1、136江西煤炭科技2023年第3 期通风安全技术兴隆煤矿工作面突出预测敏感指标及临界值研究夏治华，汪国良（江西乐矿能源集团有限公司，江西景德镇3 3 3 0 0 0）摘要：为探究陕西西韩兴隆煤矿有限公司采掘工作面突出预测敏感指标及临界值，首先现场考察初步确定3#煤层2 13 0 1运顺掘进工作面钻屑量S值、钻屑瓦斯解吸指标K，值作为突出危险预测指标，其临界值为4.6 kg/m、0.46 mL/(g min/2)，钻孔瓦斯涌出初速度值不宜作为突出危险预测敏感指标。然后实施工程扩大验证了其考察结果是合理可靠的。采用多种方法确定工作面突出敏感指标及临界值对该矿采掘工作面防治煤与瓦斯突出具有一定的借鉴
2、意义。关键词：回采工作面；掘进工作面；突出预测敏感指标；临界值中图分类号：TD713+.2Research on Sensitive Index and Critical Value of Outburst Prediction at Working Face of Xinglong CollieryAbstract:In order to explore the sensitive indicators and critical values for predicting outburst in the mining face of ShanxiXihanxinglong Coal Mine
3、 Co.,Ltd.,through the on-site investigation,the authors preliminarily determine the S value of drillingdebris volume and the Ki value of drilling debris gas desorption index for the 21301 Yunshun mining face of No.3 Coal Seam,whose critical values are 4.6 kg/m and 0.46 mL/(gmin2),and the initial vel
4、ocity q value of drilling gas emission should not beused as a sensitive indicator for predicting outburst danger.Then,they carry out the engineering expansion to verify that theinspection results are reasonable and reliable,which has certain reference significance for the prevention and control of c
5、oal andgas outburst in the mining face of this mine.Key words:mining face;excavation face;outburst prediction sensitive index;critical value随着煤矿开采深度的增加，煤与瓦斯突出矿井中煤与瓦斯突出的危险性越来越严重1-2 ,突出灾害成为严重威胁煤矿安全生产的主要问题之一。确定煤矿工作面突出危险预测敏感指标及临界值是突出煤层局部防突的重要环节3-6 。基于此，以兴隆煤矿有限公司采掘工作面为研究对象，采用现场考察和工程扩大验证的方法综合确定工作面突出危险预测敏感
6、指标及临界值，以期为类似条件煤矿提供借鉴意义。1矿井及试验区概况1.1矿井概况(1)井田地质构造陕西西韩兴隆煤矿有限公司位于矿区东南边缘地带，由于受大地构造部位及历次构造运动的影响,井田内地层以10 左右倾角倾向北西,单斜构造，构造比较简单。展布于浅部的一些压性结构面（破裂的压性结构面）,是在前弧东翼构造带的文献标识码：AXia Zhihua,Wang Guoliang(Jiangxi Lekuang Energy Co.,Ltd.,Jingdezhen,Jiangxi 333000)文章编号：10 0 6-2 57 2(2 0 2 3)0 3-0 13 6-0 4波及下,受北西一南东方向的主
