瓦斯地质学第八章 煤及瓦斯突出预测

1、8.1 8.1 我国煤与瓦斯突出概况我国煤与瓦斯突出概况8.2 8.2 煤与瓦斯突出征兆煤与瓦斯突出征兆8.3 8.3 突出预测方法突出预测方法 地质统计法地质统计法 综合指标法综合指标法 单项指标法单项指标法 钻屑指标法钻屑指标法 复合指标法复合指标法 R值指标法值指标法8.1 8.1 我国煤与瓦斯突出概况我国煤与瓦斯突出概况 1950.4.20我国第一次煤与瓦斯突出发生于辽源矿务局富我国第一次煤与瓦斯突出发生于辽源矿务局富国矿西二坑。国矿西二坑。 1975.8.8我国最大一次煤与瓦斯突出发生于天府矿务局三我国最大一次煤与瓦斯突出发生于天府矿务局三汇一矿，突出煤岩汇一矿，突出煤岩12780吨

2、，吨，CH4140万万m3，居世界第二，居世界第二位。位。 至至2006年底，我国共发生突出年底，我国共发生突出15000余次，占世界突出余次，占世界突出总数总数40%。 我国现有各类矿井近我国现有各类矿井近20000处，其中，高瓦斯、煤与瓦斯处，其中，高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井占矿井总数的突出矿井占矿井总数的50%以上，突出矿井大约以上，突出矿井大约2000个。个。(1) “突出突出”矿井分布面广，在部分严重。矿井分布面广，在部分严重。(2) 突出分布在不同类型的煤层。突出分布在不同类型的煤层。(3) “突出突出”矿井的始突深度不一。矿井的始突深度不一。(4) 中小型突出占绝大多数，大、特大强

3、度突出次数也不中小型突出占绝大多数，大、特大强度突出次数也不少。少。(5) 随着采深增大，非突矿井变成突出矿井，数量越来越随着采深增大，非突矿井变成突出矿井，数量越来越多。多。 (6) (6)石门突出危险性最大。石门突出危险性最大。 (7) (7)突出绝大多数分布在煤巷掘进工作面。突出绝大多数分布在煤巷掘进工作面。 (8) (8)随煤厚增加突出危险性增加。随煤厚增加突出危险性增加。 (9) (9)突出大多发生在地质构造带。突出大多发生在地质构造带。 (10)(10)突出前大多有预兆。突出前大多有预兆。 (11)(11)突出大多有作业方式的诱导。突出大多有作业方式的诱导。 (12)(12)煤体破

4、坏程度越高，突出危险性越大。煤体破坏程度越高，突出危险性越大。 (13)(13)突出危险区多呈条带状分布。突出危险区多呈条带状分布。8.2 8.2 煤与瓦斯突出预兆煤与瓦斯突出预兆 如闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡嗡声。如闷雷声、爆竹声、机枪声、嗡嗡声。 如风流逆转瓦斯异常、瓦斯浓度互大互小、打钻喷孔、哨如风流逆转瓦斯异常、瓦斯浓度互大互小、打钻喷孔、哨叫声、蜂鸣声。叫声、蜂鸣声。 层理紊乱、煤体干燥、煤体松软、色泽变暗无光泽、煤层层理紊乱、煤体干燥、煤体松软、色泽变暗无光泽、煤层产状急剧变化、煤层波状隆起、层理逆转等。产状急剧变化、煤层波状隆起、层理逆转等。 支架来压、煤壁开裂、掉砸、片帮、工作

5、面煤墙外鼓、底鼓、支架来压、煤壁开裂、掉砸、片帮、工作面煤墙外鼓、底鼓、钻孔夹顶钻、钻孔严重变形、炮眼装不进药等。钻孔夹顶钻、钻孔严重变形、炮眼装不进药等。 有些工作面温度降低、煤墙发凉、特殊气味等预兆。有些工作面温度降低、煤墙发凉、特殊气味等预兆。8.3 8.3 突出预测突出预测区域预测区域预测点预测点预测煤巷掘进工作面煤巷掘进工作面石门揭煤工作面石门揭煤工作面采煤工作面采煤工作面综合指标法综合指标法钻屑解吸指标法钻屑解吸指标法涌出初速度法涌出初速度法R 值指标法值指标法钻屑解吸指标法钻屑解吸指标法涌出初速度法涌出初速度法单项指标法单项指标法综合指标法综合指标法瓦斯突瓦斯突出预测出预测瓦斯地

