1、煤與瓦斯突出預測敏感指標及其臨界值的確定方法 工作面煤與瓦斯突出 （以下簡稱突出 ）危險性預測和防突措施效果檢驗 是突出礦井進行防突管理的兩項關鍵工作。 目前我國大多數突出礦井， 在進行突出危險性預測時所采用的預測指標及其臨界值基本上都是按 照防治煤與瓦斯突出細則所推薦的。但是，針對不同的礦井或煤 層，突出預測指標的敏感性及其臨界值可能是不同的，甚至存在很大 的差異。礦井在使用中應通過現場試驗，摸索和確定適合本礦煤層實 際情況的突出預測指標及其臨界值。否則，可能因為指標不敏感或臨 界值不合適而造成預測結果的不準確，導致誤判，結果發(fā)生突出事故 或增加不必要的防突措施工程。所以，確定礦井突出預測敏

2、感指標及 其臨界值是防突工作中一項十分重要的內容。1 預測敏感指標的概念及確定方法 突出預測敏感指標是指針對某一煤層進行突出危險性預測時，在目前 技術水平條件下能夠較為明顯地區(qū)分突出危險和非突出危險的指標。 煤與瓦斯突出是一種復雜的瓦斯動力現象，是由地應力、瓦斯及煤的 物理力學性質 3 種因素綜合作用的結果。理想的預測指標應是能夠完 全反映引發(fā)突出的 3 個因素，而實際上，目前常用的預測指標僅是間 接和部分反映這 3 個突出預測因素。對不同礦井、煤層或區(qū)域，突出 的主導因索有所不同， 3 種因素在導致突出作用中的貢獻比重有所不同。 所以，主要反映突出 3 因素中某 1 個因素或兩方面因素的不同

3、指標， 其預測突出危險的敏感性會有所不同。同時，預測指標還在一定程度 上或多或少地受到現場測試條件、儀器性能、操作人員責任心等外部 條件和人為因素的影響，使測定出的指標值影響因素復雜，從而影響 指標的敏感性。判斷一種指標是否敏感，主要考慮兩個方面的因素：一是指標值的大 小是否隨著突出危險性的大小明顯變化；二是影響指標值大小的突出 危險因素是否大于測定誤差等外部條件和人為因素。具體確定時可根 據在有無突出危險時的指標值大小及其變化幅度，以及測試環(huán)境、手 段、人員水甲等引起的測定誤差大小等判斷，如在突出危險區(qū)與非危 險區(qū)、突出點附近與正常帶、 打鉆時噴孔等動力現象 （嚴重度與頻度等 ） 與正常時、

4、措施前后等測值的變化情況， 以及測值統(tǒng)計結果分布規(guī)律、 指標與其他敏感指標的對比等進行判斷。所以預測敏感指標，必須通 過對各種指標的實際考察，結合本礦煤層或區(qū)域的具體測試條件來確 定，其敏感指標既能體現出本礦煤層的突出主導因素，又適應礦井的 具體測試條件，從而較好地符合礦井實際。2 敏感指標臨界值的確定方法 對于一個敏感指標而言，希望存在一個理想的臨界值，超過該值一般 會發(fā)生突出，否則就不發(fā)生突出。但是，實際情況并不是這樣，突出 危險性是一個概率的概念，一般隨著指標測定值的增高，發(fā)生突出的 概率會增大。所以理想的臨界值并不存在，實際存在的是一個臨界范 圍。當測定值小于此范圍時沒有突出危險。 高

5、于時大多都會發(fā)生突出， 而在該范圍內時，可能發(fā)生突出，也可能不發(fā)生突出。為便于生產管 理，需要在此范圍內確定一個合理的臨界點， 這樣既能保障安全生產， 又盡可能地解放生產力，提高采掘進度。根據我國目前預測技術水平 的實際情況，一般情況下，合適的臨界值應該是：當測定值大于它時 發(fā)生突出的可能性為50%60%,而小于該值時基本不發(fā)生突出，即突 出的可能性很小，礦井的預測突出危險率根據煤層危險程度的不同會 有所不同,一般礦井可控制在 20%30%。 敏感指標臨界值現場考察方法主要有： 不首先設定試驗臨界值,在 不采取任何防突措施的情況下,根據多次實際突出前的指標測定值與 不突出時的測定值相比較直接確

6、定。此法雖然直觀和簡便,但很不安 全,容易使安全生產陷入被動, 一般礦井難以接受。 現場試驗摸索, 試驗臨界值由低向高逐步提高,直到發(fā)生瓦斯動力現象為止。此法雖 然較為安全,但試驗周期較長。 現場試驗摸索,先確定一個較高的 試驗臨界值,在此臨界值以下根據實際突出或其他現象確定。此法比 第一種方法稍好,但仍不安全,礦井同樣難接受。 通過各種方法先 確定一個比較接近真實臨界值的試驗臨界值,再通過現場試驗進行修 正和適當調整。這種方法比較科學,既能縮短試驗周期,同時又盡可 能地保證了安全生產。 根據多年來的研究和實踐表明,可以通過歷史資料統(tǒng)計、實驗室和現 場試驗等相結合的方法來綜合確定突出危險預測敏

7、感指標及其臨界值。 值得指出的是, 一些礦井在發(fā)生了個別的 “低指標突出 ”現象后,沒有經 過具體分析就降低指標臨界值或懷疑指標的敏感性,這是不科學、不 可取的做法。 關于 “低指標突出 ”現象的原因是復雜的， 可能與地質構造 的影響、突出主導因素的改變、預測人員的操作、鉆孔布置、儀器性 能等因素有關，也可能與指標本身的局限性有關。可通過提高預測人 員素質、規(guī)范操作行為、采用多指標預測和結合工作面各種情況綜合 判斷等措施降低這種現象的發(fā)生概率。3 預測敏感指標及其臨界值確定實例 水城礦業(yè)（集團）有限責任公司大灣煤礦 11#煤層共發(fā)生了 17 次煤與瓦 斯突出現象，最大突出強度 703t。近年來

