发耳煤矿煤与瓦斯突出预测指标敏感性探讨
煤与瓦斯突出危险敏感指标的确定
表明钻屑指标 ! 和 "%值在前岭煤矿有较高的敏感性。 有!,( ), . 的钻屑量超过0 12 3 "，%!( 04 ,, 次预测， 突出危险性等级 #$’) 有 )) 次， 占总数的 )* . ， 其中除两次放炮进 . 的钻屑瓦斯解吸指标 "% 超过 +( *。 尺试验外， 其余都采用了超前钻孔措施而未发生突出。两次 #$’) 突出验证结果见表 )。 当 #$’)时， 两次未采取防突措施放炮掘进， 发生了%次,* - 煤的突出， 预报准确率达到*+ . 。 用突出危险性等级 #$ 预报突出准确率统计见表 ’。
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淮南职业技术学院学报 QRSTA3U RV WS3XA3A DR436XRA3U Y 6Z4WAX43U 4RUUZ[Z
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煤与瓦斯突出危险敏感指标的确定
孔一凡， 陈玉成
K 皖北煤电集团公司生产技术部， 安徽 宿州 +"!##% L I摘 要J 介绍用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性方法以及在前岭煤矿预测试验结果，确定了 煤与瓦斯突出； 突出预测； 临界值 I 文献标识码 J N I 文章编号 J #$?# 1 !?"" K +%%" L %" 1 %%!" 1 %+
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煤巷掘进工作面突出危险性预测
"0 # 突出危险性预测方法 为了选用适合前岭煤矿的预测突出危险性的 《防治煤与瓦斯突出细则》 方法， 我们按照 ， 分别对 钻孔瓦斯涌出初速度法， # 值指标法及掘进钻屑 指标法三种方法进行了试验。试验结果表明， 掘进 （ $# ） （ %） 钻屑解吸指标 和钻屑量 较为敏感， 且用 367 突出预测仪进行预测操作简便，故选用掘进 钻屑指标法进行预测。 "0 + 突出危险性临界值的确定 前岭煤矿煤层软分层的最小坚固性系数 !/89 为 %0 #*。由经验公式 "/89 : +0 + ; !/89 计算出煤层 取 发生突出时的最小瓦斯压力 "/89 为 %0 !#. <=)。 粒度 # , " // 的煤样两份， 放入实验室吸附罐中， 用高压瓦斯反复清洗仪器死空间 + , " 次，煤样不 经脱气， 在略大于 %0 - <=) 的瓦斯压力下进行 +! > 吸附，待吸附平衡后，取出煤样用 367 仪测得 $# 值分别为 %0 ?-- ? 和 %0 ?$- $。 考虑安全系数， 在现 场使用时， 初步确定 $# 的突出临界值为 %0 ?。 （包括效检） #**" 年 " , . 月预测 .. 次的资料 表 明 ， 在 #?$ 个 预 测 钻 孔 中 ， 当 %/)@ ’ ?0 - 或 都有不同程度的喷孔夹钻现象。采 $#/)@’%0 ? 时， 用超前钻孔防突措施后， 经措施效果检验， % 和 $# 值都有明显地下降见附图。 实施证明选用 $# : %0 ? 作为临界值是适用的。 "0 " 突出危险性临界值的适用性分析 （包括效检 ） 通过 $ ?$* / 煤巷.. 次连续预测 ，
某矿煤与瓦斯突出预测指标敏感性研究
速度 ｇ 、 ｍ 钻屑量 指标 Ｓ 等 。 由于不 同矿井 的 瓦
煤与 瓦斯 突出是采 煤过 程 中发生 的严重 自然灾
害 ， 在煤 矿井下 发生 的一种 剧烈 的动力 现象 ， 与 是 煤
瓦斯 突 出发 生 时可在 极 短 的时 间 内 ， 由煤 体 内部 向
采场 、 巷道 等采 掘空 间喷 出大量 的煤和 瓦斯 ， 出物 突 会掩 埋井下 工作 人 员 ， 坏 设 施 ， 斯 可 使 人 员 窒 破 瓦
煤 与瓦斯 突 出预 测的敏 感性 ， 用 了灰 色关联 分析 法和 临界 值迫 近度 分析 法 ， 运 对这 三个指 标 的实测
数 据进行 了分析处 理 ， 比较 其 突 出危 险敏感性 的大 小 ， 到 突 出预 测敏 感指 标 ， 找 以提 高预 测预报 的
可靠性 。 关键 词 ： 煤与 瓦斯 突 出； 感性 ； 色关联 分析 法 ； 敏 灰 预测指 标
中图分 类号 ： Ｄ １ ． Ｔ ７２ ５ 文 献标识 码 ： Ａ 文 章编号 ：６ ４６ ８ （ ０ ０ ０ －０ ２０ １７ － ２ ２ １ ）２０ ８ －５ ０
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｓｅ ｓｂｉ ｔ ｍｐａ ｉｏ Ａｍｏ ｒ ｃ ｓ ｎ ｘ ｏ ａ ｎ Ｇａ ｓ ａ ｃ ｎ ｎ ｉ ｌ ｙ Ｃｏ ｉ ｒｓ ｎ ｎｇ Ｆｏ ｅ ａ ｔＩ ｄｅ ｆ Ｃｏ ｌａ ｄ ｓＯｕｔ ｒ ｔｉ ａ Ｍ ｉ ｅ ｂｕ ｓ ｎ ｎ
ｄ ｘ ｏ ｒ ｌ ｇｆ ｉ ｇ ｍｏ ｎ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ｓｎ ｒｙ ｒ ｌｔ ｇ ａ ａｙ ｉ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｃ ｏ ｅ ｅ ｓｄ ｇ ｅ ｅ ｆｄ ｌ ｎ ｌ ｓａ ｕ ｔ ｅ ａ ａｙ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ｇ ａ ｅ ａｉ ｎ ｌｓｓ ｔ ｏ ｎ ｌｓ ｎ ｓ ｅ ｒ ｅ ｔ ｉ ｉ ｉ ｎ ａ ｎ ｏ
瓦斯突出预测敏感指标的确定方法研究
ａ ｄｐｏ ａ ｉｔ ｈ ｏｅｉｓ Ｉ ｅｐｅｓｓｔｅａ ｓｒｃ ｒｂｅ ｖａｆ ｎ ｏｅｍ ｔｅ ａｉ ｘ ｒｓｉｎ ． ｈ ｒｃｉ ｎ ｒｂ ｂｌｙｔｅ ｒｔ ．ｔ ｘ ｒｓｅ ｈ ｂ ｔ ｔ ｏ ｌｍ ｉ ｒ ｄ ｓ ａｈ ｍ ｔ ｓｅｐｅｓｏ ｓ Ｔ ｅｐａ ｔ ｅ ｉ ｃ ａ ｐ ｏ ｃ ｃ ｉｄ ｃ ｔｓ ｔ ａ ｔｅ ｃ ｎ ｌｓｏ ｏ ｎ ｏ ｔｅ ｍｏ ｅ ｏ ｓｓ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎ ｉ ｅ ｔ ｈ ｏ ｃ ｉｎ ｃ ｍｉｇｆ ｍ ｄ ｌｉ ｃ ｎ ｉｔ ｔ ｏ ｔ ｒ ｈ。Ｔ ｅｍｏ ｅ ｆ ｒ ｒｆｒ ｎ ｅｖ ｌｅ ａ ｈ ｕ ｒ ｈ ｓ ｅ ｔ ｈ ｕ ｈ ｄ ｌ ｅ ｓｅ ｅ ｅ ｅ ａ ｏ ｕ ｆｒｔｅ ｏ ｔ ｕ ｓ ｃ ａ ｄ ｃｄ ｎ ｔ ｓ ｎ ｉ ｖ ｎ ｉｅ ． ｏ ｕ ｂ ｒｔ ｏ ｌ ｅ ｉｉ ｇ ｉ ｅ ｓｔ ｅ ｉｄ ｃ ｓ ｈ ｓ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｌｎ ｗ ｙ ｄｇ ｉ ｇ ｒｄ ｃｉｎ ｏ ｏ １ ｎ ａ ｕｂ ｒｔ ｅ ｓｔ ｅ ｉ ｄ ｘ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ａ ｉｇｎ ；ｐ ｅ ｉｔ ｆｃ ａ ｄ ｇ ｓｏ ｔ ｕ ｓ ；ｓ ｎ ｉ ｖ ｎ ｅ ａ ｏ ａ ｉ
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．
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（ ．０ ０ ５ ， ．５ １Ｏ ， 。 ０３ ） ４
（） ４ 根据公 式 Ａ （ ｉ ＝ｆ 一ｃ （ ＝１ ２３ 求各 子集 Ｋ） ｃ Ｉ ｉ ， ， ）
序列矩阵 ：
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工作面煤与瓦斯突出预测指标敏感性综合分析
深度，用仪器封孔器封孔后测定长度为1. 0 m的测 量室2 min内涌出的最大瓦斯流量，单位为L/min。
通过钻孔瓦斯涌出速度与排放时间关系的研究表
明，在排放初期钻孔瓦斯涌出速度快速增长，一般在
2 min内达到峰值，后逐渐衰减。对于特定孔径的 钻孔，根据非均质煤层瓦斯径向流动分析结果可以
得到钻孔瓦斯涌出初速度近似由式(8)表达[16)。
累计瓦斯解吸量，mL/g+为煤样暴露时间，min。
实验研究表明，钻屑瓦斯解吸指标31与瓦斯
压力存在关系见式％)。
= 31 APB
(2)
式中P为瓦斯压力，MPa；A、B为待定系数。
在谢桥矿2121(3)下顺槽掘进工作面取样进行
了吸附解吸实验，得到31值与煤样吸附平衡压力的
关系如图2所示。从图2中可以看出，131煤层31
2考察指标分析
2.1钻屑瓦斯解吸指标K1
钻屑瓦斯解吸指标K1的物理意义是指单位重
量自
暴露 气之中第1min内的瓦
斯解吸总量,该指标能综合
含量和卸
压初期
(2)。
尔公式中，K1
与煤样累计瓦斯解吸量的关系见式(1)。
Q = K1 槡
(1)
增刊1
杨 洋，等：工作面煤与瓦斯突出预测指标敏感性综合分析
327
式中：？为单位质量煤样自暴露时刻起至方时刻的
我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最严重的国 家，突出矿井分布广，事故发生次数多’据统计, 2008—2019年，全国煤矿共发生较大及以上煤与瓦
收稿日期：2021-03-03 责任编辑：刘硕 第一作者简介：杨洋(1986 — ),男，汉族，安徽肥东人，硕士，高级工 程师，主要研究方向为煤矿瓦斯防治，E-mail：yyangcumt@ 163. com。 引用格式：杨洋，周韬•工作面煤与瓦斯突出预测指标敏感性综合分 析中国矿业,2021,30(S1):325-331. doi：10. 12075/j. issn. 10044051 2021)S1 020
煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法
煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法工作面煤与瓦斯突出(以下简称突出)危险性预测和防突措施效果检验是突出矿井进行防突管理的两项关键工作。
目前我国大多数突出矿井，在进行突出危险性预测时所采用的预测指标及其临界值基本上都是按照《防治煤与瓦斯突出细则》所推荐的。
但是，针对不同的矿井或煤层，突出预测指标的敏感性及其临界值可能是不同的，甚至存在很大的差异。
矿井在使用中应通过现场试验，摸索和确定适合本矿煤层实际情况的突出预测指标及其临界值。
否则，可能因为指标不敏感或临界值不合适而造成预测结果的不准确，导致误判，结果发生突出事故或增加不必要的防突措施工程。
所以，确定矿井突出预测敏感指标及其临界值是防突工作中一项十分重要的内容。
1预测敏感指标的概念及确定方法突出预测敏感指标是指针对某一煤层进行突出危险性预测时，在目前技术水平条件下能够较为明显地区分突出危险和非突出危险的指标。
