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
余压力增大。

衰减系数的确定：钻孔瓦斯涌出量和时间的关系拟合曲线，所得的系数。

根据魏风清老师的研究，测定钻孔瓦斯涌出初速度时，不但要把钻孔布置在最厚的软分层中，而且测试钻孔须穿过煤层卸压带，进入塑性极限应力区，这样才能真实反映工作面前方的突出危险程度。

因为突出与否在于卸压带的宽度和瓦斯大小、地应力大小和透气性，与卸压带的瓦斯涌出初速度无关。

4.3 R值法
关键在于：测定每个钻孔沿孔深的最大钻屑量和瓦斯涌出初速度。

R=（S max-1.8）（q max-4）
临界值为6。

Smax—每个钻孔沿孔长的最大钻屑量；
Qmax—每个钻孔沿孔长的最大瓦斯涌出初速度。

此指标包含了影响S和q的全部因素。

4.4 钻屑指标法
测定方法：重量法每钻进1m钻孔，收集全部钻屑，用弹簧秤称重。

容量法每钻进1m钻孔，收集全部钻屑，用量具测量钻屑体积。

和四个因素有关：钻孔施工地点的瓦斯含量、应力状态、煤的结构破坏程度以及钻孔直径。

钻孔应尽量布置在软分层中，一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并平行与掘进方向，其他钻孔的终孔点位于巷道断面轮廓线外2~4m处。

钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，每钻进2m至少测定一次钻孔瓦斯解吸指标K1或Δh2，
而动力灾害的发生主要是由于煤岩状态的突然变化产生的。

因此，我们提出了考察煤岩变化情况的新的钻屑量指标，即钻屑增量变化指标。

即在打钻的过程中，根据每次测量的钻屑量值之间数值变化的大小，来判断是否具有灾害发生的可能。

在理论上，钻屑量指标的大小，决定于四个方面的因素:钻孔地点的瓦斯含量，地应力状况，煤的结构破坏程度和钻头直径。

对于某一固定钻头直径来说，钻屑量主要取决于钻孔地点的瓦斯、地应力大小以及煤的结构破坏程度，也即影响煤与瓦斯突出最主要的三个因素。

所以，钻屑量指标的大小在一定程度上综合反映了影响突出发生的三个主要因素，它把三因素在打钻时以煤体位移、挤出、摩擦破碎等方式所释放的潜能用钻屑增量的形式表现出来。

世界各国都较为普遍的应用钻屑量指标预测井下动力现象(冲击地压和煤与瓦斯突出)的危险性，并进行了一定的理论研究。

4.5 复合指标法
钻孔布置在软分层中，控制巷道断面中部和轮廓线外。

钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S，并在暂停钻进后2min内测定钻孔瓦斯涌出初速度q，测量室的长度为1.0m。

（突出危险带钻屑量高的原因：煤的破坏愈高，打钻延续时间越长，含瓦斯愈多，煤冒落越厉害）
4.6 声发射预测法
煤与瓦斯突出是一个从量变到质变的过程，即煤从微小破裂到破坏的过程，煤（岩）变形、破裂、破坏时应变释放过程中会产生应力波的释放，即产生声发射现象，同时也会伴有煤体瓦斯涌出量的变化，声发射技术是用声发射传感器和专用设备检测，分析声发射信号，并利用声发射信号推断声发射破坏源处煤岩等材料破坏特征及发展趋势的一种动态无损检测技术。

关键工作：传感器的安装位置；传感器的安装深度；传感器的接受方向；传感器的有效接收范围。

声发射信息的采集是通过声发射传感器来实现的。

4.7 电磁辐射法
在煤岩层的破坏过程中会发生电磁辐射，电磁辐射的强弱和脉冲数据取决于外加负载大小和煤岩层的破坏特征。

因此，可采用采掘工作面前方煤层受力破坏产生的滇西辐射强度和电磁辐射脉冲数预测工作面的突出危险。

由于矿井煤岩动力灾害的复杂性，在不同矿区、不同作业地点的煤岩动力灾害所表现出的电磁辐射前兆特征不尽相同，这就使得媚眼电磁辐射预警临界值的确定比较困难。

（王恩元，何学秋）
电磁辐射预警准则及方法的确定是关键。

（什么情况下复合发生突出的条件）
动态连续实时监测，前面的方法只是某一个暂态的情况，不能反映测定之后煤岩的变化情况。

电磁辐射信息综合反映了影响煤与瓦斯突出的煤岩灾害动力现象的主要影响因素，非接触，无需打钻，工作量少，其实煤体始终均在发射电磁波，未受采动影响时信号弱，变形过程中信号强。

