大黄山煤矿突出敏感指标分析.docx
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大黄山煤矿突出敏感指标分析
大黄山煤矿(突出)预测指标分析
煤与瓦斯突出是威胁煤矿生产的重要灾害之一,同时也制约着我国煤炭工业的发展和威胁着矿业工人的安全。
煤与瓦斯突出预测指标(钻屑解吸指标Δh2、钻孔瓦斯涌出初速度q、钻屑量s等指标)在一定条件下都反映了影响突出的一些主要因素,理论与实践表明这些指标能够预测突出危险,方法简便易行,直观可靠,以得到广泛应用;但指标本身具有敏感性条件,即不同的矿区、煤层甚至煤层的不同区域指标的敏感性及其临界值不同,且受工作面客观工程技术条件、测试工艺、人为因素等因素影响。
通过对大黄山煤矿巷道掘进工作面实测数据分析,确定适用矿井煤与瓦斯突出预测的主要敏感指标,根据统计数据建立煤与瓦斯突出预测指标敏感性,综合评判方法实现的预测指标敏感性的定量预测。
一、使用预测指标的确定:
近年来,随着我矿采掘强度和深度加大,矿井瓦斯问题,尤其是煤与瓦斯突出现象。
按《防治煤与瓦斯突出规定》中规定,煤巷掘进工作面突出危险性预测,采用钻屑指标法、复合指标法、R值指标法和其他经试验证实有效地方法。
但是由于目前随着我矿采掘深度加大,突出煤层赋存条件复杂,煤层的瓦斯压力和瓦斯含量较高,地应力较大,煤层的透气性较等使得在工作面突出预测预报时经常出现高指标不突出的现象。
在进行工作面突出危险性预测时还发现,在不同煤层或不同区域,应采取不同的突出预测指标和临界值。
目前,我矿采用指标有钻屑指标和复合指标,其中钻屑指标为主复合指标为辅的原则其临界值为(见表一)
表一:
测试指标临界值
钻屑瓦斯解吸指标Δh2:
(Pa)
钻孔瓦斯涌出初速度q:
(L/min)
钻屑量S:
(kg/m)
200
5
5
二、局部防突设计方案:
一)、根据《防治煤与瓦斯突出规定》中规定,结合我矿实际情况,采用三项指标法即:
钻屑瓦斯解吸指标△h2、钻孔瓦斯涌出初速度q值及钻屑量s值,对工作面进行突出危险性预测(效检)。
1、预测方法:
①预测时,在工作面断面中布置3个直径Φ42mm孔深10m(沿轴线方向投影距)的预测钻孔,钻孔布置在工作面中央与两帮。
预测钻孔采用煤电钻和配套麻花钻杆施工。
1个钻孔位于工作面中部,平行巷道掘进方向;另2个钻孔布置在巷帮,开孔距巷帮0.5m,终孔控制巷道轮廓线外3~4m,与巷道夹角26°,钻孔布置如图Ⅰ
所示。
②打钻时,每打1m钻孔用弹簧秤测定一次钻屑量指标S;每间隔2m,即2、4、6、8m、10m深度处用MD-2型钻屑瓦斯解吸仪测定钻屑解吸指标△h2;1、2、3号钻孔至4m、8m时,用ZLD-2型多级流量计测q值;
图Ⅰ
③确定所测钻孔的最大瓦斯涌出初速度q值及钻屑量Sm值和钻屑解吸指标△h2。
2、工作面一旦出现下列任一情况,工作面应视为有突出危险性:
①△h2≥200Pa;S≥5.0Kg/m;qm≥5.0L/min
②在突出煤层的地质构造破坏带,包括断层、褶曲、层滑等;
③煤层产状、赋存条件急剧变化地段(如煤层厚度、倾角急剧变化地带);
④施工钻孔发生喷孔、卡钻、响煤炮、煤体变冷等突出预兆;
⑤凡巷道开口或转向,没有安全屏障;巷道贯穿前进入应力集中带;
⑥煤柱应力集中带和采掘应力迭加区域以及矿压显现和瓦斯涌出异常地带
每次预测(或效果检验)工作完成后,防突员填写突出预测或效果检验报告单,待防突科、矿总工程师审批签字后,分别报送有关部门存档。
二)、掘进工作面防突措施
工作面经预测指标超限具有突出危险性或工作面有明显的突出预兆时,必须执行以下防突措施:
1、工作面施工前采取超前钻孔释放瓦斯,排放钻孔按防突钻孔设计图施工;排放钻孔孔径Φ42~75mm,边孔终孔位置控制范围到巷道轮廓线外3-7m,每循环措施孔超前距不少于7米,第一循环布置措施孔32个,沿巷道轴线方向投影距为15m,终孔控制巷道轮廓线外3-7m。
2、若工作面执行防突措施经过效果检验后任一项指标大于临界值,工作面必须采取如下补充措施:
采取在原措施孔排中间补打措施孔,措施孔参数同原措施孔,然后进行再次效果检验。