煤与瓦斯突出是一种复杂的瓦斯动力现象，是由地应力、瓦斯及煤的物理力学性质3种因素综合作用的结果。
理想的预测指标应是能够完全反映引发突出的3个因素，而实际上，目前常用的预测指标仅是间接和部分反映这3个突出预测因素。
对不同矿井、煤层或区域，突出的主导因索有所不同，3种因素在导致突出作用中的贡献比重有所不同。
所以，主要反映突出3因素中某1个因素或两方面因素的不同指标，其预测突出危险的敏感性会有所不同。
同时，预测指标还在一定程度上或多或少地受到现场测试条件、仪器性能、操作人员责任心等外部条件和人为因素的影响，使测定出的指标值影响因素复杂，从而影响指标的敏感性。
判断一种指标是否敏感，主要考虑两个方面的因素：一是指标值的大小是否随着突出危险性的大小明显变化；二是影响指标值大小的突出危险因素是否大于测定误差等外部条件和人为因素。
具体确定时可根据在有无突出危险时的指标值大小及其变化幅度，以及测试环境、手段、人员水甲等引起的测定误差大小等判断，如在突出危险区与非危险区、突出点附近与正常带、打钻时喷孔等动力现象(严重度与频度等)与正常时、措施前后等测值的变化情况，以及测值统计结果分布规律、指标与其他敏感指标的对比等进行判断。
煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标关系分析[1]
![煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标关系分析[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/859810015022aaea988f0f00.png)
煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标关系考察分析摘要：针对直接测定突出煤层瓦斯含量、压力，并结合工作面采掘过程中实测的突出危险性预测敏感性指标K1值、S A值以及防突打孔过程中的动力现象，考察分析煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标及打孔过程中动力现象之间的关系，综合判定煤层的突出危险。
关键词：瓦斯含量突出敏感指标对比考察前言松藻煤矿系煤与瓦斯突出矿井，可采和局部可采煤层有K3b、K1和K2b共3层，均具有突出危险性。
其中主采煤层K3b为严重突出危险煤层，K1突出危险性次之，K2b突出危险性最弱。
从建矿开采至今，全矿共发生煤与瓦斯突出45次，其中最大一次突出470吨煤炭，平均每次突出53.7吨。
随着矿井向深部水平延深，煤层瓦斯压力、瓦斯含量增大，突出危险性增加，瓦斯灾害的治理难度越来越大，给矿井的安全生产带来了严重威胁。
煤层瓦斯含量、压力是矿井瓦斯治理的基础参数，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一。
根据《防治煤与瓦斯突出规定》，防突工作坚持“区域防突措施先行、局部防突措施补充”的原则。
突出矿井采掘工作做到不掘突出头，不采突出面。
开采保护层或预抽煤层瓦斯区域防突措施后，采用实测煤层瓦斯压力或瓦斯含量对区域措施效果进行检验，若煤层残余瓦斯压力降到0.74MPa或残余瓦斯含量降到8.0m3/t以下，则区域措施效果检验达标。
因此，为了准确掌握矿井突出煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标的关系，结合矿井防治煤与瓦斯突出技术现状，对松藻煤矿突出煤层瓦斯含量、压力与突出敏感指标关系考察显得十分重要。
1.考察方法选取根据煤与瓦斯突出机理，煤与瓦斯突出是在地应力、瓦斯、煤的物理力学性质综合作用的结果。
瓦斯因素在煤与瓦斯突出中发挥着极其重要的作用，没有足够的瓦斯含量和瓦斯压力，就没有足够的瓦斯内能，突出就很难发生，即使发生突出，也以压出和倾出类型为主，因此突出后瓦斯涌出量较小，其危害性也相对较小。
目前松藻煤矿采用钻屑瓦斯解吸指标预测突出的方法主要是测定反映突出煤层瓦斯、地应力、煤的物理力学性质的危险性部分因素的指标，并根据其大小判断突出危险性，其中瓦斯含量是预测突出的重要指标之一。
煤与瓦斯突出预测指标敏感性考察方法研究
煤与瓦斯突出预测指标敏感性考察方法研究摘要：本文分析了引起十二矿煤与瓦斯动力现象的主要原因；提出了临界度的概念，并给出了定义及其计算公式，在此基础上，采用方差分析法分析了各预测指标的敏感性；同时采用“三率”分析法对各预测指标的敏感性进行分析，验证了基于临界度的方差分析法的可靠性；通过对预测指标敏感性分析，为敏感指标临界值的确定提供依据。
关键词：煤与瓦斯突出预测指标敏感性引言平煤股份十二矿（以下简称十二矿）为高瓦斯突出矿井。
目前矿井主采己15煤层为突出煤层，迄今为止，共发生煤与瓦斯动力现象27次，其中压出15次，突出6次，倾出4次，冲击地压2次。
随着矿井开采深度的增加，煤层瓦斯含量会逐渐增大，矿井瓦斯涌出量也将随之增大，发生煤与瓦斯突出的强度和频度会进一步加剧。
己15煤层瓦斯突出预测指标及临界值选取不合理，使得巷道掘进过程中预测指标超标严重，采掘接替紧张，严重影响了矿井经济效益的发挥。
因此，合理确定十二矿己15煤层的瓦斯突出预测敏感指标及其临界值具有重要意义。
1 预测敏感指标分析我国煤与瓦斯动力现象的类型主要有四类，即突出、压出、倾出和冲击地压[1]。
目前十二矿主要采用钻屑量S、钻孔瓦斯涌出初速度q、钻屑瓦斯解吸指标Δh2作为突出预测指标，同时参考《防治煤与瓦斯突出规定》中规定的预测指标，考察了煤层残存瓦斯含量W。
⑴S指标S的大小由与钻孔同径的煤柱形成的钻屑量S1、瓦斯能释放形成的钻屑量S2和地应力因素形成的钻屑量S3组成。
在同等条件下，S1为定值，S2、S3值则反映了掘进工作面前方煤体瓦斯潜能和地应力的大小[2]。
因此，可以认为S 沿孔深的变化规律与工作面前方煤体应力状态分布基本上是一致的。
⑵q指标q是由苏联马凯耶夫煤矿安全研究所提供的一个评价突出危险性的综合指标。
它比较全面地反映了煤体物理力学性质、透气性、煤层瓦斯压力（含量）和煤层应力状态的综合指标的变化。
⑶Δh2指标Δh2的物理含义为从钻孔揭开某一采样段起，煤样平衡压力卸除后第4～5min的时间段内煤样瓦斯解吸量，体现为U型水柱计的压差高度[3]。
煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法
煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY-煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法工作面煤与瓦斯突出(以下简称突出)危险性预测和防突措施效果检验是突出矿井进行防突管理的两项关键工作。
目前我国大多数突出矿井，在进行突出危险性预测时所采用的预测指标及其临界值基本上都是按照《防治煤与瓦斯突出细则》所推荐的。
但是，针对不同的矿井或煤层，突出预测指标的敏感性及其临界值可能是不同的，甚至存在很大的差异。
矿井在使用中应通过现场试验，摸索和确定适合本矿煤层实际情况的突出预测指标及其临界值。
否则，可能因为指标不敏感或临界值不合适而造成预测结果的不准确，导致误判，结果发生突出事故或增加不必要的防突措施工程。
所以，确定矿井突出预测敏感指标及其临界值是防突工作中一项十分重要的内容。
1预测敏感指标的概念及确定方法突出预测敏感指标是指针对某一煤层进行突出危险性预测时，在目前技术水平条件下能够较为明显地区分突出危险和非突出危险的指标。
煤与瓦斯突出是一种复杂的瓦斯动力现象，是由地应力、瓦斯及煤的物理力学性质3种因素综合作用的结果。
理想的预测指标应是能够完全反映引发突出的3个因素，而实际上，目前常用的预测指标仅是间接和部分反映这3个突出预测因素。
对不同矿井、煤层或区域，突出的主导因索有所不同，3种因素在导致突出作用中的贡献比重有所不同。
所以，主要反映突出3因素中某1个因素或两方面因素的不同指标，其预测突出危险的敏感性会有所不同。
同时，预测指标还在一定程度上或多或少地受到现场测试条件、仪器性能、操作人员责任心等外部条件和人为因素的影响，使测定出的指标值影响因素复杂，从而影响指标的敏感性。
判断一种指标是否敏感，主要考虑两个方面的因素：一是指标值的大小是否随着突出危险性的大小明显变化；二是影响指标值大小的突出危险因素是否大于测定误差等外部条件和人为因素。
浅析煤与瓦斯突出的预测及防治措施
浅析煤与瓦斯突出的预测及防治措施contents •引言•煤与瓦斯突出概述•煤与瓦斯突出的预测技术•煤与瓦斯突出的防治措施•案例分析•结论与展望目录CHAPTER引言煤炭是我国重要的能源支柱产业，但煤与瓦斯突出事故一直是煤炭行业的重大安全隐患。
随着开采深度的增加，煤与瓦斯突出的危险性也随之增加，因此，对煤与瓦斯突出的预测及防治措施进行研究具有重要意义。
研究背景与意义研究目的研究方法研究目的与方法CHAPTER煤与瓦斯突出概述煤与瓦斯突出的定义突然型煤与瓦斯突出在很短的时间内，甚至在瞬间突然发生大量煤炭和瓦斯抛出，来不及采取任何防护措施。
渐发型煤与瓦斯突出则表现为逐渐加剧的煤体鼓胀、顶板来压或听到爆炸声等征兆，可以及时采取措施进行防护。
根据发生的机理和特点，煤与瓦斯突出可分为突然型和渐发型两类。
CHAPTER煤与瓦斯突出的预测技术基于地质条件的预测技术030201相似材料模拟使用相似材料模拟煤层的物理性质，通过实验模拟突出的发生过程。
数值模拟利用计算机模拟技术，模拟煤层的应力场、应变场等，预测突出的可能性。
有限元分析神经网络模型CHAPTER煤与瓦斯突出的防治措施预防性措施加强矿井地质勘察强化瓦斯抽采实施四位一体防突措施紧急应对措施立即停产撤人在撤离前应迅速切断电源，防止突出事故扩大及设备损坏。
切断电源采取应急措施灾后处理措施CHAPTER案例分析事故原因经过调查，事故的主要原因是开采过程中缺乏有效的预测手段，无法及时发现和预防煤与瓦斯突出。
事故经过某矿区在开采过程中发生了煤与瓦斯突出事故，造成了严重的人员伤亡和财产损失。
经验教训在煤与瓦斯突出事故中，有效的预测手段是预防事故发生的关键。
案例一：某矿区煤与瓦斯突出事故案例二：某矿区煤与瓦斯突出预测及防治方案预测方法防治措施效果评估应急预案处置措施经验教训案例三：某矿区煤与瓦斯突出应急处置措施CHAPTER结论与展望研究结论瓦斯突出预测01瓦斯突出危险性评估02防治措施有效性03研究不足与展望防治措施需进一步完善智能化技术应用需加强预测方法精度需进一步提高WATCHING。
工作面突出预测敏感指标和临界值的确定探讨
是历史预测资料的统计。 对全矿所
恒 源 股
所有 验临界值初值 ． 通过现场试验 ， 考察各个 有掘进工作面的预测资料进行统计， 指标的敏感性． 确定出敏感指标及其临界 掘进面的测定资料统计结果也具有大致 值： 第二阶段为扩大应用阶段 ， 通过增加 相同的测值分布规律。在试验初期， 预测
