突出危险性评价

突出危险性评价

1.突出假说

前苏联B.B霍多特提出的综合作用假说：认为煤与瓦斯突出时由地应力、包含在煤体中的瓦斯以及煤体自身物理力学性质三者综合作用的结果。在突出的准备、激发、发展和终止阶段，地应力、瓦斯和煤体自身的物理力学性质分别起着不同的作用。

（蒋承林、愈启香）煤与瓦斯突出的球壳失稳假说；（周世宁、何学秋）煤与瓦斯突出的流变假说，“瓦斯包”假说、突出波说、瓦斯膨胀说、瓦斯解吸说、应力集中说；郭德勇、韩德鑫：煤与瓦斯突出的粘滑机理研究

2 预测分类：

2.1 区域预测：确定井田、煤层和煤层区域的危险性。

方法：单项指标法、综合指标D和K、瓦斯地质单元法，煤的变质程度（低变质程度的烟煤和高变质程度的无烟煤，突出危险性小，中等变质的烟煤，危险性大）、按照煤的变形特征（变形用剪切模量和弹性模量表示，前苏联工作人员发现煤的变形和变质程度之间有很好的线性关系）、地质指标（湖南省煤科院）、俄罗斯斯科饮斯基矿业研究所提出的综合指标B作为预测指标、地质统计法（根据已开采区域突出点分布于地质构造的关系，然后结合位采区的地质构造条件来大致预测突出可能发生的范围）、物探法

2.2 工作面预测：确定工作面附近煤体的突出危险性。

石门揭煤突出危险性预测方法：综合指标D和K、钻屑瓦斯解吸指标Δh2和K1、钻孔瓦斯涌出初速度q结合瓦斯涌出衰减系数

煤巷突出危险性预测方法：钻孔瓦斯涌出初速度法、钻屑量法、钻孔瓦斯涌出初速度结合钻屑量综合指标（R值）法、煤体温度预测法、V30特征值预测法、煤层瓦斯氡浓度预测法（氡浓度突然降低预示会有突出危险性）、声发射法、电磁辐射法

3 区域预测

煤的破坏类型：构造煤，在软分层中测定

瓦斯放散初速度：取坚固性系数最小的煤样混合后测定煤的瓦斯放散初速度

煤的坚固性系数：软分层的坚固性系数，因为软煤能削弱煤体的强度，减小突出发生所需能量的临界值，降低煤体抵抗瓦斯突出的能力。

煤层瓦斯压力：

当然，并不是达到以上指标的煤层均具有突出危险性，有些矿井瓦斯压力超过了0.74MPa并不发生突出，也有些矿井瓦斯压力虽然未超过0.74MPa，但也发生了突出，煤与瓦斯突出本身就是有很多因素共同作用的动力现象，这是由特殊的地质构造等条件造成的。所以，各矿还可以针对矿井的实际地质条件更改相关参数。

单项指标的缺陷：数据测量误差大（人为和测量仪器、方法的误差），对于低瓦斯压力高变质煤（高变质松软煤层）和高瓦斯压力低变质煤（开滦某矿单项指标不突出、而用综合

法突出）容易产生误判。

3.2 综合指标D和K

抚顺煤科院提出D值。

突出是由多种因素综合作用的结果，单靠一种指标并不能准确地预测危险性（虽然现在还不能准确地预测突出危险性，但是应该采取措施使预测结果尽量准确），

D=（0.0075*H/f-3）（p-0.74）

D-综合作用指标；

H—煤层开采深度；

p—煤层瓦斯压力；f—煤层软分层的平均坚固性系数，（坚固性系数大的煤层不易发生突出，软分层，比如构造煤，在地应力作用下瓦斯压力大、压力梯度大，开采时的瓦斯突出释放，容易突出）煤的坚固性系数越大，越不易发生突出，但是一旦发生突出，突出的危险性越高。

抚顺煤科院提出的K值。

K=Δp/f（无烟煤的瓦斯含量本身就比较大，放散初速度也大，所以把无烟

煤的K值定的高一点）

K的提出主要是基于两点：煤的性质在突出中所起的作用来说，认为主要表现在两个方面：（1）煤的强度性质，煤作为突出的受力体，其强度越小，破碎越容易；（2）煤放散瓦斯的初速度，在煤中瓦斯压力和瓦斯含量相同的条件下，煤的放散速度越大，越易形成具有携带煤体能力的瓦斯流。抚顺煤科院。

