孔段的测定值具有可比性，在钻进作业过程中应保持相对恒定速度，一般为1m／min。

（2）测试钻孔控制范围要求

沿巷道横向方向上，要求控制巷道轮廓线外2～4m，可用支矩法将钻孔偏角换算成测量固定长度钻杆钻尾距巷帮距离来快速定位。沿巷道掘进方向按措施要求控制软分层或煤层厚度。

（3）钻机和钻具影响

钻杆的弯曲程度与钻杆的连接形式，钻杆弯曲程度越大，则单位孔长钻屑量越大。钻杆间连接紧密，同心度越好，则测得的钻屑量就越真实、可靠。实际操作过程中司钻人员要按钻孔设计倾角施工，不得随意抬高或降低，防止钻杆涮孔，造成钻屑量人为增加。

严禁使用破旧钻头和使用弯曲变形、连接间隙不符合要求的钻杆，每次只允许接卸1根钻杆，防止因钻杆过长造成因自重弯曲出现涮孔现象；同时要保证钻机完好，打钻风压适中，满足钻进速度要求。

（4）钻屑量的收集

钻屑量收集不全或钻孔钻进与钻屑收集不同步，均可造成钻屑量指标的不准确。现场操作中，由于煤层松软，往往存在前4～6m深度钻屑量测定较准确，再往深处钻进孔内滞留钻屑较多，同时取样深度处钻屑从孔内排至孔口需要的时间难以准确确定；对于硬煤，受排粉速度影响，钻进至6m以后钻屑量明显减少。

（5）仪器封孔质量

严格按照仪器操作手册要求，利用打气筒向封孔器充气时要使表压力达到0.2MPa左右，确保封孔严密。

（6）操作熟练程度

钻机人员的操作水平和熟练程度，同样影响指标测试的准确性。特别是每钻进1m钻杆必须准确测定该1m段的全部钻屑量，然后在暂停钻进（退钻、封孔，直到测定数据）2min内完成钻孔瓦斯涌出初速度的测定，这都要求钻孔施工人员和防突员具有较熟练的操作水平。

（7）预测钻孔超前距

由于告成煤矿受独特的滑动构造顶板影响，巷道掘进施工过程中顶板管理困难，为防止煤层片落，经常需留“煤肚”，根据预测钻孔超前距规定，必须扣除“煤肚”段无效钻孔进尺，可根据煤柱长度（一般不超过2m）通过加长测试杆长度保证有效的预测孔深度。

（8）仪器检查

每次下井前必须对测试仪器（q值测定仪、测试杆、气筒、弹簧秤等）进行全面检查，确保气密性等符合要求。

2 钻屑瓦斯解吸指标法

2.1 钻屑瓦斯解吸指标的含义

钻屑瓦斯解吸指标Δh2是从钻孔揭开某一采样段起，在煤样平衡压力掉队后的第4～5min时间段瓦斯解吸量，体现为解吸仪U型水柱计的压差高度，Δh2愈大，表征煤体的瓦斯含量高，煤的破坏类型高，越容易突出。

2.2 钻屑瓦斯解吸指标法测试过程中人为影响因素分析

（1）煤样暴露与测定时间控制

自钻孔揭开采样段起至启动解吸仪开始进行瓦斯解吸测定这段时间的长短，对于钻屑瓦斯解吸指标有较大的影响，这段时间愈长，测得的解吸指标愈小。所以，必须严格按仪器操作要求用秒表准确控制煤样暴露时间和密闭开始测量时间。

（2）定点取样对测值的影响

《防治煤与瓦斯突出》规定利用钻屑瓦斯解吸指标法预测石门揭煤工作面突出危险性时，要求钻进到煤层时每钻进1m采集一次规定粒度范围的煤钻屑，测定瓦斯解吸指标Δh2。这就要求对于测定的煤样要做到定点取样，在现场实际中，开孔段1～4m范围内定点取样还稍有把握，但到4m以后就很难做到定点取样了，其原因：一是外段已测试钻孔段总或多或少留有钻屑；二是钻杆弯曲或操作方面的原因，可能导致已打钻孔段不断扩孔，造成不同深度钻屑的混合；三是定点的钻屑自孔内排至孔口需要的时间难以准确确定，因此在现场操作中常常出现在孔口1～4 m段所测得的Δh2值大于4m以后的测定值，煤孔段愈深所测得的Δh2值愈小。

（3）钻屑煤样粒度

煤样粒度大小对于解吸指标也有较大的影响。在实际操作中，特别是预测石门揭煤工作面突出危险时，经常利用锚索钻机穿过岩柱采集煤样，经常出现钻屑粒度小，有时甚至全部是粉末状钻屑，难以取得1～3mm钻屑，此时测得的Δh2值有偏小现象。为此需改进钻具，保证按仪器操作规定采集煤样。

（4）钻屑重量

煤样重量对于解吸指标有一定的影响，煤样多瓦斯解吸量就要增加。因此必须根据所使用仪器类型严格按要求取样。

（5）抽采影响因素

利用该指标对正在进行煤层瓦斯抽采地点进行取样测定时，注意必须将抽采影响范围内的钻孔全部停抽至少2h以上，避免受抽采影响导致测值偏离实际。

（6）仪器气密性影响

仪器漏气，使测定结果低于实际值，造成误判断。当漏气量相当于或接近于钻屑瓦斯解吸量时，仪器的漏气容易引起注意而被发现。当漏气量小于钻屑解吸速度时，有时是不易被发现的。因此下井前对仪器气密性等的检测是十分必要的。