7、压应力的影响,致使寒武系、奥陶系石灰岩生成与地层相一致的背斜和逆冲断层构造形迹。在浅部岩层受力后，背斜顶部发生一些与背斜走向一致的张裂隙，在压力的作用下，靠近背斜西北翼，出现一系列的破坏压性结构面,为矿井东南部界外的F2、F3 逆断层。断层面倾向南东,倾角大小不等(3 57 0）,由中上寒武系地层分别逆冲于中、下奥陶系石灰岩之上，这一从南东方向来的强大构造应力，导致西北翼地层直立倒转。当压力继续作用，背斜进一步加强，背斜顶部张性裂隙扩张，岩块断陷而产生了韩城大断层(F),破坏了整个背斜,该断层仅残存井田所在的西北翼，但在井田外部东南沟谷中可明显见到背斜的痕迹。(2）煤层赋存及顶底板情况矿井主要
8、含煤地层为石炭系太原组、二叠系山西组。石炭系太原组地层厚57.2 6 8 3.3 1m，平均7 0 m，含煤7 层，由下而上依次为12#、11#、2023年第3 期10#、8#7#、6#、5#，其中11#为特厚煤层，5#煤层为局部可采煤层，其余均不可采。二叠系山西组地层厚50.7893.52m，平均6 3 m，含煤三层，即1#、2#、3#煤层，其中3#煤层可采，2#煤层局部可采，在井田内由北向南、由深到浅有增厚趋势。3#煤层直接顶为泥岩或砂质泥岩；老顶一般为浅灰灰色中粒砂岩,厚度一般为45m,成份以石英、长石为主，层面富含白云母，钙质胶结，坚硬；底板为深灰色粉砂岩，一般厚2.5m，团块状，富含
9、植物根部化石，偶含菱铁矿结核。据兴隆煤矿近年的回采实践，3#煤层底板尚未发现底鼓现象。(3)煤质特征3#煤层黑色、粉末状，条痕黑色；油脂，玻璃光泽；参差状断口,裂隙发育,裂隙面有碳酸钙。3#煤层以半亮型、半暗型煤为主，光亮型煤少见。3#煤层属中灰、中硫、低热值煤，煤质牌号以瘦煤2 号为主，局部地段为主焦煤，可作为配焦用煤和良好的动力用煤。(4)矿井瓦斯情况兴隆煤矿2 0 0 7 年12 月11日4时一水平首采面113 0 1运输巷发生了3#煤层瓦斯动力现象伤亡事故，为煤与瓦斯突出矿井，3#煤层属于突出煤层。矿井相对瓦斯涌出量为3 1.5m3/t,绝对瓦斯涌出量为7 9.5m/min。矿井一水平
10、3#煤层煤样的瓦斯放散初速度P=112 1，煤的坚固性系数f=0.120.2 9,3#煤层几乎都为IV、V 类破坏煤层，距地表垂深3 50 3 9 0 m范围的瓦斯压力为0.6 0.8MPa、瓦斯含量为5.6 6.8 m/t。矿井二水平3#煤层标高在+2 2 0+2 13 m范围的瓦斯压力为0.781.26MPa、瓦斯含量为8.9 2 10.7 3 m/t。(5)矿井防突措施情况矿井区域防突措施主要采用底板岩巷上向穿层钻孔预抽3#煤层煤巷条带瓦斯+顺层钻孔预抽3#煤层回采区域煤层瓦斯措施，采掘工作面局部防突措施主要采用超前钻孔预抽瓦斯、超前钻孔排放瓦斯措施。2试验区概况2.1试验区基本情况兴隆
11、煤矿开采标高+7 2 0+140 m，主采煤层为3#、5#煤层。现场试验地点为3#煤层2 13 0 1运顺掘进工作面，扩大验证地点为3#煤层2 2 3 0 1回采工作面。2 13 0 1运输顺槽设计长度10 8 8 m，巷道断面为10.8 m。2 2 3 0 1回采工作面为2 2 采区首采工作面，2 2 3 0 1回风顺槽紧邻+2 6 5m南大巷，工作面切眼紧邻盘龙煤矿，其余均未开采。地表位于江西煤炭科技西曹家山东南部。地面标高+53 5+8 40 m，煤层底板标高+2 40+3 0 0 m。2 2 3 0 1工作面运顺长度1450m，回顺长度13 95m，切眼长度16 0 m。2.2地质概况
12、3#煤层平均厚度1.45m，煤层倾角约8，单斜构造，地质构造简单。回风巷距离停采线415m处，施工过程中遇见冲刷带，煤层厚度为0.150.3m。3#煤层距离2 煤层间距约10 m,3#煤层距离5#煤层间距为2 53 2 m，平均3 0 m。3#煤层直接顶为砂质泥岩及粉砂岩，抗压强度为95MPa，抗拉强度为8.5MPa；老顶一般为浅灰色一灰色中粒砂岩,厚度一般为4 5m,抗压强度12 6.8 MPa,抗拉强度 9.5 MPa。3试验方案3.1总体方案采掘工作面突出预测是考虑煤层瓦斯地质、开采技术条件下的地应力、瓦斯及煤岩物理力学性质相互耦合作用状态等因素进行判定，井下地质条件千变万化，故需要首先
13、现场考察工作面突出预测指标及临界值，并将考察结果扩大应用到工程实际,验证现场考察结果的准确性。3.2敏感指标及临界值初步考察确定(1)指标的敏感性判断方案主要从以下两方面对比分析筛选指标的敏感性：指标值（或反映该指标的实验参数）大小是随着断层、煤厚、软分层厚度、瓦斯涌出量等因素的变化而出现明显变化，且预测有突出危险时指标值产生突变。指标值能够克服测试误差影响，一般认为每循环钻孔最大预测指标大部分小于该指标参考临界值的2 0%时其敏感性较差。(2)指标临界值确定预测敏感指标临界值主要根据预测过程中是否出现喷孔、夹钻等瓦斯动力现象进行确定。即预测过程中出现了喷孔、夹钻等瓦斯动力现象，则预测有突出危
