摘要：在地質(zhì)勘探和煤炭采掘的過程中，煤與瓦斯突出這一自然災(zāi)害的存在性相對較高，嚴重危及生產(chǎn)者的生命安全和煤礦企業(yè)的生產(chǎn)安全。文章將如何深入瓦斯地質(zhì)分析的問題和加強煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報的作用作為亟待整治的煤礦生產(chǎn)安全課題，并為分析瓦斯地質(zhì)狀況提供了指標表，為發(fā)揮預(yù)測預(yù)報在煤與瓦斯突出問題上的積極作用做好準備。

關(guān)鍵詞：瓦斯地質(zhì)分析；煤與瓦斯突出；預(yù)測預(yù)報；地質(zhì)勘探；煤炭采掘 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2016）01-0154-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.077

20世紀70年代后期，瓦斯地質(zhì)逐步發(fā)展成為我國煤炭行業(yè)中的新興產(chǎn)業(yè)，在煤炭行業(yè)中占有重要地位，為我國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步做出了卓越貢獻。其中煤與瓦斯突出是瓦斯地質(zhì)分析的關(guān)鍵內(nèi)容，為避免因煤與瓦斯突出造成的安全事故和經(jīng)濟損失，為加快煤炭行業(yè)的起步發(fā)展，完善我國煤炭行業(yè)的發(fā)展結(jié)構(gòu)，加強瓦斯地質(zhì)分析成為現(xiàn)如今煤炭行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。

1 瓦斯地質(zhì)法和煤與瓦斯突出概述

1.1 瓦斯地質(zhì)法的概述

在煤炭產(chǎn)業(yè)中，瓦斯地質(zhì)法就施工區(qū)域進行分析，主要分析內(nèi)容包括煤炭層面、采區(qū)勘探、施工場地，其中還包括對礦區(qū)巷道的地質(zhì)構(gòu)成、煤與瓦斯突出、構(gòu)造煤等具體開采條件的分析，在時間和空間分布上摸索上述開采條件的不同之處和相同之處，依照定量指標進行信息數(shù)據(jù)的分析和重組，將區(qū)域按不同的開采條件劃分為幾個施工部分，以多尺寸基本理念的要求將煤與瓦斯突出帶重點劃分出來，突出煤炭施工任務(wù)中的難易和輕重，在煤炭生產(chǎn)過程中將施工任務(wù)進行分級對待，實現(xiàn)施工任務(wù)的級別制管理。

1.2 煤與瓦斯突出概述

煤與瓦斯突出在專業(yè)領(lǐng)域被人們簡稱為“突出”，在采掘過程中，煤與瓦斯突出是人們懼怕的嚴重自然災(zāi)害之一。在一些煤礦坑井下，瓦斯煤體的含量會超出安全標準，從煤礦墻壁內(nèi)側(cè)朝著采掘空間的方向突然噴射出來，從而在極短時間內(nèi)生成煤與瓦斯因爆炸引發(fā)的強大動力現(xiàn)象。煤與瓦斯突出的征兆有以下三種：一是地壓顯現(xiàn)，存在明顯的塌孔、煤巖開裂、礦洞掉渣等現(xiàn)象，并伴有煤炮聲、支架響聲；二是瓦斯涌出，瓦斯異常涌出伴隨著哨聲和蜂鳴聲，瓦斯氣味異常，濃度呈明顯的不穩(wěn)定波動趨勢；三是煤層結(jié)構(gòu)以及構(gòu)造，多是在斷層、地質(zhì)擠壓褶曲處、波狀隆起處出現(xiàn)的。

2 瓦斯地質(zhì)分析的預(yù)測預(yù)報方法

2.1 聲發(fā)射預(yù)測預(yù)報方法

地下煤層和巖石內(nèi)部大量縫隙和裂痕是彈性應(yīng)力波存在的特有標識，彈性應(yīng)力波能夠生成輻射能量，也就是聲發(fā)射，有效利用聲發(fā)射的物理現(xiàn)象能夠拓寬信號的頻率范圍，由幾赫茲的次聲頻到30赫茲左右的聲頻，再到數(shù)兆赫的超聲頻，同時能夠擴寬信號幅度的變化范圍，由10m的微觀錯位運動到1米量級的地震波。根據(jù)地下煤層和巖石裂縫的不同性質(zhì)和狀態(tài)，聲發(fā)射利用釋放出來的應(yīng)變能形成瓦斯地質(zhì)的檢測系統(tǒng)。