6、质统计法瓦斯地质统计法8.4.1 8.4.1 区域预测方法区域预测方法单项指标法单项指标法 煤坚固性系数煤坚固性系数f瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度p 瓦斯压力瓦斯压力P煤的破坏类型煤的破坏类型：类非破坏煤，类非破坏煤，类破坏煤，类破坏煤，类强烈破坏煤，类强烈破坏煤，类粉碎煤，类粉碎煤，类全粉煤类全粉煤。指标临界值指标临界值相关规定相关规定预测指标预测指标 煤与瓦斯突出规定煤与瓦斯突出规定第第9条规定：新建矿井在可行条规定：新建矿井在可行性研究阶段，应当对矿井内性研究阶段，应当对矿井内采掘工程可能揭露的所有平采掘工程可能揭露的所有平均厚度在均厚度在0.3 m 以上的煤层以上的煤层进行突出危险性评

7、估。进行突出危险性评估。 评估结果作为矿井立项、评估结果作为矿井立项、初步设计和指导建井期间揭初步设计和指导建井期间揭煤作业的依据。煤作业的依据。 只有全部指标达到或超过只有全部指标达到或超过上述临界值时，方可将煤层上述临界值时，方可将煤层划为突出危险煤层。划为突出危险煤层。0.740.740.50.51010突出突出危险危险煤层煤层瓦斯瓦斯压力压力P(MPa )煤的煤的坚固坚固性系性系数数f瓦瓦斯斯放放散散初初速速度度p煤煤的的破破坏坏类类型型煤层煤层突出突出危险危险性性 综合指标法综合指标法预测指标及临界值预测指标及临界值技术方法技术方法 在岩石工作面向突出煤层至少打两在岩石工作面向突出煤

8、层至少打两个测压钻孔，测定煤层瓦斯压力。个测压钻孔，测定煤层瓦斯压力。 在打测压钻孔的过程中，每米钻在打测压钻孔的过程中，每米钻孔采取一个煤样，测定煤的坚固性系孔采取一个煤样，测定煤的坚固性系数数f。 将坚固性系数最小值的两个煤样将坚固性系数最小值的两个煤样混合，测定煤的瓦斯放散初速度混合，测定煤的瓦斯放散初速度p。 将两个测压钻孔所测得的坚固性将两个测压钻孔所测得的坚固性系数最小值加以平均，作为煤层软分系数最小值加以平均，作为煤层软分层的平均坚固性系数。层的平均坚固性系数。 在地勘和新建矿井建设时期，突在地勘和新建矿井建设时期，突出威胁区域视为无突出危险区出威胁区域视为无突出危险区 当当D值

9、两括号内计算结果全为负值两括号内计算结果全为负值时，则不论值时，则不论D值大小，都为无突值大小，都为无突出危险区域。出危险区域。注注意意点点D =( 0.0075H/f - 3)( P - 0.74 )K= p / f 15 20 0.25其它煤种其它煤种无烟煤无烟煤综合指标综合指标K 综合指标综合指标D 当测定的综合指标当测定的综合指标D、K 都小于临界值，或者指标都小于临界值，或者指标K 小小于临界值且于临界值且D值计算公式中两括号内的计算值都为负值时，值计算公式中两括号内的计算值都为负值时，若未发现其他异常情况，该若未发现其他异常情况，该工作面即为无突出危险工作面工作面即为无突出危险工作

10、面；否则，判定为突出危险工作面否则，判定为突出危险工作面。 瓦斯地质统计法瓦斯地质统计法 上水平发生过一次突出的区域，下水平上水平发生过一次突出的区域，下水平垂直对应区域应预测为突出危险区垂直对应区域应预测为突出危险区。 在同一地质单元内，发生了突出的位置在同一地质单元内，发生了突出的位置以上以上20m（埋深）及以下的范围（埋深）及以下的范围为突出危险为突出危险区；此外，根据区；此外，根据上部区域突出点分布与地质上部区域突出点分布与地质构造的关系构造的关系确定构造线两侧突出危险区边缘确定构造线两侧突出危险区边缘到构造线的最远距离，并结合下部区域的地到构造线的最远距离，并结合下部区域的地质构造分

11、布划分出下部区域构造线两侧的突质构造分布划分出下部区域构造线两侧的突出危险区。出危险区。 未划定的其它区域为突出威胁区。未划定的其它区域为突出威胁区。 煤层瓦斯风化带为无突出危险区域煤层瓦斯风化带为无突出危险区域。瓦斯地质统计法的实质瓦斯地质统计法的实质划分方法划分方法 瓦斯地质统计法的实质是根据瓦斯地质统计法的实质是根据已开采区域所已开采区域所发生突出点分布与地发生突出点分布与地质构造的关系质构造的关系，结合，结合未开采区域的未开采区域的地质构造条件地质构造条件，将未开采区域划分，将未开采区域划分出出突出危险区域和突出威胁区域突出危险区域和突出威胁区域。 不同矿区控制突出的构造因不同矿区控制