面（ 使用其他指标预测） 与无突出危险＿ ［ 作面测定值之间无明显的区别。考虑到突 出的复杂性， 当前预测突出准确率 １ 达到 ＿ Ｉ ：
５％ ０ 就不错了（ １＝．，，２：。 即 １ ０ ｎ ＝ｎ） 预测不 ： ５ 突出准确率 １ 理应达到 １０ １ ０ ％，考虑到突
出的复杂性， 当前要求 ：５ ９％即可。 根据试验考察表明， 可以通过历史资
２试验结果及应 用验证 ．
主要预测指标临界初值确定后 。 选择
摘 要： 文分析 了揭 穿突 出煤 本
层 的 注浆 加 固原 理 ． 绍 介 了注 浆加 固的 材 料 、 工 施 方案 ． 比 分 析 了注 浆加 对 固揭 煤 与 其 它 揭 煤 方 式
多数的 Ｋ 指标值均大于 ０ ， ， ． 说明 Ｋ 值大 具有代表性的 ２ ６ ， 条巷道作为试验巷道 ， 进 于 ０ 时能在一定程度一反映煤层突出危 行约 ２ ． ６ １ － 个月的试验， 如未发生煤与瓦斯突 险状态的存在。所以，试验初值可选用 出现象， 确定为指标 的临界值 ： 如仍然发
一
妻塑 整． 墩 ． 鹤 技
验证结果进行必要的修正和最终确定。 １ ． 敏感指标试验初值的确定
下面以某矿二副井 ６ 煤为例， 在对矿 井突出规律分析的基础上， 统计了多年来
ＡＨＩＣ Ｎ Ｅ ＴＣＮ ＬＧ ｛ 。 ＮＵＳ Ｉ Ｃ ＆ ＥＨＯＯ Ｙ ｌ Ｅ
煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展
㊀第４９卷第１期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ １㊀㊀２０２１年１月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｊａｎ．２０２１㊀移动扫码阅读程远平，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］．煤炭科学技术，２０２１，４９（１）：１４６－１５４ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０１ ００９ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ，ＺＨＯＵＨｏｎｇｘｉｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｅｎｓｉｔｉｖｅｉｎｄｅｘａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｆｏｒｃｏａｌａｎｄｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（１）：１４６－１５４ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０１ ００９煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展程远平１，２，周红星１，２（１．中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，江苏徐州㊀２２１１１６；２．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州㊀２２１１１６）摘㊀要：煤与瓦斯突出预测是突出煤层２个 四位一体 综合防突措施的关键环节，对确定突出预测敏感指标及其临界值具有重要意义㊂以往突出预测敏感指标及临界值的确定，包括地应力指标和瓦斯指标，是通过现场反复测试㊁试验确定的；而现今的突出防治管理模式不支持这种方法，故只能采取实验室试验研究，主要是针对瓦斯相关指标的研究，结合部分现场验证来确定㊂选取大隆矿１２煤㊁芦岭矿８煤㊁祁南矿３煤㊁朱仙庄矿１０煤㊁童亭矿７煤和新景３煤等６个煤样，煤种涉及中等变质程度的气肥煤到高等变质程度的无烟煤，试验研究了各煤样瓦斯压力Ｐ与瓦斯含量Ｗ，瓦斯压力Ｐ与钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１和Δｈ２，以及钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１与Δｈ２之间的关系规律㊂结果表明：突出预测的瓦斯指标之间具有单值对应关系，但各煤样的这种对应关系是变化的，国家相关标准给出的突出预测指标建议临界值之间并不对应，也不能完全反映煤层的实际突出危险性与突出严重程度，不同变质程度煤层很难存在统一的临界值；应用煤层瓦斯相关指标之间的对应关系，结合突出煤层的实际，如始突深度㊁突出动力现象㊁钻孔动力现象等，可间接确定突出预测敏感指标的临界值㊂同时，未来精细化的突出防治对突出预测敏感指标有更高的要求，进一步研究的方向应包含反映地应力状况㊁小构造影响下煤层赋存㊁预测煤层潜在突出强度的指标，以及适应突出灾害差异性的新突出预测方法及措施效果检验方法㊂关键词：煤与瓦斯突出；突出预测；敏感指标；突出临界值中图分类号：ＴＤ７１３㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０１－０１４６－０９ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｓｅｎｓｉｔｉｖｅｉｎｄｅｘａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｆｏｒｃｏａｌａｎｄｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ１，２，ＺＨＯＵＨｏｎｇｘｉｎｇ１，２（１．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＣｏａｌＧａｓＣｏｎｔｒｏｌ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２０－１１－１７；责任编辑：王晓珍基金项目：国家自然科学基金面上基金资助项目（５１８７４２９４）作者简介：程远平（１９６２ ），男，吉林吉安人，教授，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｐｃ６２０９２４＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：周红星（１９７９ ），男，江苏徐州人，副教授，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｏｕ１２５１０＠１２６．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏａｌａｎｄｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｓｔｈｅｋｅｙｌｉｎｋｏｆｔｗｏ ｆｏｕｒ－ｉｎ－ｏｎｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｏｕｔｂｕｒｓｔｃｏａｌｓｅａｍ．Ｉｔｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｉｎｄｅｘａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｅｐａｓｔ，ｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｓｅｎｓｉｔｉｖｅｉｎｄｅｘｅｓａｎｄｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｉｎ－ｓｉｔｕｓｔｒｅｓｓｉｎｄｅｘａｎｄｇａｓｉｎｄｅｘ，ｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｒｅ⁃ｐｅａｔｅｄｆｉｅｌｄｔｅｓｔｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｄｏｅｓｎｏｔｓｕｐｐｏｒｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｓｏｌａｂｏｒａｔｏｒｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｃａｎｏｎｌｙｂｅｕｓｅｄｍａｉｎｌｙｆｏｒｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｇａｓ－ｒｅｌａｔｅｄｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｐａｒｔｏｆｔｈｅｆｉｅｌｄｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｏｄｅ⁃ｔｅｒｍｉｎｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｓｉｘｃｏａｌｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍＮｏ．１２ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＤａｌｏｎｇＭｉｎｅ，Ｎｏ．８ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＬｕｌｉｎｇＭｉｎｅ，Ｎｏ．３ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＱｉｎａｎＭｉｎｅ，Ｎｏ．１０ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＺｈｕｘｉａｎｚｈｕａｎｇＭｉｎｅ，Ｎｏ．７ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＴｏｎｇｔｉｎｇＭｉｎｅａｎｄＮｏ．３ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＸｉｎｊｉｎｇＭｉｎｅ．Ｔｈｅｃｏａｌｔｙｐｅｓｒａｎｇｅｆｒｏｍｍｅｄｉｕｍｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｇａｓａｎｄｆａｔｃｏａｌｔｏｈｉｇｈｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍ．