煤与瓦斯突出区域预测研究

煤与瓦斯突出区域预测研究 (1) 单项指标法

在单项指标法中,预测的基础是含瓦斯煤体性质及其赋存条件的某些量化指标,包括

瓦斯指标、煤层性质指标、地应力指标和综合指标。Paul(1980)、Noack(1983)和王佑安(1984) 等学者研究了瓦斯含量指标,提出了不同的瓦斯突出临界值;于不凡(1985)和俞启香(1987) 详细地讨论了瓦斯压力指标,但认为瓦斯压力不能单独用作突出预测指标;前苏联科学院 地质所于 1958 年提出了煤体结构指标,把煤分成 5 种破坏类型,认为Ⅳ、Ⅴ两类煤具有 突出危险,在国内外受到广泛重视;中国矿业学院瓦斯组(1979)把煤体结构划分为 3 种破 坏类型,其丙类煤为突出危险煤;焦作矿业学院瓦斯地质研究室(1991)根据煤的宏观特征, 以构造煤类型为基础,以突出的难易程度为依据,把煤体结构分为 4 种类型,其中Ⅲ、Ⅳ 两类为突出危险煤,取得了较好的应用效果[52]。采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度Δ p 、 煤的坚固性系数 f 和煤层瓦斯压力 p 作为预测指标。各种指标的突出危险临界值应根据实 测资料来定,无实测资料可参考表 1.1 所列数据。只有全部指标达到或超过临界值时方可 划为突出煤层。

表 1.1 预测突出危险性单项指标 煤层突出危险

性 突出危险 无突出危险

破坏类型 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ Ⅰ、Ⅱ

瓦斯放散初速度Δp指标

≥10 ＜10

煤的坚固性系

数f

≥0.5 ＜0.5

煤层瓦斯瓮压

力p ≥0.74MPa ＜0.74MPa

(2) 综合指标 D 与 K 法

抚顺分院、北票矿务局与红卫矿提出用综合指标D与K 来预测煤层的突出危险性[55], 预测综合指标K 和D已被列入我国的防突细则,得到了广泛的应用。其临界值参照表 1.2 所列数值

表 1.2 判断突出危险性的综合指标临界值

煤层突出危险性指标 D ＜0.25 ≥0.25 ≥0.25

K ＜15 ≥15

D=0.0075

无突出危险 无突出危险 有突出危险 突出危险性

H??

―3(1.1)

H ―煤层开采深度,m; P ―煤层瓦斯压力,MPa;

f ―煤层软分层的平均坚固性系数,

如打钻所取煤样的粒度达不到测试 f 值所要求的粒度标准(10～1（）5mm)时，可取粒度为 1～3mm 粒度煤样进行 f 值测定。所得结果按下式进行换算:

当 f1-3≤0.25 时: f = f1-3

当 f1-3>0.25 时: f =1.57 f1-3=0.14

f1-3―用粒度为 1～3mm 煤样测出的煤坚固性系数值。

????

K = (1.2)

??

式中 K ―综合指标二;

Δp ―煤层软分层的瓦斯放散初速度指标。 (3) 地质指标法

湖南省煤研所提出用煤层围岩指标 R 5(5m 含砂岩率),地质构造指标Kf、煤质指标Kd(Kd=0.09Δp―1.62f2)和瓦斯压力p进行综合判断,各指标的临界值见表 1.3。

(4) 地质统计法

该法的实质是根据已开采区域突出点分布与地质构造(包括褶曲、断层、煤层赋存条件变化、火成岩侵入等)的关系,然后结合未采区域的地质构造条件来大致预测突出可能发生的范围。不同矿区控制突出的地质构造因素是不同的,某些矿区的突出主要受断层控制,另一些矿区则主要受褶曲或煤厚变化控制,因此,各矿区可根据已采区域主要控制突出的地质构造因素,来预测未采区域的突出危险性 R ＞0.7 0.7～0.45 ＜0.45

5表 1.3 地质指标临界值 Kf Kd P (MPa) ≤0.25 ＜1 ≤0.4 0.25～0.75 1～1.5 0.4～1.0 ≥0.75 ＞1.5 ≥1.0

危险性

无危险 过渡性 危险

(5) 瓦斯地质单元法

瓦斯地质单元法是由焦作矿业学院瓦斯地质研究室提出来的,自 1977 年以来他们一直用瓦斯地质的观点来研究煤与瓦斯突出。通过对湘、赣、豫三省 12 个矿区 61 对突出矿井进行的研究,提出了瓦斯地质区划理论(彭立世,1985)[56],认为突出的分布是不均衡的,具有分区分带的特点;瓦斯突出的分区分带与地质条件有密切的关系。地质因素的分区分带控制突出的分区分带;进而通过地质因素的区域划分来预测突出区带。彭立世等(1987)在瓦斯地质区划的基础上提出了用地质观点进行突出预测的方法,即瓦斯地质单元法。这种方法根据地质构造、煤层厚度及其变化、煤体结构和煤层瓦斯等瓦斯地质参数,把煤层按照突出危险程度划分为不同的瓦斯地质单元,从而实现突出的区域预测。

(6) 无线电波透视探测技术

无线电波透视探测技术在国内外都进行了较为广泛的研究及推广应用[57][58][59]。前苏联早在 1923 年就开始这方面的研究工作。上个世纪 70 年代中期在东顿涅茨无烟煤矿区进行了系统试验[60][61]。煤炭科学研究院重庆分院等单位在 1976 年研制成功我国第一台无线电波坑道透视仪。随后,煤炭科学研究总院重庆分院、河北煤炭科学研究所相继对仪器进行换代改造,推出了第三、第四代产品,并在全国范围内煤矿井下探测陷落柱、断层及其它地质构造等方面

得到了广泛的推广应用。同时,针对实际应用中的具体问题,进行了大量的基础性研究,取得丰硕的成果[62][63],该技术的应用为采煤工作面的高产高效提供地质保障,即预先探明采煤工作面内地质构造,以保证采煤的顺利进行[64]。该技术在韩城、南桐、阳泉、平顶山等矿务局应用中多次发现无线电波透视圈定的断层、褶曲、产状变化、力学性质变化等地质异常带,往往是煤与瓦斯突出多发地带[65],研究认为具有不同结构和含气条件的构造煤体和非构造煤体具有明显不同的电性特征,构造煤体中存在各种规则和不规则的界面对无线电波传播产生影响[66]-[69]。可以通过无线电波透视探测出采煤工作面内存在的地质构造破碎带来达到预测煤与瓦斯突出危险区域的目的

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