掘進工作面敏感指標及臨界值確定

王晉生 張玉明 樊會明

(1.陽煤集團五礦，山西省陽泉市，045000;2.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室，重慶市沙坪壩區，400037;3.中煤科工集團重慶研究院，重慶市沙坪壩區，400037; 4.陽煤集團通風部，山西省陽泉市，045209)

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掘進工作面敏感指標及臨界值確定

王晉生1張玉明2，3樊會明4

(1.陽煤集團五礦，山西省陽泉市，045000;2.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室，重慶市沙坪壩區，400037;3.中煤科工集團重慶研究院，重慶市沙坪壩區，400037; 4.陽煤集團通風部，山西省陽泉市，045209)

根據逢春煤礦6#煤層的特點，分析了鉆屑瓦斯解吸指標K1值預測存在的問題，引進溫差指標進行突出危險性預測。通過現場考察，根據預測指標值的大小隨著突出危險性的大小明顯變化的原則和三率法確定逢春煤礦掘進工作面敏感指標及其臨界值。現場結果表明，利用溫差指標預測突出和非突準確率均達 100%。

掘進工作面 敏感指標 臨界值 溫差指標 三率法

逢春煤礦位于松藻礦區東南部，主要開采6#、7#、8#煤層，各煤層均屬于突出煤層，且突出強度依次增大。根據統計數據，逢春煤礦發生過9次突出事故，其中6#煤層發生過2次突出事故。

逢春煤礦將突出強度較弱的6#煤層作為保護層先行開采，在6#煤層的煤巷掘進工作面主要采取穿層鉆孔或順層鉆孔預抽煤層瓦斯為主的區域綜合防突措施，但在以往的預抽鉆孔施工過程中，頂鉆、噴孔等瓦斯動力現象時有發生，由此6#煤層掘進期間必須要做好防突工作。而工作面突出危險性預測是做好防突工作的前提，因此開展煤巷掘進工作面突出危險性預測敏感指標及其臨界值確定試驗十分必要。

1 試驗地點概況及敏感指標確定

突出危險性預測敏感指標及其臨界值確定的現場試驗一般分為3個階段，首先根據現場實際情況確定出敏感指標；然后對選定的敏感指標進行現場試驗，并初步確定其臨界值；最后通過繼續試驗，驗證已經得到的敏感指標及其臨界值，從而最終確定臨界值。

本次試驗地點選擇在N2621煤巷掘進工作面，該工作面位于+460 m水平N1石門和N2石門之間，其上方為+460 m～+523 m隔水煤柱，開采6#煤層，其下部7#煤層和8#煤層未開采。該工作面煤質堅硬，一般情況下堅固性系數值為0.67，煤層賦存穩定，煤層平均厚度為0.9 m，傾角48°，該區域無大的構造影響，瓦斯含量為18.82 m3/t，為半煤巖巷掘進。

《防治煤與瓦斯突出規定》中明確提出，煤礦煤巷掘進工作可采用鉆屑指標法、復合指標法、R值指標法及其他經試驗證實有效的方法作為突出危險性預測，并要求應針對各煤層發生煤與瓦斯突出的特點和條件試驗確定工作面預測的敏感指標和臨界值，作為判定工作面突出危險性的主要依據。

1.1 鉆屑解吸指標K1值

鉆屑解吸指標K1值是最常用的工作面預測指標之一，K1值是綜合反映煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數及煤的孔隙結構等參數的指標。

表1 N2621工作面瓦斯解吸指標K1值分布范圍表

1.2 溫差指標

1.2.1 溫差預測可行性分析

王宏圖等認為，在高地應力和瓦斯壓力的共同作用下，受到瓦斯吸附和擠壓，煤巖體溫度會升高；同時，煤體聚集高應變能導致頂鉆、噴孔等現象出現時，鉆孔孔底煤壁與鉆頭摩擦時間增加、鉆孔鉆進減慢等也會使鉆屑溫度發生變化，由此提出用煤的鉆屑溫度和煤體溫度進行突出危險性預測是可行的。

另外，瓦斯解吸的過程是吸熱的，吸附于煤顆粒表面的瓦斯從周圍介質獲得能量后被解吸出來，煤中瓦斯大量解吸時，煤體溫度會顯著降低；煤體在地應力作用下發生變形，煤體溫度升高。煤與瓦斯突出和煤的瓦斯解吸過程以及煤層中的應力狀態密切相關，即煤體應力增加時溫度上升，而在卸壓和排放瓦斯時則溫度下降。因此，可以利用測定煤體溫度變化指標來分析煤與瓦斯突出危險性。

1.2.2 敏感指標確定

本次采用的溫差指標為工作面煤壁溫度和巷道風流溫度之差。在工作面煤壁剛暴露時煤壁溫度TB受地溫和煤壁瓦斯解吸影響較大。但隨著時間的推移，煤壁溫度TB主要受風流溫度及由煤壁深部經煤壁涌出瓦斯量大小的影響。因此，選擇工作面風流溫度為基準溫度T0，采用ΔT=T0-TB的指標形式。

根據統計，在2007-2011年期間，6#煤層共進行了1154輪預測，發現有一個共同特點：只要鉆屑溫度、煤體溫度發生了明顯變化，就一定會發生頂鉆或者噴孔等動力現象。因此溫差指標可以作為6#煤層的主要預測指標。

