具有突出和沖擊地壓雙重危險煤層工作面的動力災害預測理論與實踐
作者：中國礦業商務網
2008-12-15 00:00
來源：不詳
1 礦井瓦斯地質及動力現象特點
平頂山十二礦井田南邊是一個大的西北走向的向斜構造和斷層，開采二疊系山西組己組煤層，該組煤層距地表垂深150～1000m，自上而下為己15、己16、己17煤層。由于成煤環境影響，井田范圍內各煤層間距變化使煤層時分時合，煤層頂底板均為砂質混巖。礦井發生瓦斯動力災害的六采區和七采區位于不同的地質構造帶。六采區位于背斜和向斜軸部開采己組煤己15和己17該組煤總厚5m，煤層破壞嚴重、構造發育，埋深300～480m；七采區淺部位于向斜末端，中部和深部是單斜結構，在七采區己組煤分叉為兩層，即己15和己15，其厚度分別為3.5，2m，層間距為4m；煤層結構整體性較好，僅局部煤層破壞嚴重，深部煤層傾角變大。七采區己15煤層距地表垂深250～1000m，占次發生動力現象的地點距地表垂深在500m左右。
平頂山十二礦測得六采區己組煤層瓦斯壓力為1.0MPa，七采區己15煤層瓦斯壓力為2.0MPa，煤層堅固性系數?=0.117～0.84，瓦斯放散初速度Δp=4~13。
根據我國礦井動力現象的分類，平頂山十二礦所發生的24次突出具有如下特點：
1)礦井動力災害發生地點分布具有明顯的區域性。六采區己15煤層的19次動力現象幾乎全部集中在牛莊向斜北翼和郭莊背斜南翼(即兩褶曲的公共翼)，此區域與相鄰區域相比，受礦井主要構造影響最嚴重，煤層較破碎并有明顯的軟分層；而七采區己15煤層的5次動力現象有4次集中發生在煤層傾角變大的深部區域。
2)礦井己15煤層動力現象在不同區域的預兆及其特征存在明顯的差異。六采區動力現象位置煤層有明顯的破壞特征，其主要破壞類型為Ⅳ和V類，動力現象的預兆主要表現為軟分層增厚，瓦斯涌出忽大忽小，頂鉆、夾鉆、響煤爆聲等。七采區動力現象預兆及特征與六采區不同，有3次動力現象地點的煤層基本沒有破壞，屬于Ⅱ類破壞煤，拋出的煤沒有分選性，塊煤體積達1.4m×1.2m×0.8m；在另兩個動力現象位置，煤的破壞類型分別為Ⅲ和Ⅳ類；另外，在七采區工作面煤壁伴隨煤爆聲往往有煤粒彈射、煤塊片落、煤塵飛揚等現象，鉆孔煤屑升溫達5℃，粒度大，其中3mm粒度占30%以上，而工作面瓦斯涌出量較小，局部巷道段小于0.3m3/min，存在明顯的沖擊地壓預兆。
3)大多數突出發生在煤層厚度變化區域，63%的突出發生在斷層附近20m范圍內，在小斷層10m附近發生突出的頻率也較高。
4)突出主要發生在煤巷掘進，石門揭煤僅發生了1次突出。
5)礦井動力現象與作業工序有關。其中放炮、挖煤、打鉆、裝煤、支架過程均有動力現象發生，占總次數的比例分別為54%，17%，12.5%，12.5%，4%。
2 煤巷工作面突出危險性預測的基本理論及方法
采掘工作面煤巖體在地應力、瓦斯壓力作用下，積累了大量的彈性變形能，一旦煤層或煤層中較硬的塊體在采掘作業誘導作用下突然破碎，積累在煤巖體的彈性能瞬間釋放，并在工作面形成柔性加載，就會產生動力現象。煤與瓦斯突出和沖擊地壓都是在極限應力條件下煤巖體突然破壞所發生的動力現象。一般情況，在基本沒有瓦斯作用，煤層完整，煤體脆性較好時，這種動力現象表現為沖擊地壓；當瓦斯作用較小，煤層存在構造煤軟分層時，則表現為煤的突然壓出或傾出；當參與動力現象的瓦斯作用達到一定數量級時，彈性能的釋放使煤體破碎并移動，瓦斯解吸及其內能的釋放使煤體破碎和移動加強，煤的進一步破碎又為瓦斯內能的瞬間釋放創造條件，并為搬運突出物提供了豐富的能量和載體，從而產生煤與瓦斯突出。