12、突出的构造因素是不同的。素是不同的。 突出不仅取决于构造形态，突出不仅取决于构造形态，而且更与地质构造的演化史有关。而且更与地质构造的演化史有关。 8.4.2 8.4.2 点预测点预测( (工作面预测工作面预测) )工作面预测工作面预测地质雷达方法地质雷达方法巷道瓦斯涌出特征法巷道瓦斯涌出特征法钻屑指标法钻屑指标法R值指标法值指标法煤体温度法煤体温度法声发射方法声发射方法其它经试验证实有效的方法其它经试验证实有效的方法 复合指标法复合指标法瑞利波方法瑞利波方法煤体电磁辐射方法煤体电磁辐射方法第七十四条第七十四条 可采用下列方法预测煤巷掘进工作面的突可采用下列方法预测煤巷掘进工作面的突出危险性：

13、出危险性： （一）钻屑指标法；（一）钻屑指标法； （二）复合指标法；（二）复合指标法； （三）（三）R 值指标法；值指标法； （四）其他经试验证实有效的方法。（四）其他经试验证实有效的方法。钻屑指标法钻屑指标法 突出危险性判别突出危险性判别技术方法技术方法 在煤巷掘进工作面打在煤巷掘进工作面打2个个或或3个直径个直径42mm、深深810m的的预测钻孔。钻孔应布置在软分层预测钻孔。钻孔应布置在软分层中。钻孔的终孔应位于巷道轮廓中。钻孔的终孔应位于巷道轮廓线外线外24m处。处。 钻孔每打钻孔每打1m,测定一次钻屑测定一次钻屑量量,每隔每隔2m测定一次钻屑解吸指测定一次钻屑解吸指标标h2或或K1。根

14、据每个钻孔沿根据每个钻孔沿孔长每米的最大钻屑量孔长每米的最大钻屑量Smax和最和最大钻屑解吸指标大钻屑解吸指标h2或或K1预测预测工作面的突出危险性。工作面的突出危险性。 无突出危险工作无突出危险工作面面0.55.46200突出危险工作面突出危险工作面0.55.46200mL/(g.min1/2)L/mkg/m突出危险性突出危险性K1最大钻屑量最大钻屑量 h2(Pa) 如果所有实测的指标值均小于临界值，并且未发现其他异如果所有实测的指标值均小于临界值，并且未发现其他异常情况，则该工作面为无突出危险工作面；否则，为突出危险常情况，则该工作面为无突出危险工作面；否则，为突出危险工作面。工作面。 q

15、钻屑瓦斯解吸指标钻屑瓦斯解吸指标 h2或或K1值表示瓦斯含量的大小和值表示瓦斯含量的大小和解吸速度的快慢，即表示瓦斯能的大小及释放速度。解吸速度的快慢，即表示瓦斯能的大小及释放速度。q钻屑瓦斯解吸规律可用巴雷尔公式表示，钻屑瓦斯解吸规律可用巴雷尔公式表示，Q1=K1T0.5 ， h2和和K1值均表示煤样在一段时间内的瓦斯解吸规律，值均表示煤样在一段时间内的瓦斯解吸规律， K1值钻屑卸压初期瓦斯解吸曲线的斜率，值钻屑卸压初期瓦斯解吸曲线的斜率， h2是钻屑卸压是钻屑卸压初期瓦斯解吸而导致的压力差初期瓦斯解吸而导致的压力差.q按照巴雷尔公式推算，按照巴雷尔公式推算， K1 =0.016 h21.钻

16、屑瓦斯解吸指标法钻屑瓦斯解吸指标法 (1)把把10g筛分好的筛分好的1-3mm的煤样装入解吸仪的的煤样装入解吸仪的煤样瓶中。煤样瓶中。 (2)把秒表计时把秒表计时3min转通连接阀，使煤样瓶与测转通连接阀，使煤样瓶与测量系统接通与大气隔绝，量系统接通与大气隔绝，5min时解析仪的时数即时解析仪的时数即为为h2，单位，单位Pa。MD-2MD-2型钻屑瓦斯解吸仪型钻屑瓦斯解吸仪 用用42 mm的煤电钻在工作面煤体中打钻，每钻进的煤电钻在工作面煤体中打钻，每钻进1 m收收集全部钻屑，用弹簧称称重测定钻屑量集全部钻屑，用弹簧称称重测定钻屑量S。 钻进时每钻钻进时每钻2 m，收集其排粉量，称重或测量体积