Ｆｏｒａｎｔｈｒａｃｉｔｅｃｏａｌ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅＰａｎｄｇａｓｃｏｎｔｅｎｔＷ，ｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅＰａｎｄｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｄｅｘＫ１ａｎｄΔｈ２，ａｓｗｅｌｌａｓｄｒｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｓｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｄｅｘＫ１ａｎｄΔｈ２ａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｔｈｅｒｅｉｓａｓｉｎｇｌｅｖａｌｕｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇａｓｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｆｏｒｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，ｂｕｔ６４１程远平等：煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展２０２１年第１期ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｅａｃｈｃｏａｌｓａｍｐｌｅｉｓｃｈａｎｇｉｎｇ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓｇｉｖｅｎｂｙｒｅｌｅｖａｎｔｎａｔｉｏｎａｌｓｔａｎｄａｒｄｓｄｏｎｏｔｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｔｏｅａｃｈｏｔｈｅｒ，ｎｏｒｃａｎｔｈｅｙｆｕｌｌｙｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅａｃｔｕａｌｏｕｔｂｕｒｓｔｒｉｓｋａｎｄｏｕｔｂｕｒｓｔｓｅｖｅｒｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍｓ．Ｉｔｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｈａｖｅａｕｎｉｆｉｅｄｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｆｏｒｃｏａｌｓｅａｍｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｃｄｅｇｒｅｅｓ．Ｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｉｎｄｅｘｏｆｏｕｔ⁃ｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｃａｎｂｅｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｇａｓｒｅｌａｔｅｄｉｎｄｅｘｅｓｏｆｃｏａｌｓａｍｐｌｅａｎｄｔｈｅｒｅａｌ⁃ｉｔｙｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｃｏａｌｓｅａｍ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｏｕｔｂｕｒｓｔｄｅｐｔｈ，ｏｕｔｂｕｒｓｔｄｙｎａｍｉｃｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎａｎｄｄｒｉｌｌｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ．Ａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｆｕｔｕｒｅｒｅｆｉｎｅｄｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｗｉｌｌｈａｖｅｈｉｇｈｅｒｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｉｎｃｌｕｄｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｔｈａｔｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｇｒｏｕｎｄｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｕｓ，ｃｏａｌｓｅａｍｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｕｎｄｅｒｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｍａｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｓｅａｍｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｕｔｂｕｒｓｔｓｔｒｅｎｇｔｈ，ａｎｄｎｅｗｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｍｅａｓｕｒｅｓａｄａｐｔｅｄｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒ⁃ｅｎｃｅｓｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｄｉｓａｓｔｅｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏａｌａｎｄｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔ；ｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｉｎｄｅｘ；ｏｕｔｂｕｒｓｔｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅ０㊀引㊀㊀言突出危险性预测指标及其临界值是评价开采煤层突出危险性的依据，也是选择和采取防突措施的依据，更是评价防突工作效果和安全生产的依据㊂屠锡根等［１］对工作面突出危险性敏感指标及其临界值的定义：应该是能最准确预测突出危险性，并最经济地采取防突措施的预测指标及界限值㊂国内外学者对敏感指标及其临界值的确定方法进行了深入细致的研究㊂苏联主要采用现场统计分析㊁工程数学和可靠性评价指标来研究确定突出预测敏感指标及其临界值㊂我国 七五 ㊁ 八五 期间进行了广泛的突出预测指标敏感性及其临界值研究㊂ 七五 期间煤炭科学研究总院抚顺分院应用 三率法 来确定突出预测的敏感指标及其临界值，其中， 三率 为预测突出准确率㊁预测不突出准确率和预测突出率㊂ 八五 期间煤炭科学研究总院重庆分院提出了预测指标适用条件 初步确定临界值 现场验证的理论体系，并在现场进行了推广应用㊂近年来，国内许多学者应用多种方法来综合分析突出预测指标的敏感性和临界值：孙东玲等［２］运用数理统计提出 喷孔率 来反映煤层突出危险严重程度㊁选择敏感指标，并通过指标的离散情况确定敏感指标的临界值；罗勇［３］采用模糊聚类数学分析方法，得出了不同突出预测指标的敏感性模型；李成武等［４］基于模式识别技术，建立了模糊综合预测数学模型，并确定了２种突出危险状态之间的临界值；田坤云等［５］根据模糊数学与概率论相结合，提出了确定预测敏感指标的数学模型；王世超等［６］基于模糊数学与多元统计分析理论，建立突出预测指标敏感度函数数学模型，通过定量与定性对比分析确定突出预测敏感指标；齐庆杰等［７］建立了基于 三率 的 效益㊁成本型 属性和 区间型 属性的煤与瓦斯突出预测敏感指标筛选模型，建立预测与决策样本矩阵，采用成分提取确定决策矩阵中各评价指标的权重，进而作出各预测指标的排序；史广山［８］利用离散性分析和主成分分析相结合的数学方法，对预测指标的敏感性进行了区分；陈建忠［９］基于方差分析和隶属函数的模糊统计分析法，确定了预测指标的敏感性和临界值；张向阳［１０］基于瓦斯膨胀能理论，建立了突出预测敏感指标临界值确定体系；刘永杰等［１１］利用灰色理论对突出预测指标的敏感性进行分析，并运用灰色关联优化了突出煤层预测的敏感性指标；舒龙勇等［１２］引入相对误差和迫近度等分析方法来确定局部预测敏感指标及其临界值；张书金等［１３］利用 三率法 和指标与突出危险性相关性分析法，对贵州突出矿区预测指标的敏感性进行了研究㊂上述研究成果主要集中于局部预测指标的研究，对区域性指标的临界值涉及较少，局部预测指标的临界值也过度依赖已有的区域预测指标，如瓦斯压力０．７４ＭＰａ㊂研究成果丰富了突出预测指标敏感性和临界值理论，但多属于科学研究㊁试验范畴，距离规模化应用仍有很长距离㊂为规范和指导煤与瓦斯突出防治行为，我国先后颁布了４个版本的‘防治煤与瓦斯突出细则“（以下简称‘防突细则“），分别为‘防突细则“（１９８８）㊁‘防突细则“（１９９５）㊁‘防突规定“（２００９）和‘防突细则“（２０１９），每个版本都给出了详尽的突出危险性预测指标及临界值㊂但由于我国煤层赋存㊁瓦斯赋存㊁地质构造赋存等条件的复杂性，这些指标在应用中存在以下问题：①临界瓦斯压力和瓦斯含量究竟以哪个为标准；②突出预测指标的建议临界值是否能反映突出危险性；③怎样来确定突出预测敏感指标和临界值㊂笔者综述了煤与瓦斯突出技术发展历程，分析了突出预测各指标及其临界值的变化，明确了目前确定突出预测指标敏感性及其临界值的思路；选择大隆矿１２煤㊁芦岭矿８煤㊁祁南矿３煤㊁朱仙庄矿１０煤㊁童亭矿７煤和新景矿３煤等６个煤样，研究了突出预测指标中瓦斯相关指标的单值对应关系及存在７４１２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷的问题；最后，结合近年来煤与瓦斯突出的实际，提出了突出预测指标的发展方向㊂１㊀我国煤与瓦斯突出技术发展及危险性预测指标１．１㊀我国煤与瓦斯突出技术发展为有效防治煤与瓦斯突出，我国先后开展了大量的理论研究㊁实验室试验和现场科技攻关工作，目前已建立起煤与瓦斯突出危险性评价方法㊁防治技术㊁装备和严格的标准体系㊂我国煤与瓦斯突出防治先后经历了以下５个阶段㊂１）２０世纪５０ ８０年代，了解和掌握煤与瓦斯突出规律，引进㊁消化㊁吸收和发展煤与瓦斯突出防治技术，研究煤与瓦斯突出预测指标和临界值［１４］㊂２）２０世纪８０年代 ２１世纪初，局部防突技术为主㊁区域防突技术为辅阶段，先后发布了１９８８年版和１９９５年版的‘防治煤与瓦斯突出细则“［１５－１６］㊂３）２０世纪初至２００８年，区域防突技术和局部防突技术并重阶段，提出了 先抽后采，监测监控，以风定产 的十二字工作方针，构建 通风可靠㊁抽采达标㊁监控有效㊁管理到位 的煤矿瓦斯治理工作体系，发布了以‘煤矿瓦斯抽采基本指标“为代表的一系列瓦斯防治技术标准［１７］㊂该阶段是一些企业为适应机械化生产需求和防突工作现状，采取的企业内部严格要求㊂４）２００８ ２０１９年，区域防突技术为主㊁局部防突措施补充阶段，发布了２００９年版‘防治煤与瓦斯突出规定“［１８］㊂５）２０１９年至今，在全面贯彻执行 区域防突技术为主㊁局部防突措施补充 的两级 四位一体 综合防突措施的基础上，进入了瓦斯治理安全经济一体化阶段，发布了２０１９年版‘防治煤与瓦斯突出细则“［１９］㊂１．