瓦斯地質分析在煤與瓦斯突出預測報中的作用

摘要：在地質勘探和煤炭采掘的過程中，煤與瓦斯突出這一自然災害的存在性相對較高，嚴重危及生產者的生命安全和煤礦企業的生產安全。文章將如何深入瓦斯地質分析的問題和加強煤與瓦斯突出預測預報的作用作為亟待整治的煤礦生產安全課題，并為分析瓦斯地質狀況提供了指標表，為發揮預測預報在煤與瓦斯突出問題上的積極作用做好準備。

關鍵詞：瓦斯地質分析；煤與瓦斯突出；預測預報；地質勘探；煤炭采掘 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2016）01-0154-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.077

20世紀70年代后期，瓦斯地質逐步發展成為我國煤炭行業中的新興產業，在煤炭行業中占有重要地位，為我國經濟發展和社會進步做出了卓越貢獻。其中煤與瓦斯突出是瓦斯地質分析的關鍵內容，為避免因煤與瓦斯突出造成的安全事故和經濟損失，為加快煤炭行業的起步發展，完善我國煤炭行業的發展結構，加強瓦斯地質分析成為現如今煤炭行業發展的關鍵轉折點。

1 瓦斯地質法和煤與瓦斯突出概述

1.1 瓦斯地質法的概述

在煤炭產業中，瓦斯地質法就施工區域進行分析，主要分析內容包括煤炭層面、采區勘探、施工場地，其中還包括對礦區巷道的地質構成、煤與瓦斯突出、構造煤等具體開采條件的分析，在時間和空間分布上摸索上述開采條件的不同之處和相同之處，依照定量指標進行信息數據的分析和重組，將區域按不同的開采條件劃分為幾個施工部分，以多尺寸基本理念的要求將煤與瓦斯突出帶重點劃分出來，突出煤炭施工任務中的難易和輕重，在煤炭生產過程中將施工任務進行分級對待，實現施工任務的級別制管理。

1.2 煤與瓦斯突出概述

煤與瓦斯突出在專業領域被人們簡稱為“突出”，在采掘過程中，煤與瓦斯突出是人們懼怕的嚴重自然災害之一。在一些煤礦坑井下，瓦斯煤體的含量會超出安全標準，從煤礦墻壁內側朝著采掘空間的方向突然噴射出來，從而在極短時間內生成煤與瓦斯因爆炸引發的強大動力現象。煤與瓦斯突出的征兆有以下三種：一是地壓顯現，存在明顯的塌孔、煤巖開裂、礦洞掉渣等現象，并伴有煤炮聲、支架響聲；二是瓦斯涌出，瓦斯異常涌出伴隨著哨聲和蜂鳴聲，瓦斯氣味異常，濃度呈明顯的不穩定波動趨勢；三是煤層結構以及構造，多是在斷層、地質擠壓褶曲處、波狀隆起處出現的。

2 瓦斯地質分析的預測預報方法

2.1 聲發射預測預報方法

地下煤層和巖石內部大量縫隙和裂痕是彈性應力波存在的特有標識，彈性應力波能夠生成輻射能量，也就是聲發射，有效利用聲發射的物理現象能夠拓寬信號的頻率范圍，由幾赫茲的次聲頻到30赫茲左右的聲頻，再到數兆赫的超聲頻，同時能夠擴寬信號幅度的變化范圍，由10m的微觀錯位運動到1米量級的地震波。根據地下煤層和巖石裂縫的不同性質和狀態，聲發射利用釋放出來的應變能形成瓦斯地質的檢測系統。

2.2 測量氦體積和氡濃度的預測預報方法

有調查研究結果表明，氦與氡的涌出是地震發生的普遍現象，氦體積和氡濃度的信息數據標準是判定地震來臨的科學方法，同時能夠準確預測預報煤與瓦斯突出。在自由排放的瓦斯中，氦體積與氡濃度超標能夠增大瓦斯壓力，造成煤與瓦斯突出的安全事故。確定氦體積和氡濃度的安全指標依舊是國內外煤與瓦斯研究的重要課題。

2.3 電磁輻射預測預報方法

電磁輻射與煤巖體的載荷量越高，地下煤層和巖體的變形破裂過程越是顯著。在煤與瓦斯突出的勘探過程中，突出危險性煤層的地磁輻射幅值以及脈沖標量會有明顯變化，隨危險系數增大呈幅值增長趨勢。與其他煤與瓦斯突出預測預報方法相比，電磁輻射預測預報方法流程簡單、環節量少，具有降低人為誤差、擴大觀測范圍、操作持續連貫等顯著優勢。

2.4 數學推理預測預報方法

自然突發災害具有不規則性和不確定性，一些先進的數學公式能夠利用地應力、風量、煤層厚度、高壓瓦斯量等容易獲取的數據信息對煤與瓦斯突出進行科學的計算推理，例如：絕對瓦斯涌出量，即一單位時間內涌出的瓦斯體積，Qg=Q×C/100，式中Qg表示絕對瓦斯涌出量；Q表示風量；C表示風流中的平均瓦斯濃度。依照絕對瓦斯涌出量的安全標準，科學計算絕對瓦斯涌出量能夠有效對煤與瓦斯突出進行預測預報。