2 敏感指標臨界值初步確定

2.1 溫差指標現場試驗

在+460N2621工作面掘進中，總共跟蹤考察了66個預測循環，計1737個數據，其分布范圍在0～8.5℃之間；在該試驗區溫差指標(ΔT)超過5℃的次數為88次，占5.1%。考察基本情況見表2。

由表2 可知，溫差指標(ΔT)有79.7%集中在0～4℃之間，15.2%的溫差指標分布在4～5℃之間，而大于等于5℃的占5.1%。統計表明，溫差(ΔT)大于5℃時工作面均發生了噴孔等異常現象。

表2 +460N2621溫差指標ΔT值統計表

2.2 應用三率法初步確定溫差指標臨界值

三率法即是根據預測突出率、預測突出準確率和預測不突出準確率對突出預測數據進行分析，從而確定突出預測敏感指標。

根據所測數據，應用三率法對 6#煤層+460N2621、+380N2621掘進工作面的突出預測及效果檢驗結果進行分析，總預測1737次，有突出危險次數88次，預測突出率為100%，預測有危險次數中真正有危險次數為88次，預測突出準確率為100%，預測無突出危險次數為1649次，預測無突出危險次數中果真無突出危險次數為1649次，預測不突出準確率為100%。

從預測結果可以看出，采用溫差指標在現場實測中，溫差指標預測不突出準確率為100%。

根據現場考察可知，當ΔT≥5℃時，打鉆時出現頂鉆、噴孔等動力現象的情況增多，隨著ΔT值增大，類似動力現象就越發明顯和嚴重，而當ΔT<5℃時，掘進期間未有突出動力現象發生。

綜上所述，溫差ΔT為5℃可作為6#煤層突出危險性預測臨界值。

3 敏感指標及臨界值驗證試驗

掘進工作面敏感指標擴大驗證在+460N2631掘進工作面進行，該工作面位于+460N2石門和+460N3石門之間，北部與N3石門相連，南部與N2石門貫穿，緊鄰N2621工作面南部，驗證期間N2631工作面進尺200 m，預測52個循環。

N2631工作面掘進期間僅在工作面開掘位置進行區域防突措施時，預測溫差指標達到臨界值5℃，同時伴隨瓦斯動力現象發生。為了進一步驗證溫差指標的敏感性，在部分地點對區域防突措施前后溫差指標進行了對比，詳見表3。

表3 區域防突措施前后掘進工作面突出危險性預測指標測定結果對比

從表3中可以看出，N2631上巷道開口處溫差預測超標發生了動力現象，但在實施區域措施后，溫差降為3℃，而且動力現象消失。在其他位置的比對中也可以看出，實施區域措施前后，溫差指標變化明顯。

敏感指標驗證試驗表明，溫差指標ΔT是試驗區域敏感指標且指標臨界值合理，適用于礦井試驗區瓦斯地質及開采技術類似條件工作面的突出危險性預測。

4 結論

逢春煤礦應用溫差指標ΔT作為主要敏感指標進行突出危險性預測是可行的，其臨界值為5℃，可在類似開采條件下的工作面應用。

但在地質構造帶、應力集中區等特殊地點應用溫差指標作為主要敏感指標的同時，仍需配合使用鉆屑量S值作為預測指標。

[1] 國家安全生產監督管理總局,國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出規定[M].北京:煤炭工業出版社,2009

[2] 王佑安,王魁軍.工作面突出危險性預測敏感指標確定方法探討[J].煤礦安全, 1991(10)

[3] 曹垚林.掘進工作面突出預測敏感指標及臨界值確定方法[C].全國煤礦學術年會，2007

[4] 張玉明.烏蘭煤礦7#煤層突出危險性敏感指標及臨界值的確定[J]. 礦業安全與環保, 2015(3)

[5] 郭民,郁鐘銘.煤與瓦斯突出影響因素的安全評價研究[J].中國煤炭, 2010(3)

[6] 周應江,張永將.新集一礦6-1#煤層工作面突出預測敏感指標臨界值研究[J].中國煤炭, 2012(6)

(責任編輯 張艷華)

Determination of sensitive index and critical value of driving work face

Wang Jinsheng1, Zhang Yuming2,3, Fan Huiming4

(1. No.5 Coal Mine, Yangquan Coal Industry (Group) Co., Ltd., Yangquan, Shanxi 045000, China;2. National Key Laboratory of Gas Disaster Detecting, Preventing and Emergency Controlling, Shapingba, Chongqing 400037, China;3.Chongqing Research Institute, China Coal Research Institute, Shapingba, Chongqing 400037, China;4. Ventilation Branch, Yangquan Coal Industry (Group) Co., Ltd., Yangquan, Shanxi 045209, China)

According to the characteristics of No. 6 coal seam in Fengchun Mine, the existing problems about prediction of gas desorption indexK1of drill cuttings were analyzed, and temperature difference index was introduced in coal and gas outburst prediction. Through field investigation, combining the rule that prediction index changed obviously along with the coal seam outburst risk and three-rate method, sensitive index and its critical value were determined. The results showed that predictive accuracy rate of the danger of coal and gas outburst and non-outburst reached 100%.

driving work face, sensitive index, critical value, temperature index, three-rate method

王晉生，張玉明等. 掘進工作面敏感指標及臨界值確定[J].中國煤炭，2017,43(7)：131-133. Wang Jinsheng，Zhang Yuming，Fan Huiming. Determination of sensitive index and critical value of driving work face [J]. China Coal, 2017，43(7):131-133.

TD712.53

A

王晉生(1976-)，男，山西省陽泉人，工程師，主要從事煤礦“一通三防”工作。