２㊀我国煤与瓦斯突出预测指标及其临界值我国煤与瓦斯突出危险性预测指标包括３个部分，第１部分为煤层突出危险性鉴定指标，第２部分是区域性突出危险性预测指标，第３部分是局部突出危险性预测指标㊂表１ 表３为‘防突细则“不同版本中我国煤与瓦斯突出危险性预测指标及临界值的发展变化过程［１５－１６，１８－１９］㊂由表１及表２可知，煤层突出危险性鉴定指标，‘防突细则“从１９８８年版到２０１９年版均没有变化，即采用煤的破坏类型㊁瓦斯放散初速度㊁煤的坚固性系数和瓦斯压力４项指标；除１９８８年版瓦斯压力临界值为０．６ＭＰａ外，后面各版本的瓦斯压力均为０．７４ＭＰａ，其他指标临界值均未变化㊂表１㊀煤层突出危险性鉴定指标及其临界值Ｔａｂｌｅ１㊀Ａｐｐｒａｉｓａｌｉｎｄｅｘｅｓａｎｄｉｔｓｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｃｏａｌｓｅａｍ‘防突细则“版本１９８８版１９９５版２００９版２０１９版煤的破坏类型Ⅲ㊁Ⅳ㊁ⅤⅢ㊁Ⅳ㊁ⅤⅢ㊁Ⅳ㊁ⅤⅢ㊁Ⅳ㊁Ⅴ瓦斯放散初速度ΔＰȡ１０ȡ１０ȡ１０ȡ１０煤的坚固性系数ｆɤ０．５ɤ０．５ɤ０．５ɤ０．５瓦斯压力Ｐ／ＭＰａȡ０．６ȡ０．７４ȡ０．７４ȡ０．７４表２㊀煤层突出危险性区域预测指标及其临界值Ｔａｂｌｅ２㊀Ｒｅｇｉｏｎａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓａｎｄｉｔｓｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｃｏａｌｓｅａｍ‘防突细则“版本１９８８版１９９５版２００９版２０１９版煤层突出危险性综合指标Ｄȡ０．２５ȡ０．２５煤层突出危险性综合指标Ｋȡ１５无烟煤ȡ２０ 瓦斯压力Ｐ／ＭＰａ ȡ０．７４ȡ０．７４瓦斯含量Ｗ／（ｍ３㊃ｔ－１） ȡ８ȡ８（构造带ȡ６）㊀㊀区域性突出危险性预测指标，１９８８年版㊁１９９５年版‘防突细则“采用综合指标Ｄ和Ｋ值，而２００９年版‘防突规定“和２０１９年版‘防突细则“采用瓦斯压力和瓦斯含量指标，并在２０１９年版中增加了构造区域瓦斯含量指标，其临界值为６．０ｍ３／ｔ㊂区域性突出危险性预测指标的变化，也反映了我国煤与瓦斯突出防治由局部防突技术为主㊁区域防突技术为辅阶段，向区域防突技术为主㊁局部防突技术补充阶段的全面转化㊂局部突出危险性预测指标，‘防突细则“从１９８８年版到２０１９年版均没有变化，指标临界值变化也很小：仅１９８８年版和１９９５年版钻孔瓦斯涌出初速度ｑ按煤的挥发分给出临界值，１９８８年版钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１值按煤的坚固性系数ｆ值给出临界值，见表３㊂突出区域不同㊁构造程度不同㊁突出煤种的多样性㊁地应力增加㊁瓦斯压力增大㊁渗透性的降低等，原来从有限矿区试验获得的煤与瓦斯突出危险性指标及其临界值是否具有普适性，需要进一步研究㊂８４１程远平等：煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展２０２１年第１期表３㊀煤层突出危险性局部预测指标及其临界值Ｔａｂｌｅ３㊀Ｌｏｃａｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓａｎｄｉｔｓｃｒｉｔｉｃａｌｖａｌｕｅｓｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｃｏａｌｓｅａｍｓ‘防突细则“版本１９８８版１９９５版２００９版２０１９版最大钻屑量Ｓｍａｘȡ６ｋｇ／ｍ或ȡ５．４Ｌ／ｍȡ６ｋｇ／ｍ或ȡ５．４Ｌ／ｍȡ６ｋｇ／ｍ或ȡ５．４Ｌ／ｍȡ６ｋｇ／ｍ或ȡ５．４Ｌ／ｍ钻屑瓦斯解吸指标Δｈ２ȡ２０ｍｍ（Ｈ２Ｏ）ȡ２００Ｐａ（干煤）ȡ２００Ｐａ（干煤）ȡ２００Ｐａ（干煤）ȡ１６０Ｐａ（湿煤）ȡ１６０Ｐａ（湿煤）ȡ１６０Ｐａ（湿煤）钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１ȡ０．８（ｆȡ０．３５）ȡ０．５（干煤）ȡ０．５（干煤）ȡ０．５（干煤）ȡ０．６（ｆ＜０．３５）ȡ０．４（湿煤）ȡ０．４（湿煤）ȡ０．４（湿煤）钻孔瓦斯涌出初速度ｑ／（Ｌ㊃ｍｉｎ－１）按挥发分分类∗按挥发分分类∗ȡ５ȡ５钻屑瓦斯解吸指标Ｃȡ２．３㊀㊀注：∗钻孔瓦斯涌出初速度临界值：当Ｖｄａｆ＝５％ １５％时，临界值为５．０Ｌ／ｍｉｎ；当Ｖｄａｆ＝１５％ ２０％时，临界值为４．５Ｌ／ｍｉｎ；当Ｖｄａｆ＝２０％ ３０％时，临界值为４．０Ｌ／ｍｉｎ；当Ｖｄａｆ＞３０％时，临界值为４．５Ｌ／ｍｉｎ㊂１９８８㊁１９９５和２００９版石门揭煤工作面可采用综合指标（Ｄ㊁Ｋ）进行工作面突出危险性预测㊂２㊀突出危险性预测指标临界值确定方法２．１㊀突出预测指标测定方法预测煤层的突出危险性指标，除了钻屑量指标Ｓ外，都有明确的技术标准支撑㊂钻屑量指标Ｓ虽没有测定标准，但‘防突细则“有明确的测定要求，见表４㊂表４㊀突出指标测定标准汇总Ｔａｂｌｅ４㊀Ｓｕｍｍａｒｙｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃｒｉｔｅｒｉａｆｏｒｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｏｒｓ预测指标适用标准瓦斯压力Ｐ‘煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法“（ＡＱ１０４７ ２００７）［２０］瓦斯含量Ｗ‘煤层瓦斯含量井下直接测定方法“（ＧＢ／Ｔ２３２５０ ２００９）［２１］‘煤的高压等温吸附试验方法“（ＧＢ／Ｔ１９５６０ ２００８）［２２］‘煤的甲烷吸附量测定方法（高压容量法）“（ＭＴ／Ｔ７５２ １９９７）［２３］煤的坚固性系数ｆ‘煤的坚固性系数测定方法“（ＧＢ／Ｔ２３５６１．１２ ２０１０）［２４］瓦斯放散初速度ΔＰ‘煤的瓦斯放散初速度指标（ΔＰ）测定方法“（ＡＱ１０８０ ２００９）［２５］钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１‘钻屑瓦斯解吸指标测定方法“（ＡＱ／Ｔ１０６５ ２００８）［２６］钻屑瓦斯解吸指标Δｈ２‘钻屑瓦斯解吸指标测定方法“（ＡＱ／Ｔ１０６５ ２００８）［２６］钻屑量指标Ｓ无，但‘防突细则“［１９］㊁‘煤矿安全规程“［２７］有测定方法钻孔瓦斯涌出初速度ｑ‘钻孔瓦斯涌出初速度的测定方法“（ＭＴ／Ｔ６３９ １９９６）［２８］㊀㊀‘防突细则“２０１９版第八十五条规定，突出矿井应当针对各煤层的特点和条件，试验确定工作面预测的敏感指标和临界值，并作为判定工作面突出危险性的主要依据㊂可见，预测突出危险的各项指标都有明确的标准或方法支撑，但这些指标对突出的敏感性及其临界值指标，其敏感性及临界值是以实际发生的突出动力现象为依据［２９］，如图１所示㊂原局部预测指标的敏感性及临界值确定流程，在煤巷掘进日常预测过程中，依据预测指标的变化与实际突出或动力现象的发生情况，综合分析判断指标的敏感性，即突出预测指标在突出危险工作面和无突出危险工作面的测值无相同值或相同值较少则属于敏感指标，如各测定值之间无明显区别的指标则属于不敏感指标㊂缺乏具体的确定标准或方法，具有煤与瓦斯突出鉴定资质的机构也只能摸索着开展相关的研究㊂２．２㊀原局部突出预测指标敏感性及其临界值测定方法㊀㊀原突出预测指标，包含区域预测指标和局部预测㊂原突出预测指标的临界值基本思路是以‘防突细则“规定的突出临界值为基准，在现场进行试验：如果在规定的突出临界值以下发生了突出或动力现象，则降低指标值进行试验；如果又发生了突出或动力现象，则再次降低指标值进行试验；如此循环，直至不发生突出或动力现象为止㊂相反，如果在规定的突出临界值未发生突出或动力现象，则提高指标值进行试验；如果还未发生突出或动力现象，则再次提高指标值进行试验；如此循环，直至发生突出或动力现象为止㊂可见，原突出敏感指标及其临界值的研究是与突出发生与否直接相关的，主要依据试验过程中实际发生的突出及动力现象，考虑一定的安全系数，综合判断㊂９４１２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷图１㊀原突出预测敏感指标临界值确定方法［２９］Ｆｉｇ．１㊀Ｆｏｒｍｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ［２９］３㊀突出危险性预测指标之间的关系及测定存在的问题３．１㊀地应力相关指标的关系煤与瓦斯突出与地应力㊁瓦斯和煤的力学性质密切相关㊂区域预测指标主要为反映瓦斯赋存的瓦斯压力Ｐ和瓦斯含量Ｗ，坚固性系数ｆ能一定程度上反映煤的性质，总体上缺乏与地应力相对应的区域指标㊂局部预测指标一般为钻屑量Ｓ㊁钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１和Δｈ２㊁钻孔瓦斯涌出初速度ｑ和复合指标Ｒ值指标㊂这些突出预测指标中，钻屑量Ｓ主要反映地应力因素，钻孔瓦斯涌出初速度ｑ反映地应力和瓦斯赋存因素，复合指标Ｒ通过钻屑量Ｓ和钻孔瓦斯涌出初速度ｑ计算获得，也反映地应力和瓦斯赋存因素㊂目前，由于还没有完全掌握煤与瓦斯突出机理，实验室条件下重建原位突出煤层㊁模拟突出过程也存在诸多不利因素㊂对于钻屑量Ｓ，在世界各地突出煤层开采实践中，未出现实测钻屑量低于‘防突细则“建议的临界值６ｋｇ／ｍ而发生突出的案例，可认为临界值６ｋｇ／ｍ安全而合理；同时，唯一反映地应力状况指标，钻屑量Ｓ不可替代，各煤炭企业可直接采用钻屑量Ｓ及其建议临界值６ｋｇ／ｍ作为突出预测敏感指标之一㊂对于钻孔瓦斯涌出初速度ｑ和复合指标Ｒ，目前的突出煤层通常采用区域防突措施并经区域效果检验有效后才进行局部预测，区域防突措施造成煤层地应力降低和煤层渗透率增大，钻孔瓦斯涌出初速度ｑ存在失真的可能㊂因此，钻孔瓦斯涌出初速度ｑ和复合指标Ｒ作为突出预测指标，需要区分不同的区域瓦斯治理工程条件㊂可见，与地应力相关的突出预测指标临界值的确定非常困难㊂区域预测指标瓦斯压力Ｐ和瓦斯含量Ｗ反映煤层的瓦斯赋存状态；钻屑瓦斯解吸指标主要反映煤的瓦斯解吸性能，也侧面反映煤层的瓦斯赋存状态㊂瓦斯是沟通区域指标（Ｐ㊁Ｗ）和局部指标中的瓦斯相关指标（Ｋ１㊁Δｈ２）的关键因素，这些指标均可以在实验室直接测定或模拟获得，目前可以通过瓦斯相关指标间的对应关系间接确定突出敏感指标及其临界值㊂３．