3、煤巷掘进工作面在第一次执行局部防突措施或无措施孔超前距时,必须采取小直径浅孔排放等防突措施,只有在工作面前方形成5m以上的安全屏障后,方可进入正常的防突措施循环。
三)、防治煤与瓦斯突出措施的效果检验
1、执行防突措施后,由通风部按要求进行防突措施效果检验,效果检验方法同预测方法,效检孔布置在措施孔中间,并平行于措施孔。
检验孔深应小于或等于措施孔深,并应布置在两个和两排措施孔之间,如果测得指标在突出危险临界值以下,则认为措施有效;反之必须重新补打措施孔或补充防突措施,并经效果检验有效后,方可施工。
2、检验孔超前距≥2.5m,措施孔超前距≥6m,煤巷允许进尺7.2m;当煤层赋存发生变化,出现半煤岩巷道时,每防突循环增加一次效检。
3、防突科必须填写防治突出措施效果检验单,并报矿总工程师审批。
4、工作面需要效果检验时,施工单位要在最后1个措施孔施工结束1小时后及时向防突科汇报,由防突科安排测试人员进行效果检验。
施工单位必须按检验人员要求进行验孔、检查记录。
措施孔抽查率30~40%,随机抽查做记录并把措施孔抄录下来。
5、区域防突措施,目前我矿采用本煤层钻孔瓦斯抽放和穿层钻孔瓦斯抽放。
三、大黄山煤矿预测指标现场测试情况:
(见表二)
巷道名称
测试次数
超限次数
其中效检次数
采取局部措施
采取区域措施
设计巷深(m)
备注
Δh2
q
中大煤层
770底板巷
197
9
20
30
√
1317
其中Δh2和s值从101米开始测边界;q值从509.2米~边界共测试140次。
中大煤层
772顶板巷
95
8
16
25
√
1287
从762.9米开始测边界
中大煤层
735顶板巷
170
13
4
22
√
1250
从开口到896米
中大煤层
708顶板巷
131
25
6
31
√
1250
从开口到510米
八尺煤层
600巷
25
17
无
21
√
235
从开口到42米
1、770中大底板巷,设计巷深1317米,从101米~边界联络巷处钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量共测试197次。
由于测钻孔瓦斯涌出初速度仪器没购回,钻孔瓦斯涌出初速度从509.2米~边界,共测试140次,其中效检30次。
测试超限值达29次:
钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有9次,其中在985.6米、998.4米、1028米、1080.8米处钻屑解吸指标Δh2最大值达到274Pa(见图一)。
钻孔瓦斯涌出初速度q值大于突出临界值5L/min以上有20次,其中在595.2米处瓦斯涌出初速度q值最大值达到21.66L/min(见图二)。
钻屑量S值均小于突出临界值5kg/m,其中在238.7米处最大值达到4.3/kg(见图三)。
2、772中大顶板巷,设计巷深1287米,从762.9米~边界联络巷处共测试95次,其中效检25次。
测试超限值达24次:
钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有8次,其中在1168.4米处钻屑解吸指标Δh2最大值达到313Pa(见图四)。
钻孔瓦斯涌出初速度q值大于突出临界值5L/min以上有16次,其中在1068.4米和1085.2米处瓦斯涌出初速度q值最大值30.96L/min(见图五)。
钻屑量S值均小于突出临界值5kg/m,其中在1018.2米处最大值达到2.4kg/m(见图六)。
3、735中大顶板巷,设计巷深1250米,从开口~896米处共测试170次,其中效检22次。
测试超限值达17次:
钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有13次,其中在896米处钻屑解吸指标Δh2最大值达到470Pa(见图七)。
钻孔瓦斯涌出初速度q值大于突出临界值5L/min以上有4次,其中在876米处瓦斯涌出初速度q值最大值21.66L/min(见图八)。
钻屑量S值均小于突出临界值5kg/m,其中在8.6米、23米、420.3米和852米处最大值达到2.2/kg(见图九)。
4、708中大顶板巷,设计巷深1250米,从开口~510米处共测试131次,其中效检31次,测试超限值达31次:
钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有25次,其中在509.8米处钻屑解吸指标Δh2最大值达到588Pa(见图十)。
钻孔瓦斯涌出初速度q值大于突出临界值5L/min以上有6次,其中在118.7米处瓦斯涌出初速度q值最大值15.32L/min(见图十一)。
钻屑量S值均小于突出临界值5kg/m,其中在21.1米处最大值达到2.3/kg(见图十二)。
5、600八尺巷,设计巷深235米,从开口~42米处共测试25次,其中效检21次,测试超限值共17次:
钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有17次,其中在19.9米处钻屑解吸指标Δh2最大值达到509.6Pa(见图十三)。
钻孔瓦斯涌出初速度q值均小于突出临界值5L/min以下,其中在19.9米处瓦斯涌出初速度q值最大值2.31L/min(见图十四)。
钻屑量S值均小于突出临界值5kg/m,其中在19.9米、24.1米和29.8米处最大值达到2.2/kg(见图十五)。
四、工作面突出测试因素分析
1、根据以上统计结合实际情况分析:
钻屑瓦斯解吸预测,表示煤层瓦斯大小及其释放速度大小,分别从地应力和瓦斯含量的角度反映了煤层突出危险性的的大小。
用钻屑瓦斯解吸指标预测煤与瓦斯突出,△h2是从钻孔揭开某一采样段起,在煤样平衡压力卸除后的第4~5min的时间段瓦斯解吸量,体现为解吸仪U型水柱计的压差高度。
△h2愈大,表征煤体的瓦斯含量高、煤的破坏类型高、随着开采突出煤层采深增加地应力和瓦斯含量就愈大,就愈易突出。
以下几掘面测得△h2数据比较(图十六):
770中大底板巷,测试巷深长1216米,共测试197次,钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有9次,最大值达到274Pa;
772中大顶板巷,测试巷深长524.1米,共测试95次,钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有8次,最大值达到313Pa;
735中大顶板巷,测试巷深长896米,共测试170次,钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有13次,最大值达到470Pa。
(由于从770、772巷道向下735巷施工5m一个钻场实施本煤层钻孔瓦斯抽放一年有余,所以超限指标较少)
708中大顶板巷,测试巷深长510米,共测试131次,钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有25次,最大值达到510Pa;
600八尺巷,测试巷深长42米,共测试25次,钻屑瓦斯解吸指标Δh2大于突出临界值200pa以上有17次,最大值达到509.6Pa。
通过这几个工作面的钻屑瓦斯解吸指标的比对和钻孔瓦斯解吸指标超限率(见表三)统计,不管是中大煤层还是八尺煤层指标超限都是有梯度的上升,这就说明了钻屑瓦斯解吸指标在我矿是比较敏感的,也就是说开采深度越深突出的危险性也就越大。
表三:
掘进工作面钻屑瓦斯解吸指标超限率统计表
巷道
超限率
指标
770中大底板巷
772中大顶板巷
735中大顶板巷
708中大顶板巷
600八尺巷
Δh2
4.57%
8.42%
7.65%
19.08%
68%
瓦斯涌出初速度分析,钻孔瓦斯涌出初速度的定义是在煤层中按规定的技术要求施工钻孔,在达到预定深度后2min时,在规定长度钻孔内涌出的瓦斯流量。
我国《防治煤与瓦斯突出规定》规定用复合指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性。
钻孔瓦斯涌出初速度全面地反映了决定煤层突出危险性的全部因素,如煤层的应力状态、自然瓦斯含量、透气性和煤的力学性质的变化,该指标值反映了煤与瓦斯突出的危险程度。
在某些煤层开采条件下使用钻孔瓦斯涌出初速度指标进行预测时还存在某些弊端。
对于透气性较大的突出危险煤层,该指标敏感性较差,透气性系数对于钻孔瓦斯涌出初速度指标的影响很大,通常煤层透气性系数的大小并不能反映煤层突出危险性的大小。