14、险，否则预测无突出危险，并以发生瓦斯动力现象的指标值作为预测敏感指标临界值。3.3敏感指标及临界值扩大验证对初步确定的采掘工作面突出危险性预测敏感指标在更多的工作面进行考察验证，验证指标的可靠性并根据情况进行修正完善。4现场试验4.1试验地点及钻孔布置137.138.(1)试验地点首先在3#煤层2 13 0 1运输顺槽掘进工作面现场考察初步确定3#煤层突出预测敏感指标及临界值，然后在3#煤层2 2 3 0 1工作面工程扩大验证的方法，综合确定工作面预测指标及临界值。(2)预测钻孔布置方案煤巷掘进工作面每个预测循环布置3 个钻孔，回采工作面垂直煤壁每隔10 15m布置一个预测孔，煤巷和回采面的预
15、测钻孔深度均为8 10 m，但在地质构造附近适当加密预测钻孔，且要求预测钻孔布置在软分层中。其中煤巷中间的预测钻孔与掘进方向一致，两帮的预测钻孔终孔控制巷道轮廓线外大于或等于4m。(3)钻孔施工及指标测试所有预测钻孔直径为42mm，从钻孔深度2 m开始，每钻进1m测试一次S、q 指标值，每钻进2m测试一次K1指标值。预测人员测试过程中应观测工作面是否有突出预兆、支护情况，煤层结构（软分层厚度、破坏类型等），记录预测指标测试值及钻孔施工过程中的喷孔、顶钻等瓦斯动力现象。4.2试验结果543.532.520图121301运顺掘进面Smax指标变化0.50.40.30.20.10图221301运顺掘
16、进面K1max指标变化2.1181.51.20.60.30图3 2 13 0 1运顺掘进面qmax指标变化江西煤炭科技21301运输顺槽掘进工作面共考察了3 项指标，考察指标为钻屑量S值、钻屑瓦斯解吸指标K1值和钻孔瓦斯涌出初速度q值，每项考察指标均考察了17 1个循环，巷道累计掘进长度为415m，各参数考察结果如图1图3 所示。4.3试验结果分析由图1可知，2 13 0 1运输顺槽掘进工作面171个循环预测中钻屑量最大值Smx分布范围为1.54.9k g/m，主要集中在3 3.5kg/m之间，经计算占预测次数的6 0%。试验期间钻屑量S值均大于参考临界值的2 0%，指标值能够克服测定误差影响
17、。因此,钻屑量S具有敏感性。经现场考察期间发现2 13 0 1运输顺槽发生了3 次喷孔现象，喷孔时屑量最大值Smx分别为4.9kg、4.7 k g、4.6 kg。由图2 可知，2 13 0 1运输顺槽掘进工作面171个循环预测中,钻屑瓦斯解吸指标K1最大值为0.47 mL/（g m i n/2），其数值大小主要集中在0.30.4mL/（g mi n/2),经计算占预测总次数的53%。钻屑瓦斯解吸指标K1值考察期间均大于参考临界值的2 0%，指标值能够克服测定误差影响。因此，钻屑瓦斯解吸指标K1值具有敏感性，可作为突出预测敏感指标。经现场发现2 13 0 1运输顺槽发生了3 次喷孔现象，喷孔时钻
18、屑瓦斯解吸指标K1mx分别为0.46 mL/（g m i n l/2)、0.48 m L/(g minl/2)、0.47 m L/(g a m i n/2)。由图3 可知，2 13 0 1运顺掘进工作面17 1个循8016021301运顺累计掘进距离(m)7014021301运顺累计掘进距离(m)17014021301运顺累计掘进距离（m)2023年第3 期240320210280210280400350350480420420环预测中，钻孔瓦斯涌出初速度q值波动范围较小,其数值主要集中在11.5L/mim，占预测总次数的8 0%。大多数明显小于临界值，指标值不能够克服测定误差影响。因此，钻孔
19、瓦斯涌出初速度q值不具有敏感性，不宜作为突出危险预测敏感指标。综上分析得出：2 13 0 1运输顺槽掘进工作面钻屑量S值、钻屑瓦斯解吸指标K1值作为突出危险预测敏感指标，初步确定其临界值为4.6 kg、0.46mL/（g m i n l/2），钻孔瓦斯涌出初速度q值不宜作为突出危险预测敏感指标。5现场扩大验证5.1扩大验证结果扩大验证地点为3#煤层2 2 3 0 1回采工作面，共考察了3 项指标，考察指标为钻屑量S值、钻屑瓦斯解吸指标K1值和钻孔瓦斯涌出初速度值，每项指标均测试了144个循环，巷道累计掘进长度为40 3 m，考察结果如图4 图6 所示。2023年第3 期4.53.52.500.
