煤瓦斯突出预测方法现状发展趋势

煤与瓦斯突出预测方法的研究现状及发展趋势研究【摘要】煤与瓦斯突出事故是煤矿安全生产过程中严重的危害之一，造成了严重的经济损失且带来了严重的人员伤亡。通过查阅相关文献，对煤与瓦斯突出预测方法的研究现状进行了分析总结，并对其发展趋势进行了分析。通过分析发现：动态连续不接触式预测法是煤与瓦斯突出预测方法的发展趋势，进行深入的研究和现场实践建立对煤与瓦斯突出的模式识别技术并开发相应软件势在必行。

【关键词】煤与瓦斯突出预测方法研究现状发展趋势

1 引言

我国煤与瓦斯突出矿井数量多，分布范围广，并且突出次数频繁，带来了巨大的损失。煤与瓦斯突出是煤矿井下开采过程中发生的一种煤和瓦斯的突然运动，它是煤矿井下含瓦斯煤体在极短的时间内（多则数分钟，少则数秒或几十秒钟）从煤壁内部以极快的速度与强大的冲击力向采掘空间喷出大量的煤和瓦斯的动力现象。煤与瓦斯突出严重威胁着煤矿的安全生产，造成埋人、破坏设施，突出的瓦斯会使人窒息或引起瓦斯爆炸，造成严重的人员伤亡和矿井损毁事故。由于其发生的突然性和强烈的破坏性，不仅危及煤矿安全生产和人身安全，而且制约了矿井生产能力的发挥，影响了矿井的安全效益和社会效益，给社会造成了不良影响。因此，研究预测煤与瓦斯突出的预测方法具有重要意义。

2 煤与瓦斯突出预测方法的研究现状

2.1 预测方法的分类

煤层突出危险性预测实质上是用煤与瓦斯突出的前期因子对后期预报对象进行分类预测的问题。突出预测从预测的范围与时间大致可分为两类：区域预测和局部预测。前者的任务是确定矿井煤层和煤层区域的危险性，这种预测也可称为长期预测；后者的任务是在前者的基础上，及时预测局部地点即采掘工作面的突出危险性，这种预测又可称为日常预测或工作面预测。根据突出预测过程及其连续性，日常预测又可分为静态不连续接触式和动态连续不接触式两类预测方法。静态不连续接触式预测法是指从现场工作面含瓦斯煤体中提取煤体或瓦斯在某一时刻所处状态的某种量化指标而确

定危险性的方法。动态连续不接触式预测法是指通过动态连续地监测能够综合反映含瓦斯煤体所处应力或变形状态的某种指标而确

定工作面附近煤层危险性的方法。本文主要论述日常预测方法的研究现状和发展趋势。

2.2 静态不连续接触式预测法

2.2.1 d、k综合指标法

d，k综合指标法适于煤层的区域预测或石门揭煤工作面突出危险性预测。其指标是：

式中，d为综合指标之一；h为煤层开采深度，m；p为煤层瓦斯压力，mpa；为煤层软分层的平均坚固性系数；k为综合指标之二；△p为煤层软分层的瓦斯放散初速度指标。

2.2.2 r值指标法

r值指标法是前苏联东方煤研所1969年提出的，1970-1974年在库兹巴斯、沃尔库特和帕尔占斯克等煤田进行了工业试验。其指标是：

，

式中，是每米钻孔钻屑量的最大值；是每米钻孔瓦斯涌出初速度的最大值。

2.2.3 r值综合指标法

采用r值综合指标法预测工作面突出危险性时，要求在工作面打2个直径为42mm、深5.5～6.5mm的钻孔。一个孔位于工作面中部，孔平行于掘进方向；另一钻孔的终孔点应位于巷道轮廓线外1.5m处。钻孔每打1m，测定钻屑量和钻孔瓦斯涌出初速度。测定钻孔瓦斯涌出初速度时，测量室长度应为1m。每米钻孔的打孔时间应保持约2min。根据沿孔深测出的最大钻屑量和最大钻孔瓦斯涌出初速度，按下式确定突出危险性：