２㊀瓦斯相关指标的关系３．２．１㊀区域预测指标之间的关系突出预测指标中的瓦斯指标之间的关系如图２所示㊂图中，Ｑ１为煤样解吸试验中给定瓦斯压力下第１ｍｉｎ的瓦斯解吸量，Ｑᶄ１为给定压力下模拟Ｋ１值反算的瓦斯解吸量，Ｑ４ ５为煤样解吸试验中给定瓦斯压力下第４ ５ｍｉｎ的瓦斯解吸量，Ｑᶄ４ ５为给定压力下模拟Δｈ２值反算的瓦斯解吸量㊂区域预测指标瓦斯压力Ｐ与瓦斯含量Ｗ的关系基础是Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程，游离瓦斯与吸附瓦斯之和为瓦斯含量，进而得出特定煤层瓦斯压力与瓦斯含量的关系㊂‘防突细则“（２０１９版）给出的瓦斯压力Ｐ建议临界值０．７４ＭＰａ㊁瓦斯含量Ｗ的建议临界值０５１程远平等：煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展２０２１年第１期图２㊀突出预测瓦斯指标间的关系Ｆｉｇ．２㊀Ｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｇａｓｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ８ｍ３／ｔ（构造带６ｍ３／ｔ），但不同区域㊁不同变质程度的煤，其瓦斯压力与瓦斯含量之间的关系是变化的，瓦斯压力０．７４ＭＰａ与瓦斯含量８ｍ３／ｔ（构造带６ｍ３／ｔ）并不一定对应起来㊂不同矿区㊁不同变质程度煤层瓦斯压力与瓦斯含量的对应关系如图３所示，对应煤层的工业分析和吸附常数见表５㊂图３㊀不同变质程度煤的瓦斯压力与瓦斯含量的关系Ｆｉｇ．３㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｇａｓｃｏｎｔｅｎｔｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏａｌｒａｎｋｓ由图３及表５可知，大隆煤矿１２煤为长焰煤，变质程度低㊁水分高，瓦斯压力０．７４ＭＰａ时对应的瓦斯含量仅为３．６ｍ３／ｔ，小于瓦斯含量建议临界值；新景矿３煤为无烟煤，变质程度高㊁吸附能力强，瓦斯压力为０．７４ＭＰａ时对应的瓦斯含量高达１０．７ｍ３／ｔ，大于瓦斯含量建议临界值；而淮北矿区中等变质程度的突出煤，如芦岭矿８煤㊁祁南矿３煤和朱仙庄１０煤，瓦斯压力０．７４ＭＰａ时对应的瓦斯含量为５．２ ７．０ｍ３／ｔ，与瓦斯含量建议临界值较为接近㊂同时，瓦斯压力Ｐ建议临界值与瓦斯含量Ｗ的建议临界值与突出发生与否也没有直接关系㊂区域预测指标的建议临界值是基于２０世纪７０㊁８０年代的突出始突深度对应的瓦斯压力㊁瓦斯含量统计规律获得的，‘防突细则“（２０１９年版）增加了地质构造带瓦斯含量６ｍ３／ｔ这一指标㊂目前，煤层赋存㊁地质构造等开采条件发生了变化，这些建议临界值与现今的煤层突出与否无直接关系，也和突出危险程度关系不大㊂如淮北矿区的芦岭矿８煤和祁南矿３煤，瓦斯压力０．７４ＭＰａ对应的瓦斯含量分别为７．０ｍ３／ｔ和６．３ｍ３／ｔ，差别不大；但２个煤层的突出灾害严重程度差别非常大，芦岭矿８煤属于强突出危险煤层，曾发生过万吨级的突出，而祁南矿３煤突出危险性相对要弱㊂３．２．２㊀区域预测指标与钻屑瓦斯解吸指标的关系瓦斯压力Ｐ与钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１㊁Δｈ２的关系可通过相似模拟测试获得，即工作面采集构造煤煤样，在实验室模拟煤样在不同吸附压力下的Ｋ１㊁Δｈ２值，进而获得钻屑瓦斯解吸指标与瓦斯压力关系㊂钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１和Δｈ２反映的是煤自身的特征，是客观的，同一煤样的瓦斯压力Ｐ与钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１和Δｈ２是单值对应关系㊂‘防突细则“给出的钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１建议临界值０．５ｍＬ／（ｇ㊃ｍｉｎ０．５）㊁Δｈ２建议临界值２００Ｐａ㊂不同煤的瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１的关系如图４所示㊂由图４可知，淮北矿区芦岭㊁祁南㊁朱仙庄和童亭煤矿的４个突出煤层，瓦斯压力为０．７４ＭＰａ时Ｋ１值为０．１６ ０．２６ｍＬ／（ｇ㊃ｍｉｎ０．５），平均０．２ｍＬ／（ｇ㊃ｍｉｎ０．５）；大宁矿３煤层，瓦斯压力为０．７４ＭＰａ时Ｋ１值为０．５３ｍＬ／（ｇ㊃ｍｉｎ０．５），与建议临界值相当；新景矿３煤层，瓦斯压力为０．７４ＭＰａ时Ｋ１值达０．８ｍＬ／（ｇ㊃ｍｉｎ０．５），远大于建议临界值㊂不同煤的瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指标Δｈ２的关系如图５所示㊂由图５可知，淮北矿区芦岭㊁祁南㊁朱仙庄和童亭煤矿的４个突出煤层，瓦斯压力为０．７４ＭＰａ时对应的Δｈ２为１７０ ２１０Ｐａ，平均１９０Ｐａ，与建议临界值相差不大；大宁矿３煤层，瓦斯压力为０．７４ＭＰａ时对应的Δｈ２为４１０Ｐａ，是建议临界１５１２０２１年第１期煤炭科学技术第４９卷值的２倍以上；新景矿３煤层，瓦斯压力为０．７４ＭＰａ时对应的Δｈ２值达３７５Ｐａ，也远大于建议临界值㊂图４㊀不同煤种瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１的关系Ｆｉｇ．４㊀ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｄｅｘＫ１ｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏａｌｒａｎｋｓ图５㊀不同煤种瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指标Δｈ２的关系Ｆｉｇ．５㊀ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｄｅｘΔｈ２ｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏａｌｒａｎｋｓ同理，瓦斯含量为８ｍ３／ｔ时对应的Ｋ１㊁Δｈ２也有较大的变化㊂不同区域㊁不同煤种的煤，其瓦斯压力Ｐ（或瓦斯含量）与钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１㊁Δｈ２的关系是变化的，但中等变质程度的煤在瓦斯压力０．７４ＭＰａ对应的Δｈ２值与建议临界值相差不大，显示出较好的适应性㊂瓦斯压力Ｐ与钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１㊁Δｈ２之间还可以通过瓦斯解吸试验联系起来，如图２所示㊂通过实验室吸附解吸试验可得到煤样在不同瓦斯压力下的瓦斯解吸特征曲线，进而可得到第１ｍｉｎ的解吸量Ｑ１㊁第４ ５ｍｉｎ的解吸量Ｑ４ ５㊂同时，通过实验室模拟测试可得到不同瓦斯压力下的Ｋ１㊁Δｈ２值，进而可反算出煤样第１ｍｉｎ的解吸量Ｑᶄ１和第４ ５ｍｉｎ的瓦斯解吸量Ｑᶄ４ ５㊂瓦斯解吸试验获得的Ｑ１和Ｑ４ ５为煤样实际的瓦斯解吸量，反映煤自身的瓦斯解吸性能，可认为是准确的；通过模拟试验结果反算得到的Ｑᶄ１和Ｑᶄ４ ５是通过测量仪器测定的，测量仪器由于其设计原理㊁操作过程等原因，测定结果会有误差㊂因此，以实测的Ｑ１和Ｑ４ ５为基准，分别计算㊁对比Ｑᶄ１和Ｑᶄ４ ５的误差大小，用以判断Ｋ１和Δｈ２的敏感性 误差小则表明其与实际瓦斯解吸接近，敏感性好；误差大则表明其与实际瓦斯解吸差距大，敏感性差㊂３．２．３㊀钻屑瓦斯解吸指标之间的关系不同试验煤样钻屑瓦斯解吸指标测定结果之间的关系如图６所示㊂图６㊀不同煤种钻屑瓦斯解吸指标之间的关系Ｆｉｇ．６㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｄｅｘｅｓｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏａｌｒａｎｋｓ由图６可知，所有煤样的Ｋ１值为０．５ｍＬ／（ｇ㊃ｍｉｎ０．５）时，对应的Δｈ２值均大于其建议临界值２００Ｐａ，芦岭８煤对应的Δｈ２值甚至达４６０Ｐａ㊂可见，不同区域㊁不同煤种的煤，钻屑瓦斯解吸指标Ｋ１值与Δｈ２的关系也是变化的，‘防突细则“给出的两者建议临界值并不对应㊂‘防突细则“的建议临界值起源于２０世纪８０年代的湖南㊁重庆㊁辽宁等地区，目前的突出危险煤层遍布全国主要采煤矿区，突出煤层的赋存条件发生了很大变化，临界值之间的关系也相应发生了变化㊂与区域预测指标的建议临界值一样，这些钻屑解吸指标的建议临界值也不能完全反映当前突出煤层的突出危险性㊂３．３㊀突出预测指标敏感性及其临界值测定中存在的问题㊀㊀地应力（σ）㊁瓦斯（Ｐ㊁Ｗ）和煤的性质（ｆ）的综合作用决定了煤层是否会发生突出动力现象，这些突出动力现象以往又直接用以确定突出预测指标的临界值，如图７所示㊂‘防突细则“给出了各突出预测指标的建议临界值，但这些建议临界值并不能统一起来，也不能反映煤层实际的突出危险性，表明不同煤层及瓦斯赋存条件很难存在统一的临界值㊂现今，煤矿现场采用区域预测方法确定突出危险区，在突出危险区内采取区域性瓦斯治理措施，经效果检验区域性消除突出危险的条件下才进行采掘２５１。
工作面突出预测敏感指标和临界值的确定
３ ． 预测不突出危险率
ｎ
可能与地质构造的影响、 突出主导因素的 数关系。当瓦斯压力大于 ０ ４ Ｐ 时 ， ． Ｍ ａ 通 ７ 改变、 预测人员的操作 、 钻孔布置、 仪器性 过实验室测定的 Ｋ 关系模型便可确定
法 １ ． 突出危险率 预测
ｌ一 ：Ｎ
（ １ ）
二 、敏 感指 标 临界 值 的确 定 方
式中： ——预测 突出危 险率 ， ％；
ｎ ｌ ——预测中超过 《 防治煤与瓦斯突出规
定》 规定临界值的次数 ， ；——预测总 次 Ｎ
对于一个敏感指标而言， 希望存在一 次数。
煤科ｌ 炭 技曼 ｝
酝 晒
测敏感指标和临界值的确定
张 楼 生
主要反映突出多个因 增大。所以绝对的临界值并不存在 ， 实际 突出工作面危险性预测和防突措施 用有所不同。所以， 效果检验是突出矿井进行防突管理的两 素中某一个或某两方面因素的不同指标， 存在的是临界范围。当测定值小于此范围
续墙相交的三角地带， 用旋喷水泥浆进行 提升速度， 下沉不大于 ｌ ／ｉ。 ｍｍｎ提升不大
补强止水。
（ 作者单位： 中煤三建天津公司） 责任编辑： 李丹丹
… ＾＿ ～ ． ．
于 ２ ／ｉ： ｍｍｎ 若出现堵管断浆现象 ， 应立即