3 瓦斯地質分析在煤與瓦斯突出預測預報中的應用

應用瓦斯地質法實現煤與瓦斯突出的預測預報，呈現施工礦區瓦斯突出分區和分帶性的顯著特征，在礦井產業多年的發展過程中，瓦斯地質分析已然形成了一個科學的預測預報標準，依照瓦斯地質標準的判定方法，將礦井劃分成為“三區五帶”，并總結出了系統、規范、科學的瓦斯地質法判定指標表。瓦斯地質法判定指標表如表1所示：

表1 瓦斯地質法判定指標表

定量指標 定性指標

煤的破壞類型 煤層

厚度 軟分層厚度 地質

構造 瓦斯涌現

情況 其他

特征

突出

危險

工作面 Ⅲ、Ⅳ 超過平均煤厚的1.5倍

≥1m 煤后及變點，地質構造明顯點，煤巖走向傾向巨變點 瓦斯涌出忽大忽小，較長時間不

穩定 有噴鉆、卡鉆來壓等顯著動力現象

突出

威脅

工作面 Ⅱ、Ⅲ 煤厚有異常波動 0.5～1m 瓦斯涌現量無明顯異常

無異常

非危險

工作面 Ⅰ、Ⅱ 正常 ≤0.5m 煤巖賦存正常 瓦斯涌現量正常

無異常

注明：（1）在以上生成的兩大標準指標中，只要出現任意一項情況屬于煤與瓦斯突出危險，該施工工作層面即可以確定為突出危險；（2）煤與瓦斯突出預測預報要將判定指標表中的兩大類數據指標加以綜合分析和討論，做出精準的判定。

某采區是礦井大規模突出的高發區，該區域涵蓋著大量的Ⅲ和Ⅳ兩種類型的煤礦，利用上述表格數據進行分析，該地區的煤層平均厚度超過正常的1.5倍，軟分層厚度大于1m，包含噴鉆、卡鉆來壓等顯著動力現象，致使瓦斯涌出忽大忽小且不穩定。受該地區大斷層的地質影響，在二水平（-250～-150）深度的范圍內，瓦斯含量出現了與常規標準相反的現象，瓦斯的埋藏深度越大，瓦斯含量反而隨之減少。礦井下瓦斯的含量與該地區水源的活動特征有著密切的關聯，對瓦斯含量起著舉足輕重的影響作用。

4 瓦斯地質分析對煤與瓦斯突出預測預報的影響作用

4.1 能夠清晰地對煤與瓦斯突出進行描繪

在瓦斯地質分析的過程中，首先對開采區域進行地質結構和地質特性的勘探，生成綜合性瓦斯地質圖，通過瓦斯地質編圖的形象性和真實性呈現出煤與瓦斯突出的重點內容，使數據信息得以量化、系列化，將對瓦斯地質編圖的表面認識提升成為對瓦斯地質分析的現實認識，反映出開采區域的地質背景，促進煤與瓦斯賦存和分布的現實生成作用，將煤與瓦斯突出的預測預報工作實體化。

4.2 瓦斯地質分析能夠實現對瓦斯涌現量和煤層突出的危險預測

瓦斯涌現量的預測是礦井工程實施過程中的重要研究內容，能夠積極推進礦井新建或擴建、新采區通風結構設計工作的順利進行。煤與瓦斯突出預測預報是一項艱巨且漫長的工程，重點突出了礦井“四位一體”的防護防治措施，通過對生產實踐和工程實施的監察和檢驗，準確掌握煤與瓦斯危險性預測預報的工作方法，實現煤與瓦斯突出的防預防治，體現出瓦斯地質分析的應用價值和效益價值。

4.3 瓦斯地質分析理論與研究方法在預測預報中的現實作用

將瓦斯地質分析理論與瓦斯地質研究方法進行有機結合，將生成不同預測預報方案比較表作為安全生產指標。

不同預測預報方案比較：（1）小直徑超前排放鉆孔：預報需時間3～6小班，每次預報需13～19人，預報后月進尺30～50m，百米防突費用5400元；（2）松動爆破：預報需時間1～2小班，每次預報需4～9人，預報后月進尺40～80m，百米防突費用2500元；（3）瓦斯地質法：無需預報時間，每次預報只需1人，預報后月進尺100m，百米防突費用330元。

在實際生產過程中，要求礦井在不同的采區進行預測預報工作，實現小直徑超前排放鉆孔、松動爆破和瓦斯地質法的具體操作，利用瓦斯地質法在地下3000m處挖掘巷道，利用小直徑超前排放鉆孔和松動爆破在地下5000m處挖掘巷道，實現預測預報方案的不同比較。實現對煤與瓦斯突出事故的分析取樣和技術鑒定能夠預測預報煤與瓦斯突出事故的危及狀況，細化到人員傷害程度和財產損失數目，利用技術數據定性煤與瓦斯突出事故的等級并提供正確處理瓦斯事故的方案和決策。

5 結語

借用瓦斯地質分析法的科學性和系統性，準確預測預報煤與瓦斯突出的采區狀況，實現礦區內部“分區分帶”的瓦斯地質分析。瓦斯地質分析在煤與瓦斯突出預測預報的工作中要重點突出危險區，做好瓦斯事故的安全防護工作，實現礦井的科學操作，維護煤礦企業的經濟和社會效益，為加強我國煤礦行業的發展做出積極貢獻。

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作者簡介：賀文陽（1979-），男，山西襄汾人，山西汾西瑞泰能源有限公司通風部長，工程師，研究方向：礦井通風瓦斯治理。

（責任編輯：蔣建華）