2.2 測量氦體積和氡濃度的預(yù)測預(yù)報方法

有調(diào)查研究結(jié)果表明，氦與氡的涌出是地震發(fā)生的普遍現(xiàn)象，氦體積和氡濃度的信息數(shù)據(jù)標準是判定地震來臨的科學(xué)方法，同時能夠準確預(yù)測預(yù)報煤與瓦斯突出。在自由排放的瓦斯中，氦體積與氡濃度超標能夠增大瓦斯壓力，造成煤與瓦斯突出的安全事故。確定氦體積和氡濃度的安全指標依舊是國內(nèi)外煤與瓦斯研究的重要課題。

2.3 電磁輻射預(yù)測預(yù)報方法

電磁輻射與煤巖體的載荷量越高，地下煤層和巖體的變形破裂過程越是顯著。在煤與瓦斯突出的勘探過程中，突出危險性煤層的地磁輻射幅值以及脈沖標量會有明顯變化，隨危險系數(shù)增大呈幅值增長趨勢。與其他煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報方法相比，電磁輻射預(yù)測預(yù)報方法流程簡單、環(huán)節(jié)量少，具有降低人為誤差、擴大觀測范圍、操作持續(xù)連貫等顯著優(yōu)勢。

2.4 數(shù)學(xué)推理預(yù)測預(yù)報方法

自然突發(fā)災(zāi)害具有不規(guī)則性和不確定性，一些先進的數(shù)學(xué)公式能夠利用地應(yīng)力、風(fēng)量、煤層厚度、高壓瓦斯量等容易獲取的數(shù)據(jù)信息對煤與瓦斯突出進行科學(xué)的計算推理，例如：絕對瓦斯涌出量，即一單位時間內(nèi)涌出的瓦斯體積，Qg=Q×C/100，式中Qg表示絕對瓦斯涌出量；Q表示風(fēng)量；C表示風(fēng)流中的平均瓦斯?jié)舛?。依照絕對瓦斯涌出量的安全標準，科學(xué)計算絕對瓦斯涌出量能夠有效對煤與瓦斯突出進行預(yù)測預(yù)報。

3 瓦斯地質(zhì)分析在煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報中的應(yīng)用

應(yīng)用瓦斯地質(zhì)法實現(xiàn)煤與瓦斯突出的預(yù)測預(yù)報，呈現(xiàn)施工礦區(qū)瓦斯突出分區(qū)和分帶性的顯著特征，在礦井產(chǎn)業(yè)多年的發(fā)展過程中，瓦斯地質(zhì)分析已然形成了一個科學(xué)的預(yù)測預(yù)報標準，依照瓦斯地質(zhì)標準的判定方法，將礦井劃分成為“三區(qū)五帶”，并總結(jié)出了系統(tǒng)、規(guī)范、科學(xué)的瓦斯地質(zhì)法判定指標表。瓦斯地質(zhì)法判定指標表如表1所示：

表1 瓦斯地質(zhì)法判定指標表

定量指標 定性指標

煤的破壞類型 煤層

厚度 軟分層厚度 地質(zhì)

構(gòu)造 瓦斯涌現(xiàn)

情況 其他

特征

突出

危險

工作面 Ⅲ、Ⅳ 超過平均煤厚的1.5倍

≥1m 煤后及變點，地質(zhì)構(gòu)造明顯點，煤巖走向傾向巨變點 瓦斯涌出忽大忽小，較長時間不

穩(wěn)定 有噴鉆、卡鉆來壓等顯著動力現(xiàn)象

突出

威脅

工作面 Ⅱ、Ⅲ 煤厚有異常波動 0.5～1m 瓦斯涌現(xiàn)量無明顯異常

無異常

非危險

工作面 Ⅰ、Ⅱ 正常 ≤0.5m 煤巖賦存正常 瓦斯涌現(xiàn)量正常

無異常

注明：（1）在以上生成的兩大標準指標中，只要出現(xiàn)任意一項情況屬于煤與瓦斯突出危險，該施工工作層面即可以確定為突出危險；（2）煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報要將判定指標表中的兩大類數(shù)據(jù)指標加以綜合分析和討論，做出精準的判定。

某采區(qū)是礦井大規(guī)模突出的高發(fā)區(qū)，該區(qū)域涵蓋著大量的Ⅲ和Ⅳ兩種類型的煤礦，利用上述表格數(shù)據(jù)進行分析，該地區(qū)的煤層平均厚度超過正常的1.5倍，軟分層厚度大于1m，包含噴鉆、卡鉆來壓等顯著動力現(xiàn)象，致使瓦斯涌出忽大忽小且不穩(wěn)定。受該地區(qū)大斷層的地質(zhì)影響，在二水平（-250～-150）深度的范圍內(nèi)，瓦斯含量出現(xiàn)了與常規(guī)標準相反的現(xiàn)象，瓦斯的埋藏深度越大，瓦斯含量反而隨之減少。礦井下瓦斯的含量與該地區(qū)水源的活動特征有著密切的關(guān)聯(lián)，對瓦斯含量起著舉足輕重的影響作用。