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ＡＨ Ｃ ＮＥ ＣＮＬＧ ｉ… … ＮＵＳＩＣ Ｔ ＨＯＯＹ ｌ ｉ Ｅ ＆Ｅ
０ ６％， 指标值大小的突出危险因素是否大于测 于它时发生突出的可能性为 ５—０ 而 定误差等外部条件和主观因素。具体确定 小于该值时基本不发生突出， 即突出的可
突出预测敏感指标确定研究
考察项 目
预测单项指标
ｑ Ｓ ｍ 缸
Ａｈ ２
预测效检总次数 实际突出危险次数 预测效检有突出危险次数 预测突出率 预测有危险次数 中真正有危险次数 预测突 出准确率 预测无突 出危 险次数 预测无突 出危险次数 中确 实无突 出危 险次数 预测不突 出准确率 为９ ． ７ ８ ％、３ ． ２ ６ ％、０ ；预测突 出准确率分别为 ７ ７ ． ７ ８ ％、１ ０ ０ ％：预测突 出率 ｓ ＜ Ａｈ ２ ‘ｑ ， 并且 ｑ的预测突 出准确率高于△ｈ ２ ， 达 １ ０ ０ ％； 但ｑ 、Ｓ 存在严重 的漏报现象 ，而 △ｈ ２ 测不 突 出准确率高达 ｌ ０ ０ ％。综上所述△ ｈ ２ 更适合
３ ． １“ 三率”法 “ 三率 ”法即是根 据预测 突出率 、预测 突 出准确 率和预测不 突 出准确 率对突 出预测 数据进行 分析 ，从而 确定突 出敏感指标 。针 对该矿 ９ ２ ８ ０ ２尾巷掘进工作面突 出预测与效 果检验两 种情况 ，可按 以下 “ 三率 ”法 来确 定敏感指标 。 ３ ． ２ 预测敏感指标分析 在 ９ ２组预测数据 中，单项指标 △ ｈ ２ 超限 ９次，ｑ 超限 ３次，ｓ 一 值超限 ０次，发生煤 炮 、瓦斯异 常、夹钻、吸钻等瓦斯动力现 象 ７
做为敏感指标 。
次 次 次 ％ 次 ％ 次 次 ％
９ ２ ９ ９ ． ７ ８ ７ ７ ７ ． ７ ８ ８ ３ ８ ３ １ ０ ０ ． ０ ０
９ ２ ７ ３ ３ ． ２ ６ ３ １ Ｏ Ｏ ． Ｏ Ｏ ８ ９ ８ ５ ９ ５ ． ５ １
一
１ 、引言
便真正提 高预测 预报 的效果。
突 出预测敏感 指标是指 对某一矿 井突 出 煤层 工作面进行 预测时 ，能够 明显 区分出突 出危 险和非突 出危险的 突出预测指标 ，即在 突出危险和非 危险工作 面实测该指 标的值无 交叉或交叉 区域较少 。为判定采掘 工作面突 出预测指标 的敏感性 ，国内外学者 为之付 出 了艰辛的努 力，并作 了大量卓而有 成效 的研 究工作 ，极 大地推动 了煤与瓦斯突 出防治 工 作发展。 由于不 同矿 井在煤 层的赋存条 件 、地 质 因素 、瓦斯 条件 和煤 自身物理 力学性质等 方 面存在着差 异 ，不 同矿 区、不 同煤 层工作面 突 出危 险性预测预 报的敏感指 标和 临界值 也 不尽相 同。因此 为了提高煤 与瓦斯突 出危 险 性预测预 报的准确 性和有效性 ，矿井 须根 据 本身 的实际情况考 察确定采掘 工作面煤 与瓦 斯突 出的预测预报 敏感指标 及其临界值 ， 以
应用逻辑斯谛回归函数确定煤与瓦斯突出预测敏感指标
收稿日期：2012－06－14作者简介：魏加元（1965—），男，江苏徐州人，高级工程师，2003年毕业于中国矿业大学，现任徐矿集团贵州能源公司董事长兼总经理。
煤矿安全应用逻辑斯谛回归函数确定煤与瓦斯突出预测敏感指标魏加元，纪传东（徐矿集团贵州能源公司，贵州遵义563000）摘要：利用SPSS 软件，根据逻辑斯谛回归模型确定突出预测时的敏感指标，对某煤矿掘进工作面的突出预测指标样本进行分析，发现SPSS 逻辑斯谛回归所确定的敏感指标与“三率”法结论一致，且逻辑斯谛回归是将定量与定性参数结合回归，所得结论更具说服力，更科学合理。
关键词：煤与瓦斯突出；敏感指标；SPSS ；逻辑斯谛回归中图分类号：TD713．2文献标志码：A文章编号：1003－0506（2012）08－0099－03Determining Coal and Gas Outburst Prediction Sensitive Indexes by AppliedLogistic Regression FunctionWei Jiayuan ，Ji Chuandong（Guizhou Energy Branch of Xuzhou Mining Group Company ，Zunyi 563000，China ）Abstract ：In this paper ，SPSS software in accordance with logistic regression model was used to determine sensitive indexes during the outburst prediction．According to the analysis on samples for outburst prediction on driving face in a certain coal mine ，it was found that sensitive indexes determined by SPSS logistic regression have the same conclusion with "three rate"law ，and logistic regression is to combine quantitative and qualitative parameters of the handover ，the conclusion is more convincing ，more scientific and reasonable．Keywords ：coal and gas outburst ；sensitive index ；SPSS ；logistic regression目前，煤与瓦斯突出的预测指标有钻屑瓦斯解吸指标Δh 2、K 1，钻屑量S 、钻孔瓦斯涌出初速度等，对于不同的煤层这4个指标对其突出预测的准确程度称之为敏感性。
煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法(正式)
编订：__________________单位：__________________时间：__________________煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法(正式)Standardize The Management Mechanism To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.Word格式 / 完整 / 可编辑文件编号：KG-AO-4543-89 煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法(正式)使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对管理机制、管理原则、管理方法以及管理机构进行设置固定的规范，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。
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工作面煤与瓦斯突出(以下简称突出)危险性预测和防突措施效果检验是突出矿井进行防突管理的两项关键工作。
目前我国大多数突出矿井，在进行突出危险性预测时所采用的预测指标及其临界值基本上都是按照《防治煤与瓦斯突出细则》所推荐的。
但是，针对不同的矿井或煤层，突出预测指标的敏感性及其临界值可能是不同的，甚至存在很大的差异。
矿井在使用中应通过现场试验，摸索和确定适合本矿煤层实际情况的突出预测指标及其临界值。
否则，可能因为指标不敏感或临界值不合适而造成预测结果的不准确，导致误判，结果发生突出事故或增加不必要的防突措施工程。
所以，确定矿井突出预测敏感指标及其临界值是防突工作中一项十分重要的内容。
1预测敏感指标的概念及确定方法突出预测敏感指标是指针对某一煤层进行突出危险性预测时，在目前技术水平条件下能够较为明显地区分突出危险和非突出危险的指标。
煤与瓦斯突出是一种复杂的瓦斯动力现象，是由地应力、瓦斯及煤的物理力学性质3种因素综合作用的结果。
煤巷掘进工作面突出敏感指标研究
煤巷掘进工作面突出敏感指标研究郭明功;王保军【摘要】我国煤与瓦斯突出多发生在掘进工作面，为了提高煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险预测的准确性和可靠性，减少防突工作的盲目性，节约防突经费，本文在对平煤八矿掘进工作面敏感指标进行分析考察的基础上，结合具体地质条件并对比分析相关瓦斯参数在工作面掘进过程中的动态变化曲线，对掘进工作面突出敏感指标进行定性分析。
基于灰色系统理论，构建灰色关联数学模型进行定量分析，运用Matlab运算得出瓦斯涌出初速度q系统映射量关联度最大，钻屑量s次之、钻屑解吸指标△h2关联度最小，最终确定瓦斯涌出初速度q为八矿戊组煤层煤巷掘进工作面突出预测敏感指标。
%In China most of coal and gas outburst occurred in the heading face, in order to improve the accuracy and reliability of coal and gas outburst danger prediction sensitive index in coal roadway heading face, and reduce the blindness of outburst prevention work, saving the out-burst prevention funds, based on the statistically analysis of the sensitive index at heading face in 8th Coal Mine, combining with the mining geological conditions and contrasting the dynamic changes of the related gas parameters at heading face, this paper qualitative analyzed sensi-tive index of outburst danger at heading face. Based on grey system theory, the paper constructed the mathematical model of the grey correla-tion analysis, and calculated that system mapping correlation of the quantity of gas emission initial speed q taked the largest amount, drilling cuttings s second, and the correlation of cuttings desorption index△h2 is smallest. Ultimately determined the gasemission initial speed q is the sensitive gas outburst prediction indexes of F9-10 coal bed in the NO.8 mine.【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P45-48)【关键词】掘进工作面;煤与瓦斯突出;预测指标;灰色关联;数学模型【作者】郭明功;王保军【作者单位】河南理工大学瓦斯地质研究所，河南焦作 454003; 平煤股份八矿，河南平顶山 467000;河南理工大学瓦斯地质研究所，河南焦作 454003【正文语种】中文【中图分类】TD713煤与瓦斯突出问题是煤矿安全生产中的重大灾害事故之一，我国煤矿防突水平近年来取得了长足的进步，但突出造成的安全事故仍然时有发生。