20、50.40.30.20.10图522301回采面K1max指标变化3.530.5005.2扩大验证结果分析由图4可知，2 2 3 0 1工作面144个循环预测中，钻屑量最大值Smx分布范围为1.0 4.2kg/m，主要集中在3 3.5kg/m之间，经计算占预测次数的53%。扩大验证期间钻屑量S均大于参考临界值的2 0%，指标值能够克服测定误差影响，验证了钻屑量S具有敏感性。由图5可知，2 2 3 0 1工作面144个循环预测中，钻屑瓦斯解吸指标K1最大值为0.43 mL/(gmin1/2）,钻屑瓦斯解吸指标K，的预测值主要集中在0.2 0.3 mL/（g m i n l/2)之间,经计算占预测
21、总次数的51%。由此表明，钻屑瓦斯解吸指标K1值均大于参考临界值0.45mL/（g mi n l/2)的2 0%，验证了钻屑瓦斯解吸指标K值具有敏感性，且现场未发生瓦斯动力现象。由图6 可知，2 2 3 0 1工作面144个循环预测中,钻孔瓦斯涌出初速度q值测试值均较小,其数值主要集中11.5L/mim，占预测总次数的56%，大多数明显小于临界值，指标值不能够克服江西煤炭科技测定误差影响，验证了钻孔瓦斯涌出初速度q值不宜作为突出危险预测敏感指标。综上分析得出：2 13 0 1运输顺槽掘进工作面钻屑量S值、钻屑瓦斯解吸指标K1值可作为突出危险预测敏感指标，其临界值为4.6 kg、0.46 m L
22、/（g min/2），是合理可靠的；而钻孔瓦斯涌出初速度7014022301工作面累计回采距离（m）图422301回采Smax指标变化7014022301采面累计回采距离（m)7014022301工作面累计回采距离（m)图6 222301回采面qmax指标变化139.210280210280210280350350350420420420q值不具有敏感性，不作为采掘工作面突出危险性指标。6结论1)通过现场考察和工程扩大验证，2 13 0 1运输顺槽掘进工作面钻屑量S值、钻屑瓦斯解吸指标K1值可作为突出危险预测敏感指标,其临界值为4.5kg、0.45mL/（g mi n l/2），钻孔瓦斯涌出初
23、速度值不具有敏感性，这些指标是合理可靠的。2)采用现场考察和工程扩大验证的方法综合确定采掘工作面突出危险预测敏感指标及临界值对突出煤层采掘工作面突出危险性预测具有一定的借鉴意义。参考文献：1王恩元，张国锐，张超林,等.我国煤与瓦斯突出防治理论技术研究进展与展望.北京：煤炭学报，2 0 2 2,47(1):297-322.2预测煤层突出危险性要考虑时间因素J.抚顺：煤矿安全,2 0 10,41(3):54.3张逸龙，吴彦,方书昊，等.赤峪煤矿煤层突出危险性预测敏感指标的确定J.重庆：矿业安全与环保,2 0 2 2,49(3):84-87,93.4邸海青.工作面瓦斯治理措施及效果分析J.江西煤炭科
24、技,2 0 17(2):2 3-2 4,3 8.5张玉柱.工作面突出危险性预测敏感指标确定J.北京：中国矿业，2 0 2 1,3 0（5）：18 8-192.6任华荣.矿井煤与瓦斯突出地质因素分析及防治J.江西煤炭科技,2 0 15(4)：4-6.7程远平，周红星.煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展J.北京：煤炭科学技术，2 0 2 1,49（1)：146-154.作者简介：夏治华（197 9一），男，2 0 15年毕业于江西应用工程职业学院矿山安全技术与监察专业，大专学历，助理工程师，现工作于乐矿能源集团陕西有限公司，主要从事兴隆煤矿技术服务工作。收稿日期：2 0 2 2-0 9-0 5编辑：彭呈喜