当透气性系数变化一个数量级时,钻孔瓦斯涌出初速度指标变化4倍以上。
因此钻孔瓦斯涌出初速度对透气性系数变化较大的煤层预测突出敏感性较差,对于透气性较小的煤层,钻孔瓦斯涌出初速度指标所测得的瓦斯主要来源于钻孔周围应力所造成的卸压区煤的解吸瓦斯,煤层越软,应力越大时,其值越大。
它能够直接反映出突出煤层的破坏程度、煤层中瓦斯及煤的受力情况的综合作用。
对于透气性较小的煤层来讲,应用复合指标法来预测煤层突出危险性是可以的。
当煤层透气性系数很小时,即使煤层瓦斯压力、地应力足够大,煤坚固性系数足够小,钻孔瓦斯涌出初速度指标仍然很小,而此时煤层突出危险性却很大,所以在工作面突出预测时经常出现测得的钻孔瓦斯涌出初速度很小而发生突出的现象。
以下几掘面测得q值数据比较(见图十七)。
770中大底板巷,测试巷深长807.8米,共测试140次,钻孔瓦斯涌出初速度q值大于突出临界值5L/min以上有20次,最大值达到21.66L/min;
772中大顶板巷,测试巷深长524.1米,共测试95次,钻孔瓦斯涌出初速度q值大于突出临界值5L/min以上有16次,最大值达到30.96L/min;
735中大顶板巷,测试巷深长896米,共测试170次,钻孔瓦斯涌出初速度q值大于突出临界值5L/min以上有4次,最大值达到21.66L/min;
708中大顶板巷,测试巷深长510米,共测试131次,钻孔瓦斯涌出初速度q值大于突出临界值5L/min以上有6次,最大值达到15.32L/min;
600八尺巷,测试巷深长42米,共测试25次,钻孔瓦斯涌出初速度q值小于突出临界值5L/min,最大值达到2.31L/min。
钻孔瓦斯涌出初速度q值对于透气性较大的突出危险煤层,该指标敏感性较差,透气性系数对于钻孔瓦斯涌出初速度指标的影响很大,通过以上的各巷道钻孔瓦斯涌出初速度q值对比和瓦斯涌出初速度q值超限率(见表四)来看对于中大煤层还是较为敏感的。
表四:
钻孔瓦斯涌出初速度q值指标超限率统计表
巷道
超限率
指标
770中大底板巷
772中大顶板巷
735中大顶板巷
708中大顶板巷
600八尺巷
q值
14.29%
16.84%
2.35%
4.58%
0%
煤层钻屑量影响,钻屑量主要用于反映煤层中应力的大小以及煤层强度的大小。
影响钻屑量主要因素有:
煤体强度、煤体承受的地应力和瓦斯压力。
钻屑量对地应力为主要动力的突出是一项较为敏感的指标,对煤体强度较小的突出煤层而言,地应力对钻屑量的影响非常显著。
对坚固性系数f>0.3的突出煤层,地应力对钻屑量的影响很小,这时钻屑量的大小不能反映地应力的大小,预测精度很低。
对f<0.3的突出煤层,用钻屑量进行预测煤层突出危险性效果较好。
对坚固性系数f≤0.25的突出煤层,瓦斯压力对钻屑量的影响随着地应力的增加而增加。
以下几掘面测得钻屑量S值数据比较(见图十八)。
770、772、735、708、和600所测得的钻屑量s值都小于突出临界值。
钻屑量S值,我矿的中大和八尺煤层煤的坚固性系数基本上都大于>0.3所以各个工作面钻屑量s值都小于突出临界值。
五、结论
1、根据煤与瓦斯突出预测机理,对掘进工作面突出预测指标影响的主要因素进行分析,得到了突出预测指标随主要影响因素的变化规律。
在掘进工作面进行突出危险性预测时,要根据煤层的具体情况,并根据突出预测指标的大小和变化规律,综合判断工作面突出危险性大小。
2、今后预测孔的位置确定要根据煤层的软分层来定;措施孔的位置要根据煤层的倾角来定,效验孔的位置要根据措施孔的位置来定。
加强区域措施的执行力度,力争做到区域措施先行局部措施补充的原则,为我矿的原煤生产保驾护航。
3、从以上分析来看随着煤层采深增加钻屑瓦斯解吸指标表现得尤为突出,作为主指标;钻孔瓦斯涌出初速度却越往下越小,但是遇到软分层也能显现出来,作为辅指标;钻屑量一次都没超限过,但根据《防治煤与瓦斯突出规定》中规定,煤巷掘进工作面突出危险性预测,采用钻屑指标法的钻屑量指标为辅属指标。
所以后煤巷掘进工作面突出危险性预测,还要采用这三项指标作为突出危险性指标测试依据。
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