平頂山十二礦己15煤層具有突出和沖擊地壓雙重危險，煤巷掘進工作面突出危險性采用鉆孔預測指標鉆屑量S、瓦斯涌出初速度q和瓦斯涌出衰減系數cq等進行預測，其方法如下：
1)在煤巷掘進工作面布置2～3個預測孔，孔徑為42mm，孔深為8～10m，鉆孔盡可能布置在軟分層內，其中1個鉆孔位于巷道的中部與掘進方向一致，其他鉆孔底部應控制在巷道輪廓線外3m。
2)預測孔的鉆進速度應控制在1m/min，當鉆進到3m孔深時，孔底留1m測量室，用特殊的封孔器封孔，連續測量5min內的瓦斯涌出量，要求從打鉆結束到開始測量所用時間不超過2min。鉆孔瓦斯涌出初速度q就是第1min的瓦斯涌出量，瓦斯涌出衰減系數cq即是第5mm的瓦斯涌出量與第1min的瓦斯涌出量的比值(cq=q5/q1)。同時，每鉆進1m測定1次鉆悄量。
3)預測沒有突出危險的工作面留3m的掘進超前距。預測有突出危險的工作面，采取超前鉆孔措施后經效檢沒有突出危險時，留5m的安全煤柱掘進。
3 預測指標現場考察
3.1 正常工作面預測指標考察結果
在對礦井近1000m巷道掘進中測得的超過5000組S，q，cq數據進行整理和分析，發現具有以下規律：
1)q值一般較小，隨預測鉆孔長度增加q值緩慢上升。在5個正常工作面測得q值平均值隨鉆孔長度變化為qmax=0.2H-0.43，其相關系數r=0.9964，qmax一般出現在工作面前方5～8m處，qmax=20L/(min·m)；q大于4 (min·m)時，cq=0.7～1.3，cmax=1.1，鉆孔瓦斯涌出在規定時間內基本不衰減。
2)一般情況下，鉆屑量S為2kg/m，其Smax=6kg/m。在預測鉆孔長度3～10m，其鉆屑量的平均值Save分別為1.6，1.6，1.7，1.2，2.4，2.0，2.1。1.8kg/m。
3.2 異常工作面預測指標考察結果
在異常工作面掘進，出現危險預兆或預測指標測定值發生明顯變化。礦井在六、七采區5條巷道共掘進1200m，出現7個突出危險地段，總計118m，此巷道段35次預測有突出危險性，統計數據如下：
1)鉆屬量S<6kg/m和6≤S≤15kg/m的次數分別為9次和26次。
2)瓦斯涌出初速度q<4 L/(min·m)和4 3)當q>4L/(min·m)時，cqave=0.63，cqmax=0.94，鉆孔瓦斯在規定時間內有衰減。
七采區己15-17171運輸巷異常區3個預測點的預測指標測定結果見表1。
表1 異常工作面預測指標測定結果
續表
表1中第1異常地點：煤的堅固性系數，=0.8，鉆進容易，在第3m和第10m時有強烈的煤爆聲，伴隨煤壁彈出0.5t煤，鉆屑量是正常鉆進的2~15倍，鉆屑粒度大于3mm占鉆屑總量的30%以上，地應力的釋放以及鉆桿與煤屑的摩擦導致鉆屑溫度比煤壁溫度提高約5℃；但q值較小，qmax=0.2L/(min·m)，見圖1。
圖1 預測和效果檢驗指標曲線
此時工作面絕對瓦斯涌出量為0.3m3/min，該工作面異常現象屬于沖擊地壓危險。施工卸壓鉆孔后，在措施孔之間進行效果檢驗，效檢指標S比預測減小30%，而q值增大到2.8L/(min·m)。安全掘進4m后，繼續采用該預測技術成功地預測出該巷道段15 m長度范圍內有沖擊地壓危險，在采取超前鉆孔措施后順利完成掘進。
表1中第2異常地點：煤變軟，光澤變暗，屬于Ⅳ和V類破壞，具有流變特性。鉆孔過程中有夾鉆現象，q和cq變化明顯，而S沒什么變化。表1中第3異常地點：煤塊暗淡，屬于Ⅲ和Ⅳ類破壞。在打鉆過程中有嚴重的吸鉆現象，并有煤炮聲，s，q，cq變化都很明顯。兩個地方的動力現象都屬于煤與瓦斯突出范疇。其突出危險地段長分別達到10m，在實施超前鉆孔措施后順利掘完了兩危險巷道段。