4 瓦斯地質(zhì)分析對煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報的影響作用

4.1 能夠清晰地對煤與瓦斯突出進行描繪

在瓦斯地質(zhì)分析的過程中，首先對開采區(qū)域進行地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地質(zhì)特性的勘探，生成綜合性瓦斯地質(zhì)圖，通過瓦斯地質(zhì)編圖的形象性和真實性呈現(xiàn)出煤與瓦斯突出的重點內(nèi)容，使數(shù)據(jù)信息得以量化、系列化，將對瓦斯地質(zhì)編圖的表面認識提升成為對瓦斯地質(zhì)分析的現(xiàn)實認識，反映出開采區(qū)域的地質(zhì)背景，促進煤與瓦斯賦存和分布的現(xiàn)實生成作用，將煤與瓦斯突出的預(yù)測預(yù)報工作實體化。

4.2 瓦斯地質(zhì)分析能夠?qū)崿F(xiàn)對瓦斯涌現(xiàn)量和煤層突出的危險預(yù)測

瓦斯涌現(xiàn)量的預(yù)測是礦井工程實施過程中的重要研究內(nèi)容，能夠積極推進礦井新建或擴建、新采區(qū)通風(fēng)結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的順利進行。煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報是一項艱巨且漫長的工程，重點突出了礦井“四位一體”的防護防治措施，通過對生產(chǎn)實踐和工程實施的監(jiān)察和檢驗，準確掌握煤與瓦斯危險性預(yù)測預(yù)報的工作方法，實現(xiàn)煤與瓦斯突出的防預(yù)防治，體現(xiàn)出瓦斯地質(zhì)分析的應(yīng)用價值和效益價值。

4.3 瓦斯地質(zhì)分析理論與研究方法在預(yù)測預(yù)報中的現(xiàn)實作用

將瓦斯地質(zhì)分析理論與瓦斯地質(zhì)研究方法進行有機結(jié)合，將生成不同預(yù)測預(yù)報方案比較表作為安全生產(chǎn)指標。

不同預(yù)測預(yù)報方案比較：（1）小直徑超前排放鉆孔：預(yù)報需時間3～6小班，每次預(yù)報需13～19人，預(yù)報后月進尺30～50m，百米防突費用5400元；（2）松動爆破：預(yù)報需時間1～2小班，每次預(yù)報需4～9人，預(yù)報后月進尺40～80m，百米防突費用2500元；（3）瓦斯地質(zhì)法：無需預(yù)報時間，每次預(yù)報只需1人，預(yù)報后月進尺100m，百米防突費用330元。

在實際生產(chǎn)過程中，要求礦井在不同的采區(qū)進行預(yù)測預(yù)報工作，實現(xiàn)小直徑超前排放鉆孔、松動爆破和瓦斯地質(zhì)法的具體操作，利用瓦斯地質(zhì)法在地下3000m處挖掘巷道，利用小直徑超前排放鉆孔和松動爆破在地下5000m處挖掘巷道，實現(xiàn)預(yù)測預(yù)報方案的不同比較。實現(xiàn)對煤與瓦斯突出事故的分析取樣和技術(shù)鑒定能夠預(yù)測預(yù)報煤與瓦斯突出事故的危及狀況，細化到人員傷害程度和財產(chǎn)損失數(shù)目，利用技術(shù)數(shù)據(jù)定性煤與瓦斯突出事故的等級并提供正確處理瓦斯事故的方案和決策。

5 結(jié)語

借用瓦斯地質(zhì)分析法的科學(xué)性和系統(tǒng)性，準確預(yù)測預(yù)報煤與瓦斯突出的采區(qū)狀況，實現(xiàn)礦區(qū)內(nèi)部“分區(qū)分帶”的瓦斯地質(zhì)分析。瓦斯地質(zhì)分析在煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報的工作中要重點突出危險區(qū)，做好瓦斯事故的安全防護工作，實現(xiàn)礦井的科學(xué)操作，維護煤礦企業(yè)的經(jīng)濟和社會效益，為加強我國煤礦行業(yè)的發(fā)展做出積極貢獻。

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作者簡介：賀文陽（1979-），男，山西襄汾人，山西汾西瑞泰能源有限公司通風(fēng)部長，工程師，研究方向：礦井通風(fēng)瓦斯治理。

（責(zé)任編輯：蔣建華）