应当指出，综合指标K仅反映煤本身发生突出的难易程度，也就是说，它只是突出发生的必要条件。

王佑安：北票和其他矿，当煤非常软时，在Δp较小的情况下，亦能发生突出，在煤较硬时，即使Δp值高达20以上，也未发生突出。

Δp—煤层软分层煤的瓦斯放散初速度指标；表征煤的破坏类型和孔隙性质。

实验室测定，吸附、解吸、测定吸附空间和死空间，3.5g规定粒度的煤样在0.1MPa压力下吸附瓦斯后向固定真空空间释放时，用压差Δp（mmHg表示的10s~60s时间内释放出的瓦斯量指标）

为什么将K和D放在一起：综合指标D中，作为煤质因素，仅考虑了煤的强度性质一个方面，而未反映煤的放散瓦斯初速度这样一个与突出发生有关的参数，因此，应把煤的突出危险性的综合指标K作为一个预测煤层和区域突出危险性的补充指标，

D值综合考虑了地层应力、瓦斯和煤质这三个决定突出发生的主要自然因素，

D值中两项指标均为负的时，首先瓦斯压力小于0.74，再次就是要么埋深较浅或者煤质硬度较大。

4 工作面预测

4.1 钻屑瓦斯解吸指标法Δh2或K1（反映了钻屑瓦斯解吸速度随时间衰减的快慢

程度）

煤层中瓦斯含量和瓦斯压力的大小、煤体的力学性质以及煤层遭受构造破坏的严重程度

Δh2测定方法：把10g筛分好的粒径为1~3mm煤样装入解吸仪的煤样瓶中，秒表计时到3min时转动三通阀，使煤样瓶与测量系统接通，与大气隔绝，秒表计到5min时解吸仪的示值即为Δh

，单位为Pa。MD-2型解吸仪

2

K1的测定方法：

a)把筛分好的粒径为1～3 mm煤样装入解吸仪的煤样杯并置于煤样罐中，盖好煤样罐，转动阀门使煤样与大气连通。

b)秒表计时到时间t0，转动阀门使煤样罐与测量系统接通、与大气隔绝，启动仪器，每间隔0．5min读一次解吸仪示值，共读10次。

然后再利用公式求出。ATY、WTC型突出预测仪。单位：cm3/g·min1/2.

Δh2综合反映了煤的破坏程度和瓦斯压力这两个突出危险性密切相关的因素，煤的破坏类型越高，则煤的解吸速度越大，突出区的瓦斯解吸速度远比非突出危险区大。

K

=2/1

Q-

t

W

1

在工作面向煤层的适当位置至少打3个钻孔，在钻孔钻进到煤层时每钻进1m采集一次孔口排除的粒径1~3mm的煤钻屑，测定K1或Δh2，

Δh2指标测定的是钻屑第4、5分钟的瓦斯解吸指标，如果这个指标比较大，那么说明瓦斯含量高，煤的破坏程度大。

是第3至5min的解两者的区别：（1）K1是解吸第一分钟的解吸量，而Δh

2

q的测定是在井下用专用封孔器封孔，测定。在封孔操作的同时，将流量计与导气管口连接好。封孔完成后，对瞬时流量计在2min时读数，即为钻孔瓦斯涌出初速度值；对累计流量计应在1．5min和2．5min时分别读数，后一读数减去前一读数即为钻孔瓦斯涌出初速度值。L/min.

判断突出危险性的钻孔瓦斯涌出初速度临界值（qm）表8—2

透气性，当测试地点透气性较高时，瓦斯涌出初速度值也能达到较高的数值，但并无突出危险。因此如果对于涌出初速度大，但透气性高的煤层判定为有突出危险，就是失误了。但是有了两个指标的结合，判定标准为瓦斯衰减系数小、但钻孔瓦斯涌出初速度大的为有突出危险。瓦斯衰减系数为第5分钟的涌出速度与第1分钟的涌出速度的比值，越小说明透气性小，突出危险性越大。瓦斯涌出速度在初期增加的原因是游离瓦斯不断充填测量室和测量室中残