4 預測指標的敏感性和臨界值分析
預測指標的敏感性是指在一定的地質和開采技術條件下，指標的大小及其變化與突出危險的相關性。只有當測試指標大小及其變化規律與突出危險性之間有良好的相關性且指標變化幅度足以克服測試誤差的影響，指標才算敏感的。敏感指標臨界值的確定以現場考察為主，理論分析為輔；同時，考慮安全與經濟原則。
4.1 鉆屑量指標S
鉆屑量指標反映煤的力學特性、地應力和瓦斯壓力綜合因素作用，指標的大小主要與煤層地應力和煤的力學特性有關。平頂山十二礦的突出以壓出類型為主，煤層易碎，S指標一般比較敏感。根據正常區域現場考測，在鉆孔鉆進方向上，S一般為2kg/m且沿鉆孔方向變化不大。在有突出危險區域，預測孔深范圍S達到3～15kg/m，且在工作面前方5m的S>6kg/m；當工作面前方3 m的位置S>6kg/m時，無論是Ⅱ、Ⅲ類煤，還是Ⅳ和V類破壞煤．一般情況，除存在煤爆聲外，還發生頂鉆和夾鉆等突出預兆。在對有突出危險工作面采取措施后，S降低到小于7kg/m，工作面留5m安全煤柱實現了安全掘進。因此，鉆屑量指標臨界值S0=6kg/m。
4.2 瓦斯涌出初速度q及其衰減系數cq
胡千庭教授等研究表明：
式中
σ0——煤層原始地應力，MPa；
λ0——煤層原始滲透系數，m2，(MPa2·d)；
p0—煤層原始瓦斯壓力，MPa；
?——煤的堅固性系數。
g和cq在以瓦斯壓力為主要動力現象的工作面是敏感的。
在平頂山十二礦發生突出的地點既有Ⅱ、Ⅲ類破壞煤，又有Ⅳ和V類破壞煤。當工作面為Ⅱ、Ⅲ類破壞煤并有突出或沖擊地壓危險時，q值較小甚至測定值為0；其中1次預測q值相對較大，cq>0.7。在工作面為Ⅳ、V類破壞煤中，q和cq與突出危險有明顯的關系，在有突出預兆的工作面，cmax=4~20L/(min·m)，cq=0.2～0.94，qave=0.63。顯然，在I、Ⅱ、Ⅲ類煤中，q和q指標不敏感，在Ⅳ、V類破壞煤中，q和q較敏感。
事實上，噴孔就是一個在孔中的小型突出，在噴孔這個地方的q和cq值接近于該工作面落煤技術條件下的臨界值。經綜合分析，q和cq指標的臨界值分別為4 L/(min·m)和0.65。
應當指出，當q和cq較大時，工作面瓦斯涌出量也較大。所以基于礦井通風和瓦斯技術管理安全目的，當q值達到某一值(在平頂山十二礦為q≥20L/(min·m))，無論其他指標超限與否，工作面必須采取相應措施確保生產安全。
綜上所述，瓦斯涌出初速度q及其衰減系數cq的臨界值為：4≤q<20L/(min·m)且cq≤0.65，有突出危險；q≥20 L/(min·m)，有突出危險；其他，沒有突出危險性。
4.3 綜合指標R和cq
單一指標不能完全反映各種類型的瓦斯動力現象的影響因素，其臨界值附近的指標測定值也沒有絕對意義上的突出與非突出概念。因此，可用綜合指標R判斷突出危險。
綜合指標的臨界值為R06。當R≥6或cq≤0.65時，工作面有突出危險性；當0q>0.65時，工作面無突出危險性；當R<0時，由單項指標S，q，cq確定工作面突出危險。
5 臨界值的合理確定分析
臨界值的合理確定應該考慮一個經濟安全原則，一般依據下列指標分析：
式中η1——預測突出率，%；
N——預測總次數；
NT——預測有突出危險次數；
η2——預測不突出的準確率，%；
NB——預測不突出的次數；
NA——預測不突出次數中實際無突出危險的次數。
在掘進的1200m中7處有突出危險，突出危險長度為118m，共預測183次，正常148次，異常35次(這里的異常指：工作面施工預測或措施鉆孔時，有嚴重突出預兆或明顯沖擊地壓顯現預兆)，每個預測指標見表2。