5突出危险敏感指标和临界值
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。

理想的预测指标应是能够完全反映引发灾害发生的三个因素。

而实际上，目前常用的预测指标仅是间接和部分的反映这三个预测因素，且主要反映三因素中某一因素或两方面因素的不同指标。

因此，其预测灾害危险的侧重点会有所不同。

判断一种指标是否适用，主要考虑两个方面的因素:一是指标值大小是否会随着灾害危险性的大小明显变化，二是影响指标值大小的危险因素是否大于测定误差等非危险因素。

所以预测敏感指标，必须通过对各种指标的实际考察，结合本矿、煤层或区域的具体测试条件来确定，确定出的适用指标既能体现出本矿或煤层灾害发生的主导因素，又适应矿井的具体测试条件，从而较好地符合本矿实际。

根据我国日前预测技术水平的实际情况，一般情况下，合适的临界值应该是:当测定值大于它时发生突出的可能性为50 %~60 %，而小于该值时基本不发生突出，即突出的可能性很小，矿井的预测突出危险率根据煤层危险程度的不同会有所不同，一般矿井可控制在20 %~30%。

低指标突出的原因;1.单项指标的局限性、敏感指标及突出临界值选择失误、突出主导因素的转移、地质构造、现场操作过程、管理方面、预测仪器误差、突出预测水平的局限性。

临界值的确定方法：首先分析所用临界值与突出的关系，然后搜集掘进、回采过程中这些指标的变化情况，详细记录工作过程中的瓦斯情况。

敏感指标临界值现场考察方法主要有: ①不首先设定试验临界值,在不采取任何防突措施的情况下,根据多次实际突出前的指标测定值与不突出时的测定值相比较直接确定。

此法虽然直观和简便,但很不安全,容易使安全生产陷入被动,一般矿井难以接受。

②现场试验摸索,试验临界值由低向高逐步提高,直到发生瓦斯动力现象为止。

此法
虽然较为安全,但试验周期较长。

③现场试验摸索,先确定一个较高的试验临界值,在此临界值以下根据实际突出或其他现象确定。

此法比第一种方法稍好,但仍不安全,矿井同样难接受。

④通过各种方法先确定一个比较接近真实临界值的试验临界值,再通过现场试验进行修正和适当调整。

这种方法比较科学,既能缩短试验周期,同时又尽可能地保证了安全生产。

根据多年来的研究和实践表明,可以通过历史资料统计、实验室和现场试验等相结合的方法来综合确定突出危险预测敏感指标及其临界值。

6 见解：
1.不同矿井突出危险临界值的确定；
2.单项指标或综合指标、复合指标中的各个指标的准确测定，方法本身就不能完全准确预测，若数据测试不准，预测结果就更不可靠。

3.针对矿井或煤层实际条件，比如三软煤层、地质构造特别复杂的区域，选用预测准确率较高的预测方法，现在通过已经发生突出的数据利用数学关系探讨较为合适的预测方法。

4.对于瓦斯含量、瓦斯压力比较大或者很大的强突出危险煤层，井下实际测定数据时往往需要施工钻孔，这就存在着很大的安全隐患，容易出现打钻诱导突出。

因此积极探讨非接触式煤与瓦斯突出危险性预测技术是今后研究的重点。

5.积极探讨各个因素在煤与瓦斯突出过程中的作用，研究新方法、新技术。

瓦斯、含瓦斯煤体、煤的物理力学性质、突出发生过程中温度、能量等的变化，
6.积极探索瓦斯突出机理。