8、的實踐表明，以前采用的預 測指標臨界值未能反映 11#煤層的實際突出危險情況， 導致掘進過程中 防突措施工程量較大，在一定程度上影響了掘進進度，制約了生產的 進一步發(fā)展。為此，對礦井突出危險性預測敏感指標及其臨界值專門 進行了研究。研究工作分兩個階段進行：第一階段為試驗研究階段， 主要通過對歷史資料的統(tǒng)計分析和實驗室試驗，首先確定一個主要的 敏感指標及其試驗臨界值初值，通過現場試驗，考察各個指標的敏感 性，確定出敏感指標及其臨界值；第二階段為擴大應用階段，通過增 加試驗工作面?zhèn)€數，用確定出的敏感指標及其臨界值指導生產，以期 進行擴大驗證，根據驗證結果可進行必要的修正和最終確定。3.1 敏感指標

9、試驗初值的確定 在對礦井突出規(guī)律分析的基礎上，統(tǒng)計了多年來的歷史資料，經過綜 合分析初步認為鉆屑瓦斯解吸指標 k1在11#煤層較敏感，決定作為試 驗期間的主要考察指標。 其試驗臨界值初值可通過以下 3個方面確定。3.1.1 歷史預測資料的統(tǒng)計 對全礦所有掘進工作面的預測資料進行統(tǒng)計 （共 528 次 ），結果見表 1。 1997-1999 年來的所有掘進面的測定資料統(tǒng)計結果也具有大致相同的 測值分布規(guī)律。在試驗初期，預測突出危險率可取20%以上，試驗初值可選用 0.6。表11999-01-2001-05全礦煤巷預測資料統(tǒng)計3.1.2 突出點附近指標值的大小通過對 10 多次突出的分析，雖然突出

10、前的個別測定值小于 0.5，但突 出點前后的預測資料顯示，絕大多數的 k1 指標值均大于 0.6，說明 k1 值大于 0.6 時能在一定程度上反映煤層突出危險狀態(tài)的存在。 所以，試 驗初值可選用 0.6。3.1.3 實驗室確定結果煤層瓦斯壓 p 與 k1 值之間存在一定的相關關系，根據大量的破碎試驗 和測試結果，煤層的最小突出瓦斯壓力與煤的堅固性系數等指標存在 一定的函數關系，所以通過煤質力學指標可確定煤層的突出臨界瓦斯 壓力值，繼而通過實驗室測定的 k1p 關系模型便可確定出煤層的 k1 指標臨界值。圖為 11#煤層的 k1p 關系模型。圖111e專用回風巷煤樣k1 p關系模型實驗結果通過上

11、述方法，對不同地點煤樣的測定分析，分別確定出11#煤層的k1 指標臨界值，見表 2。在試驗初期，從安全的角度考慮，可以先取 0.6作為k1指標臨界初值。表 2 實驗室確定的 k1 指標臨界值3.2 試驗結果及應用驗證 主要預測指標臨界初值確定后，選擇具有代表性的 2 條巷道作為試驗 巷道，其中 111103 機巷上段分別處于集中應力區(qū)和原始應力區(qū)， 111103 軌巷上段一直處于集中應力區(qū)，在加強安全防護措施的前提下進行試 驗，同時考察了 k1 、鉆粉量、鉆孔瓦斯涌出初速度及其衰減指標、炮 后30min瓦斯涌出量v30和綜合指標r。試驗進行了 3個月，共掘進巷 道250.3m,測定48個循環(huán)、

12、95次測定，獲得k1數據1416個，q指標 36次510個，c。指標21個，s指標1416個，r指標87個，通過對測 定指標、各種現象等的考察和綜合分析,確定出 k1 指標為敏感指標, v1 指標也具有相當敏感性,考慮到 v30 指標受到多個因素的影響,決 定作為參考指標。在試驗過程中,將 k1 指標提高到 0.7 進行了 2 個月 的試驗,未發(fā)生煤與瓦斯突出現象。根據以前多次突出前的 v1 指標和 該指標與 k1 指標的對比,確定 v30 指標的臨界值為 8m3/t 。 在第一階段確定了敏感指標及其臨界值后, 隨即進行了擴大試驗范圍, 進行驗證。先后在 5條巷道進行擴大應用,掘進巷道 353

13、.7m, 56個循 環(huán)79次測定，其中k1<0.5的儀9次，0.51<0.7的斯次，占58.2%,未 發(fā)生煤與瓦斯突出現象，見圖 2 圖 2 擴大應用試驗 k1 值分布圖3.3 敏感指標及其臨界值的確定經超過 600m 巷道的試驗，確定出大灣礦 11#煤層界值，主要預測指標 為 k1 指標，其臨界值為 0.7；參考指標為 v30 指標，臨界值為 8m3/t 二者的使用方法是，當 k1 指標預測或檢驗不超標時，可直接掘講，在 掘進過程中，統(tǒng)計v30指標，當k1值進行預測，突出危險性根據預測 結果確定。采用該敏感指標及其臨界值后， 在保證安全前提下， 提高了掘進進度， 減少了防突措施工程 50%以上，降低了防突成本。4 結語 突出預測敏感指標及其臨界值的確定是一項非常有意義的工