突出预测敏感指标及临界值确定研究

王文忠

(山西汾西矿业(集团)有限责任公司贺西煤矿，山西 柳林 033300)

引 言

为了提高区域突出危险性预测、煤与瓦斯突出危险性预测预报的可靠性和准确性，根据煤层的实际情况，考察确定区域突出危险性预测指标临界值和采掘工作面煤与瓦斯突出的预测预报敏感指标及其临界值，以便提高预测预报的效果，在保证预测突出准确率的前提条件下，提高无突出危险工作面的预测率，减少采取防突技术措施的实施范围，降低防突工作的成本。因此，突出预测敏感指标及临界值确定对工作面的安全生产有着至关重要。

1 工作面概况

本次敏感指标及临界值考察在3314材巷掘进工作面进行。

1.1 邻近采区开采情况

本块段3#煤西翼+610 m以上为采空区，东翼二采区+680以上为采空区。

1.2 煤层赋存及煤质特征

1) 煤(岩)层产状、结构、厚度

井田构造总体为走向NW、倾向SW的单斜构造，地层倾角平缓，为2°～8°。据矿井采掘揭露，井田内小断层较发育，共发现43条，断层规模不大，均为小的正断层，一般走向NW、NWW，落差0.4 m～4 m。井田地质构造简单。

3#煤层结构简单，平均厚度1.91 m，3#煤煤样化验结果：水份Mad为0.60%，灰份Aad为15.12%，挥发份Vdaf为21.89%，视密度为1.31 g/cm3。

1.3 工作面布置情况

1) 3314材巷标高为+655 m，设计长度为2 117 m。布置三采区东翼3煤煤层中。

1.4 通风系统

3314材巷采用局扇压入式通风。

2 突出预测敏感指标的跟踪考察

根据矿井实际情况，选用钻屑指标(K1、S)为试验期间的考察指标。试验期间钻屑指标临界值初值，主要根据历史资料统计、实际预测过程中发生动力现象的钻屑指标测定情况等几个方面的分析综合确定的。

本次对2016年3月～5月能收集到的3314材巷掘进中的预测资料进行了整理和统计，其结果如下。

1)K1值情况：钻屑瓦斯解吸指标K1是贺西煤矿一直采用的主要预测及检验指标，测定的数据最多。3314材巷突出危险性预测每循环向工作面前方施工3个Ф42 mm钻孔，每个钻孔记录最大值，历史数据统计,如表1所示。

表1 2016年3月～5月3314材巷钻屑瓦斯解吸指标K1值测定数据统计

2) 钻屑量S情况。通过查询历史预测数据来看，钻屑量指标S都比较低，数据大部分分布范围为1.5 kg/m～2.6 kg/m，历史数据统计,如第174页表2所示。

表2 2016年3月～5月3314材巷钻屑量S测定数据统计

从历史资料统计得知：最大钻屑解吸指标K1为0.36，平均为0.28左右；最大钻屑量S为2.6 kg/m，平均为2.1 kg/m。

现场跟踪考察了3314材巷掘进期间的突出预测参数，测定了每米钻屑量S、每米钻屑解吸指标K1，同时考察了掘进过程中煤层地质构造及产状变化及采取“四位一体”防突措施过程中喷孔、夹钻、片帮、瓦斯异常、响煤炮等瓦斯动力现象，具体考察测定情况，如图1和图2所示。

图1 3314材巷掘进期间K1变化情况

图2 3314材巷掘进期间S变化情况

3 煤层考察结果分析

从现场跟踪考察3314材巷数据图来看，在考察单项指标中K1最大值为0.37 mL/(g·min1/2)-1、S值最大值为2.5 kg/m，远小于《规定》临界指标，且在跟踪考察过程中无瓦斯动力现象。

4 突出预测敏感指标确定技术施工工艺

4.1 施工工艺

在掘进工作面迎头施工3个测试孔，深度为10 m，如图3所示。其中1#钻孔布置在巷道中部，2#钻孔布置在巷道中部距左帮0.5 m，3#钻孔布置在巷道中部距右帮0.5 m，2#、3#钻孔终孔点位于巷道轮廓线外2 m处。

图3 效果检验示意图

4.2 安全防护措施

1) 该工作面所有人员必须佩带自救器，并能够熟练使用，掌握突出预兆及避灾路线；

2) 工作面采用放炮掘进，严禁使用风镐等对煤体有激励作用的工具。放炮地点设在新鲜风流中或设在石门避难峒室内，距离不<300 m；

3) 避难所必须严格按照要求施工，并设置向外开启的隔离门，室内净高不得低于2 m，长度和宽度应根据同时避难的最多人数确定，但每人使用面积不得少于0.5 m2。避难所内支护必须保持良好，并设有与矿调度所直通的电话；

4) 有突出预兆时，任何人有权停止作业，迎头班队长应及时将迎头及回风巷道中人员撤至安全地点，及时切断迎头及巷道内的电气设备电源，同时向矿调度所汇报。

突出的预兆：

a) 地压显现方面的预兆：煤炮声、支架响声、煤岩开裂、掉渣、底鼓、煤岩自行脱落、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔顶钻、夹钻杆、钻机过负荷等；

b) 瓦斯涌出方面的预兆：瓦斯涌出异常、瓦斯浓度忽大忽小、煤尘增大、气温和气味异常、打钻喷瓦斯和煤、哨声、风声、蜂鸣声等；

c) 煤层结构与构造方面的预兆：层理紊乱、煤强度松软或不均匀、煤暗淡无光泽、煤厚增大、倾角变陡、挤压褶曲、波状隆起、煤体干燥、顶底板阶梯凸起、断层等。

5) 工作面发生煤与瓦斯突出时的避灾路线：

3314材巷→3采轨道上山→三采候车→付井井底车场→地面。

5 效果分析

如表3所示，从3#煤层突出预测指标来看，在正常掘进作业时，预测指标并不超标，且远小于《规定》的临界指标。由于各指标没有超标现象，也无动力现象可参照，因此各项预测指标无法比较其敏感性，也无法确定其临界值。

表3 3#煤层钻屑瓦斯解吸指标K1分布统计表

考虑到突出一般与地质构造有关，突出预测指标是反映煤的物理力学性质、地应力和瓦斯压力的综合指标。预测指标的大小取决于煤层瓦斯压力、应力状态、煤层透气性、煤的瓦斯放散特性，也与煤层厚度、巷道推进速度等采矿技术条件有关，能够反映构造带的异常变化。根据《规定》要求，突出预测指标可采用钻屑瓦斯解吸指标法。

因此，建议采用钻屑瓦斯解吸指标K1和钻屑量S进行突出危险性预测，其临界值采用《规定》的指标：K1为0.5 mL/(g·min1/2)-1、钻屑量S为6 kg/m。

当采掘工作面遇到地质构造时无论预测指标多大，均应按突出危险进行管理。

6 结论

通过现场跟踪考察，对3#煤层采掘工作面的突出预测敏感指标及临界值，结论如下。

2) 在采掘工作中应加强瓦斯地质工作，采取超前探测措施，确保及时准确地掌握工作面前方煤层的地质构造、瓦斯赋存、煤层煤质变化等情况，为采掘工作面突出预测工作提供依据，如打钻时发现有喷孔、顶钻等瓦斯动力现象时，应及时采取防突措施。