南山矿煤与瓦斯突出预测敏感指标的研究与应用的开题报告
南山矿煤与瓦斯突出预测敏感指标的研究与应用的开题报
告
一、选题背景及意义
随着煤炭资源逐渐枯竭以及煤矿工人安全问题的日益凸显，如何有效预测煤矿瓦斯突
出和煤与瓦斯突出的风险成为了煤炭工业的重要问题之一。
在煤炭工作面上，煤炭中
的瓦斯具有很强的爆炸性，而矿难和不安全行为都能导致煤矿瓦斯突出，造成极大的
损失。
因此，建立有效的煤炭瓦斯突出预测模型，对于保障煤炭工人的生命安全以及
提高煤炭生产的效率都具有非常重要的意义。
二、研究目的
本文的研究目的是建立南山矿煤炭与瓦斯突出预测模型，并深入挖掘敏感指标，为南
山矿煤炭生产提供有效的预警和预测。
三、研究内容
1.收集南山矿煤与瓦斯突出相关数据及资料，建立数学模型；
2.通过数据挖掘和分析，确定影响南山矿煤与瓦斯突出的敏感指标，并对其进行解释；
3.根据敏感指标，建立预测模型；
4.根据预测模型进行南山矿煤炭与瓦斯突出的预测；
5.对预测结果进行评价和分析。
四、预期成果
1.建立南山矿煤炭与瓦斯突出预测模型，实现对南山矿煤炭与瓦斯突出的远程监测和
预测；
2.深入挖掘敏感指标，为煤炭工业提供有效的科学依据；
3.提供南山矿煤炭与瓦斯突出的预测分析报告，为南山矿生产管理提供科学决策依据。
“三软”煤层瓦斯突出危险性预测敏感指标临界值的研究
关 系 图 如 图 １所 示 。
１ 瓦斯 放散 动 力特 征试 验
顾桥井 田位 于 潘集一 陈桥 背 斜 的 转折 端 应 力 集 中 区 ，
收 稿 日期 ：２ ０ １ ０一ｌ ０— ０ ７
基 金 项 目 ：安 徽 省 高 校 省 级 自然 科 学 研 究 重 点 项 目（ Ｋ Ｊ ２ ０ ０ ９ Ａ １ ５ ３ ）
作者简 介 ：姚 向荣 （ １ ９ ５ ８一） ，男 ，安徽 霍邱人 ，副教授 ，从 事煤矿采掘 、安全技术及 工程 教学及科研工作 。
５１
煤
● Ｏ Ｏ Ｏ ０ Ｏ
Ｐ …为 ０ ． ７ ４ Ｍ Ｐ ａ 。在 已知 钻 屑 瓦 斯 解 吸 指 标 值 与 煤 层 瓦
预测指标的敏感 性可根据 预测 突出率 。 、预测 突出准 确率 叼 、预测不 突出准确 率 ， （ 即 “ 三率 法” ） 来确定 ，当
某个 预测 指 标 是 敏 感 指 标 时 ，要 求 它 具 有 较 小 的 预 测 突 出 率 、较 高 的 预测 突 出准 确 率 和 较 高 的预 测 不 突 出 准 确率 。 跟 踪 考 察 了 目标 煤 层 ９个 采 掘工 作 面 预测 指 标 的测 值 情 况 。 由于顾 桥 矿 试验 区 域 Ｃ ， 煤 煤 体 相 对 较 硬 ，原 始 瓦 斯 含 量 并 不 高 。 同时 ，考 虑 到淮 南 矿 区瓦 斯 突 出 主 要 发 生 在 地
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｚ ｚ ｙ ｍａ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｂ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｔ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｌ ｂ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，
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的实测数据进行分析处理 ， 考察 了它们对发耳矿煤与瓦斯突出预测 的敏感性 ， 比较其突出危险敏感性的大小 ， 找到突出预测
敏感指标。
关键词
煤与瓦斯突出 敏感指标 临界值关联 度
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ０ ｅ ｓｂｌ ｙ ｓａ ｃ ｎ Ｓ ｎｉｉｔ ｉ
Ｐ ｅ ｉ ｉｅ Ｉ ｄｃ ｔ ｒ ａ ｒ Ｃｏ ｌＶ ｎ ｒ ｄ ｃ ｖ ｎ ｉａ ｏ ｓ ｉ Ｆ ｅ ａ ｎ ｅ ｔ ｎ １
李 国祯 ２ 李希 建 董 杰 ， ， ２ ，
（． １贵州大学矿业学 院 贵阳 ５００ ； ２贵 州省 非金属矿产资源综合利 用重 点实验室 ５０３ ． 贵 阳 ５００ ） ５０３
摘
要
运用灰色关联分析法和ｌ 临界值迫近度分析法 ， 对钻 屑瓦斯解 吸指标 、 最大钻屑量 以及钻 屑温度羞 这 ３个指标
２ １ 钻屑瓦斯解 吸指标 ．
钻 屑瓦斯解 吸指标 为煤 炭科学研究总 院重 庆分院研
究提出的。该指标能够 较好地 反映煤 的 吸附瓦斯 能力 和可 解 吸瓦斯量 的大小 ， 同时也能反映煤 的破坏程 度。从 国内外
许 多学者研究钻屑瓦斯解 吸规 律的关系 中， 用下式对钻屑 选
瓦斯解 吸指标进行计算 。
ｂｌ ｙ ｉ ｄｃ ｔｒ ｉ ｔ ｎ ｉａ ｏ ． ｉ Ｋｅ ｙＷ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ａ ｕ ｂ ｒ ｔ ｓ ｎ ｉ ｖ ｎ ｉａ ｏ ｒ ｌｖ ｃ ｆｃ ｉ ｃ ｌｖ ｌ ｅ ｒｓ ｏ ｌａ ｄ ｇ ｓ ｏ ｔ ｕ ｅ ｓｔ ｅ ｉｄ ｃ ｔ ｒ ｅｅ ａ ｅ ｏ ｒｔ ａ ａｕ ｓ ｉ ｎ ｉ
取为 ６ 即大于 ６ 突出危 险性 ， 于 ６无突出危险性… ， 有 小 １。
２３ 钻屑温差 Ａ ． Ｔ
２ 所考察的煤与 瓦斯 突出预 测指标
该矿 目前使用 钻屑 瓦斯 解 吸指 标 １最大 钻屑 量 ５ 、 以及钻屑温度差 Ａ Ｔ３个指 标对煤与 瓦斯 突出危险性进行预
测预报。
都格 乡和发耳 乡境 内的杨 梅树 向斜 ， 西长 １ ｍ， 东 ８ｋ 南北 宽
１ ｍ， ２ｋ 面积 约 １０ｋ ２ ６ ｍ 。
分为钻孔直径相 同的圆柱煤体形成的钻屑量 ； 另一部分为成 孔后 ， 围应力重新分 布 ， 内壁 发生位 移而产生 的动态 孔周 孔 钻屑量 。钻屑量 随煤 体强度 的变化 比较 敏感 ， 即煤越 软， 钻 屑量越大 。对一定强 度的煤 体 ， 随着 瓦斯压力 的增大 ， 钻屑 量将发生突变 ， 即在一定 的应 力和单轴 抗压强 度条件 下 ， 煤 层存在一个 发生 突 出 的最小 压 力值 ， 超过 该值 就会 发生 突 出。煤体所受的应力越大钻屑 量越 高。 根据《 防治煤 与瓦斯突 出规定》 钻屑量临界值按重量法 ，
Ｌ ｕｚｅ‘ Ｌ ｉａ Ｄ Ｎ ｉ ・ Ｉ ｎｎ １ ｏ ｆＭ／／ ｇ。Ｇ ｉ ｏ １ｖ ｓｙ Ｃｉ ｎ ５０３ ｕｈ ｕＵａｅ ｉ ．ｙ ｇ５ ００ ） ｚ ｒｔ ｕａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｓｒ ｃ ｎｔｉ ａ ｅ 。ｏ＇ ｅａｉｅａ ａｙ ｉ ｍｅｈ ｄａｄｄ ｇｅ ｆ ｏｅ ｅｓｔ ｒｔ ａ ａｕ ｒ ｓｄｔ ｎ ｌｚ ｅ３ｉｄｃｔｒ。ｎ ｏｉ— ａ ｒｌｔｖ ｎ ｌｓｓ ｔｏ ｎ ｅｒｅｏ ｓｎ ｓ ｏｃｉｃｌｖｌｅａｅｕ ｅ ａａｙｅｔ ｎ ｉａｏｓ ａ ｄｔ ｙ ｌ ｃ ｉ ｏ ｈ ｎ ｖｓｉａｅｔｅｒｓｎｉｉｔｓｔ ｏ ｌ ｎ ａ ｕｂ ｒｔｆｒｃ ｓ，ｃｍｐ ｒ ｕｂ ｒｔ ｉｋｓｎｉｉｔ ｎ ｎ ｌ ｎ ｕ ｅｏ ｔｕｓ ｏｅａｔｓｍｉ ｅｔ ｔ ｉ ｓｂｌｅ ｃａ ｄｇｓｏ ｔｕｓ ｏｅａｔ ｏ ａｅｏ ｔｕ ｓ ｅ ｓｂｌ ａ ｄｔ ｆ ａ ｙｆ ｄ ｏｔｔ ｕｂ ｒｔｆｒｃ ｓ ｅ — ｇ ｈ ｅ ｉ ｏ ａ ｓ ｒ ｉ ｙ Ｏｉ ｌ ｉ ｈ
２１ 年 第 ３ ０１ ７卷第 ５期
Ｍａ ０ １ ｙ２ １
工 业 安 全 与 环保 Ｉｄ ｓｉ ａ ｔ ａｄＥ ｖｏ ｒｎ ｌ ｒｔ ｔ ｎ ｎｕｔａ Ｓｆｙ ｎ ｎｉ ｍ￣ ｔ ｏｅ ｉ ｒｌ ｅ ｒ ａ Ｐ ｃｏ
・ ３ ３ ・
发耳 煤 矿 煤 与 瓦斯 突 出预 测 指标 敏 感 性 探 讨 ＊
＝
煤层在受到高地应力 （ 或高应力集 中） 和高瓦斯 压力的
作用下 ，由于挤 压 和瓦斯 吸附 ， 围岩 和煤 体温度 上升 ， 同时 煤 体聚集高应变能 ， 打钻 时出现顶钻 、 使 夹钻 、 卡钻 和喷孑 等 Ｌ 突出危 险性 的前 兆现象 ， 使钻孔进 尺速度 减慢 ， 孔孔底 并 钻 煤 壁与钻头摩擦 时间增 长 ， 而钻 屑温 度上升 。因此 ， 从 用煤 的钻屑 温差作为 突 出危 险性 的预测指 标是 可行的。煤 的钻
水城发耳矿 区位于贵州省水城县 南部 ， 由格 目底和发耳
２个片区组成 ， 均属 尚未开发 的新 区 。格 目底 片区位 于玉舍
乡、 勺米 乡 和阿戛 乡 境 内的 格 目底 向斜 东 段 ， 西长 ３ ． 东 ２５ ｋ 南北 宽 １． ｍ， ｍ， ０ ０ｋ 面积 ３５ ０ｋ ２ ２ ． ｍ 。发耳片区位于鸡场 乡、
１ 矿 井 概 况
钻屑指标 的临界值 应根据现场实测数据确定 。因无 实测数据 ， 该矿使用 的是《 防治煤与瓦斯突 出规定》 规定 的临
界值 ０５ ．…。 ２ ２ 最大钻屑量 ． 钻 屑量 Ｓ是 一种综 合 反映煤 体应 力 、 瓦斯压 力和煤 的 物理力学性质 的指标 。钻孔排出的钻屑一般分两部分 ： 一部
式 中， 为钻屑 瓦斯解 吸指标 ， Ｌ （ ・ａ ￣ ； 为测定 时 ｍ ／ｇｒｎ ｉ ） Ｑ
间为 ｔ 时测定 出的瓦斯 解吸量 ， ３ｍ ｎ Ｗ为落煤 开始到测定 ｍ ／ ｉ； 时损失的瓦斯解吸量 ，３ｍｎ ｔ 瓦斯解 吸时间 ， ＝ｔ＋ｔ＋ ｍ／ ｉ； 为 ｔ ｌ ２ ｔ ｔ 为钻粉从取样 点到 孔 口的时 间 ， ｆ１ ， 按经 验 值 一般取 ｔ ： ｌ