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摘要:本文以貴州某煤礦為工程研究對象,闡述了該礦煤層賦存特征,選定了鉆屑解吸指標K1、Δh2,鉆屑量S,鉆孔瓦斯涌出初速度q值作為煤與瓦斯突出的預測指標,并定性分析了各指標敏感性,結果表明,指標K1、Δh2的敏感性顯著強于指標S和q。
關鍵詞:煤與瓦斯突出;預測指標;敏感性
1? ? 工程概況
貴州省煤礦煤層條件復雜,基本為高瓦斯礦井,每年發(fā)生的煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等事故的數(shù)量及傷亡人數(shù)在全國瓦斯事故中均處于前列,是我國煤礦瓦斯災害防治的重點區(qū)域。近年來,雖然煤礦企業(yè)不斷加強瓦斯防治的投入,完善生產(chǎn)管理,但瓦斯事故仍時有發(fā)生。貴州某煤礦含煤地層為龍?zhí)睹航M,局部可采煤層共6層,主采11#煤層,各煤層特征如表1所示。該礦瓦斯涌出量較大,經(jīng)專業(yè)機構鑒定,礦井屬于高瓦斯礦井,存在煤與瓦斯突出危險。在生產(chǎn)過程中,經(jīng)過兩巷預抽后,工作面瓦斯?jié)舛仍谧匀煌L條件下仍然較大。
為防治煤與瓦斯突出,該礦采用“四位一體”防突措施為原則,在掘進前先對突出危險性進行預測。本文針對概況使用的突出預測指標進行分析,研究各預測指標的敏感性,以期提高預測效率和準確性。
2? ? 煤與瓦斯突出預測指標的選定
該礦之前進行煤與瓦斯突出預測時,使用的預測指標有鉆屑解吸指標K1、Δh2,鉆屑量S,鉆孔瓦斯涌出初速度q值等。因此,本文選定上述四個指標作為煤與瓦斯突出預測主要的指標考察對象,分析各自的敏感性。
在上述4個指標中,鉆屑解吸指標K1、Δh2,與煤層瓦斯壓力、煤的破壞類型及煤的孔隙結構密切相關,并直接有效地表達了上述因素的宏觀表現(xiàn),鉆屑量S則反映了原巖應力的大小,鉆孔瓦斯涌出初速度q值除了反映上述各因素外,還與煤層及圍巖的透氣性有密切關聯(lián)。
該礦在循環(huán)掘進過程中,往往預留2 m超前距,一次循環(huán)允許掘進的距離不超過5 m,根據(jù)巷道總設計長度,每個掘進工作面需測試或收集20~80個預測指標數(shù)據(jù)。同時為使預測結果更準確,能夠反映真實情況,在測試或收集預測指標數(shù)據(jù)時,也觀測煤層厚度、夾矸、傾角、斷層等地質條件的變化情況,作為敏感指標分析的基礎資料。
實驗測試在井下掘進工作面實地開展,分為預抽瓦斯前、預抽瓦斯期間、預抽瓦斯后三個階段分別進行考察。并且在預抽瓦斯期間,為詳細掌握敏感指標的變化情況,在預抽開始后5天、10天等時間節(jié)點做重點考察,篩選對突出危險性敏感性好、容易操作、測值精確的指標作為貴州該礦突出預測的依據(jù)??疾旒夹g路線如圖1所示。
研究該礦之前的生產(chǎn)調度記錄資料發(fā)現(xiàn),在1121回風巷掘進過程中遇到斷層時,鉆屑解吸指標K1、Δh2出現(xiàn)明顯的異常變化,但鉆屑量S和鉆孔瓦斯涌出初速度q相應變化但變化幅度較小,結合該礦11#煤層瓦斯賦存規(guī)律和突出特征的分析結論,認為初步選定屑解吸指標K1、Δh2以及鉆屑量S和鉆孔瓦斯涌出初速度q為主要考察對象是可行的。
3? ? 預測指標測值分析
根據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中各指標的臨界值標準,該礦主采煤層各指標均超過標準規(guī)定,其中鉆屑解吸指標K1的總體平均超標率為26.2%,鉆屑解吸指標Δh2平均超標率為13.9%,鉆屑量S平均超標率為0.8%,鉆孔瓦斯出速度q的平均超標率為2.4%。因此,該礦嚴格執(zhí)行“先抽后掘”的防治煤與瓦斯突出技術措施,當掘進巷道充分抽采后,煤層中的瓦斯含量及瓦斯壓力得到明顯改善,相應的預測指標隨之變小,故而敏感性好的指標會出現(xiàn)明顯的波動,相應的數(shù)據(jù)分布圖變化幅度也較大。
在具有突出危險的掘進工作面,通常會出現(xiàn)瓦斯涌出量突然增大等煤與瓦斯突出的預兆現(xiàn)象,或者在遇到斷層構造帶時,預測指標會出現(xiàn)異常波動的現(xiàn)象。本文以該礦1121回風巷為例,對收集的各指標預測值進行分析,以各預測指標數(shù)據(jù)分布折線圖為基礎分析指標的敏感性。
(1)預測指標K1
預測指標K1的數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖2可知,鉆屑解吸指標K1的最大值為0.76 ml/(g·min1/2),最小值為0.15 ml/(g·min1/2)。圖中折線變化明顯,表明鉆屑解吸指標K1的測值波動較大,能夠在一定程度較好地反映工作面突出危險變化規(guī)律。
此外,在1121回風巷和其他巷道掘進過程中發(fā)現(xiàn),如果打鉆孔時出現(xiàn)夾鉆、吸鉆等情況,則鉆屑解吸指標K1的測值就比較大,相應的動力現(xiàn)象也比較明顯。經(jīng)過抽采以后,K1的測值則明顯減小,由此說明K1指標比較敏感。
(2)預測指標Δh2
鉆屑解吸指標Δh2的數(shù)據(jù)如圖3所示。由圖3可知,指標Δh2的數(shù)據(jù)波形與指標K1的數(shù)據(jù)波形相似,二者波動規(guī)律也比較相近。表明鉆屑解吸指標Δh2的測值也能夠反映煤與瓦斯突出的危險性規(guī)律,同樣是敏感指標。
(3)預測指標S
鉆屑量S的數(shù)據(jù)如圖4所示。圖4共包含75組數(shù)據(jù),但大多數(shù)數(shù)據(jù)在3.5 kg左右,最大值為4.5 kg,最小值為2.6 kg,整體變化不大。此外,在掘進過程中,當出現(xiàn)吸鉆或者頂鉆等異常情況時,也極少發(fā)生煤炮等現(xiàn)象,反而當鉆屑量較小時出現(xiàn)過突出預兆。因此,鉆屑量S并不是敏感指標。
(4)預測指標q
鉆孔瓦斯涌出初速度q值的數(shù)據(jù)如圖5所示。由于q值的測量受到的限制較多,在很多地方未能進行測量,因此圖5只包含了25組數(shù)據(jù),但與鉆屑量S的數(shù)據(jù)折線圖相似,q值的數(shù)據(jù)變化也不大,表明敏感性較弱。
4? ? 結語
綜上所述,根據(jù)鉆屑解吸指標K1、Δh2,鉆屑量S,鉆孔瓦斯涌出初速度q值等預測指標的數(shù)據(jù)做定性分析,可以確定指標K1、Δh2的敏感性顯著強于指標S和q。
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