式中，r为考虑煤屑量和钻孔瓦斯涌出初速度的综合指标；为每个钻孔长测出的最大钻屑量；为每个钻孔长测出的最大瓦斯涌出初速度；a、b为经验常数。

2.2.4 钻屑单项指标法

采用钻屑单项指标法进行工作面突出危险性预测时，作为钻屑单项指标，按《防突细则》有以下几种：、、c和值。各指标的突出危险临界值应根据实测数据确定，无实测数据时，可按表1数据确定工作面的突出危险性。

2.2.5 瓦斯地质统计法

依据瓦斯地质统计资料、瓦斯观测资料和瓦斯地质图，经过综合分析，具体给出该区域是突出危险区域还是突出威胁区域。

2.2.6 指标预测与瓦斯地质相结合的方法

结合指标预测法和瓦斯地质方法，以构造软煤和瓦斯含量作为瓦斯突出区域预测的两项指标进行煤与瓦斯突出预测。

2.2.7 钻孔瓦斯涌出初速度法

利用该法进行煤巷掘进工作面突出危险性预测时，应在距巷道两侧0.5m处，各打一个平行于巷道掘进方向，直径42mm，深为3.5m 的钻孔。用胶囊封孔器进行封孔，孔后测量室的长度应为0.5m。钻孔瓦斯涌出初速度用流量计进行测定，测定工作应在打完钻孔后

2min内完成。判断有突出危险的钻孔瓦斯涌出初速度的临值应根据矿井实测资料分析确定。如果无实资料时，可参考表2中的临界值。

2.2.8 深孔多点双指标法

深孔多点双指标法是在掘进工作面迎头两帮布置2个预测钻孔，钻孔深度10～11m，直径42mm。自第3m开始，每米预测一次，预测采用、s两个指标，其临界值为=4l/min和s=6kg/m。当、s两个指标预测结果均低于其临界值时，该工作面视为无突出危险，工作面可以进尺5m；当、s任一指标预测结果超过其临界值时，工作面视为突出危险工作面，需要执行防突措施，并进行效果检验，直到、s两个指标预测结果均低于其临界值为止。

2.3 动态连续不接触式预测法

动态法是指通过动态连续地监测能够综合反映含瓦斯煤体所处应力或变形状态的某种指标而确定工作面附近煤层危险性的方法。与常规的煤与瓦斯突出危险预测方法相比，动态连续非接触式煤与瓦斯突出危险性评价技术不仅工序简单、工程量小，而且具有消除人工误差、观测范围广、可连续定点或动态观测的优点。对于准确预报煤与瓦斯突出危险，采取针对性的防突和安全措施具有较好的指导作用。动态连续不接触式预测法主要包括：红外辐射预测法、电磁辐射强度法、声发射技术法、地电场变化规律法、脉冲超声波预测法、无线电波透视法、地质雷达法、槽波地震法、以地震波为主的弹性波技术法、煤层涌出氡浓度变化法、煤层温度变化法、瓦斯涌出动态指标法、地理化学法和数理理论方法。但目前条件下动态连续非接触式预测技术在很多方面都受到限制，需要进一步发展。

3 煤与瓦斯突出预测方法的发展趋势

静态非连续接触式预测法所有指标都建立在经验的基础之上，指标的临界值都建立在对大量实验数据统计分析的基础上，还不能从理论上较好地确定突出临界值，突出指标的可靠程度取决于实验数据的多少、范围和代表性。因此静态方法受人工、煤体分布不均匀和应力分布不均匀等因素的影响，预测的准确率难以提高。煤与瓦斯突出预测的目的在于改善安全生产条件、加快施工进度并节省防突措施工程费用。而动态连续不接触式预测法则实现了真正的非接触、定向、区域性、动态监测。能够对动态小变形过程产生的信