17、。，收集其排粉量，称重或测量体积。当钻孔深度超过当钻孔深度超过2 m时，每隔时，每隔2 m，取钻粉测量其瓦斯解，取钻粉测量其瓦斯解析特征。取样时记录取样的钻孔编号、孔深、及取样时析特征。取样时记录取样的钻孔编号、孔深、及取样时间，试样经筛分，取粒径间，试样经筛分，取粒径1-3 mm的煤样的煤样6-10 g，放入解，放入解吸仪中，待取样后吸仪中，待取样后2 min开始启动解吸仪，并每隔一分钟开始启动解吸仪，并每隔一分钟读一次水柱高度，共读读一次水柱高度，共读10次，经校正得出解析量值，并次，经校正得出解析量值，并用下列公式，使用最小二乘法得出解析特征用下列公式，使用最小二乘法得出解析特征K1值。

18、值。 1LQKTW120.1TttL式中式中Q每克煤粉在时间每克煤粉在时间T内测出的解吸瓦斯总量，内测出的解吸瓦斯总量，ml/gWL测定前煤样已解析出的瓦斯总量，测定前煤样已解析出的瓦斯总量，ml/g；K1解析特征系数，其值相当于煤样自煤壁暴露后，第一分钟内的瓦解析特征系数，其值相当于煤样自煤壁暴露后，第一分钟内的瓦斯解析总量；斯解析总量；T自煤体脱落后算起，煤粉的暴露时间，自煤体脱落后算起，煤粉的暴露时间，min；t1取样到启动解析仪的时间，取样到启动解析仪的时间，min；一般采用；一般采用2分或者分或者3分；分；t2做试验时的时间，做试验时的时间，min；t3煤粉自煤体脱落至钻孔口的时间，

19、其中煤粉自煤体脱落至钻孔口的时间，其中L是取样时钻孔的长度，是取样时钻孔的长度，t3=0.1L。 如果实测得到的指标如果实测得到的指标q、S 的所有测定值均小于临界值，并且的所有测定值均小于临界值，并且未发现其他异常情况，则该工作面预测为无突出危险工作面；未发现其他异常情况，则该工作面预测为无突出危险工作面；否则，为突出危险工作面。否则，为突出危险工作面。 在工作面打在工作面打42 mm的钻孔，当打到测定位置后，将钻屑排净，的钻孔，当打到测定位置后，将钻屑排净，用打气筒向胶囊封孔器充气管中充气，此时胶囊封孔器胶囊充气膨用打气筒向胶囊封孔器充气管中充气，此时胶囊封孔器胶囊充气膨胀而封闭钻孔（预留

20、胀而封闭钻孔（预留0.5 m测量气室），同时打开连接在胶囊封孔测量气室），同时打开连接在胶囊封孔器测量管末端的多级流量计旋塞，读取水柱计两端水柱凹面处刻度，器测量管末端的多级流量计旋塞，读取水柱计两端水柱凹面处刻度，水柱差值即为水柱差值即为q值。封孔测量全过程在成孔值。封孔测量全过程在成孔2 min内完成。内完成。ZLD-1ZLD-1型多孔流量计型多孔流量计TN-1TN-1型胶囊封孔器型胶囊封孔器123543.5m0.5m钻孔瓦斯涌出初速度钻孔布置图钻孔瓦斯涌出初速度钻孔布置图1 1煤层巷道；煤层巷道；2 2钻孔；钻孔；3 3封孔器；封孔器；4 4瓦斯排出管；瓦斯排出管；5 5测量室测量室 判

21、定各煤层煤巷掘进工作面突出危险性的临界值应根据试验判定各煤层煤巷掘进工作面突出危险性的临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按以下指标进行预测：考察确定，在确定前可暂按以下指标进行预测： 当至少有一个钻孔当至少有一个钻孔R值有值有R6 至少有一个钻孔有至少有一个钻孔有R0 且且Smax5.4 L/m 至少有一个钻孔有至少有一个钻孔有R0 且且qmax6 L/min该工作面预测为突出危险工作面；否则，可判定为无突出危险该工作面预测为突出危险工作面；否则，可判定为无突出危险工作面。工作面。 石门揭煤工作面的突出危险性预测应选用综合石门揭煤工作面的突出危险性预测应选用综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法或其它经试验证实有指标法、钻屑瓦斯解吸指标法或其它经试验证实有效的方法。效的方法。 立井、斜井揭煤工作面的突出危险性立井、斜井揭煤工作面的突出危险性预测按照预测按照石门揭煤工作面的各项要求和方法执行。石门揭煤工作面的各项要求和方法执行。8.5 8.5 瓦斯突出预测新技术瓦斯突出预测新技术传感器传感器前置放大器前置放大器数据采集装置数据采集装置能量值能量值事件数事件数采掘工作面