表2 預測結果統計
表2表明，平頂山十二礦七采區己15煤層采用S，q及cq單項指標預測動力現象不發生準確率低于95%，可靠性較低；其中S比q和cq更敏感。綜合指標R和cq預測動力現象不發生準確率達100%，可靠性較高，能滿足礦井安全生產需要。
平頂山十二礦在七采區己15煤層推廣應用上述預測方法已達10a，采掘工程達10余km。當預測無突出危險時，工作面留3m的預測超前距；當預測有突出危險的工作面，以單項指標超限點在掘進方向留5m超前距或采取超前鉆孔措施后經效檢無突出危險時留5m的安全煤柱掘進，杜絕了動力現象的發生，確保安全生產，進一步證實了所研究的敏感指標是合理、可靠的。
6 結論
平頂山十二礦己15煤層瓦斯地質差異較大，不同區域煤層動力現象特征不同，具有突出和沖擊地壓雙重危險，其煤層動力現象預測必須采用綜合指標。
1)煤巷掘進工作面動力災害預測布置2～3個預測鉆孔，孔長8～10m，孔徑為42mm，其中1個鉆孔與巷道掘進方向一致，其他鉆孔的底部控制在巷道輪廓線外3m。綜合預測指標臨界值R0=6，cq0=0.65是合理的。
2)單項指標鉆屑量臨界值S0=6k/m；瓦斯涌出初速度q及其衰減系數cq臨界值為：4≤q<20L/(min·m)且cq≤0.65，有突出危險；q≥20L/(min·m)，有突出危險；其他，沒有突出危險性。
3)R=(Smax-2)(qmax-4)，R和cq的臨界值是：R≥6或cq≤0.65，有突出危險；0q>
0.65，無突出危險；R<0，采用單一指標預測。
4)工作面預測無突出危險時，留3m的預測超前距；預測有突出危險的工作面，以單項指標超艱點在掘進方向留5m超前距或采取超前鉆孔措后經效檢無突出危險時，在巷道掘進方向上檢驗孔的最小投影距留5m的安全煤柱掘進。
參考文獻
[1] 胡千庭，邵軍，文光才，等.工作面預測敏感臨界指標值確定方法的研究[R].重慶：煤炭科學研究總院重慶分院，1995
平頂山十二礦井田南邊是一個大的西北走向的向斜構造和斷層，開采二疊系山西組己組煤層，該組煤層距地表垂深150～1000m，自上而下為己15、己16、己17煤層。由于成煤環境影響，井田范圍內各煤層間距變化使煤層時分時合，煤層頂底板均為砂質混巖。礦井發生瓦斯動力災害的六采區和七采區位于不同的地質構造帶。六采區位于背斜和向斜軸部開采己組煤己15和己17該組煤總厚5m，煤層破壞嚴重、構造發育，埋深300～480m；七采區淺部位于向斜末端，中部和深部是單斜結構，在七采區己組煤分叉為兩層，即己15和己15，其厚度分別為3.5，2m，層間距為4m；煤層結構整體性較好，僅局部煤層破壞嚴重，深部煤層傾角變大。七采區己15煤層距地表垂深250～1000m，占次發生動力現象的地點距地表垂深在500m左右。
平頂山十二礦測得六采區己組煤層瓦斯壓力為1.0MPa，七采區己15煤層瓦斯壓力為2.0MPa，煤層堅固性系數?=0.117～0.84，瓦斯放散初速度Δp=4~13。
根據我國礦井動力現象的分類，平頂山十二礦所發生的24次突出具有如下特點：
1)礦井動力災害發生地點分布具有明顯的區域性。六采區己15煤層的19次動力現象幾乎全部集中在牛莊向斜北翼和郭莊背斜南翼(即兩褶曲的公共翼)，此區域與相鄰區域相比，受礦井主要構造影響最嚴重，煤層較破碎并有明顯的軟分層；而七采區己15煤層的5次動力現象有4次集中發生在煤層傾角變大的深部區域。
2)礦井己15煤層動力現象在不同區域的預兆及其特征存在明顯的差異。六采區動力現象位置煤層有明顯的破壞特征，其主要破壞類型為Ⅳ和V類，動力現象的預兆主要表現為軟分層增厚，瓦斯涌出忽大忽小，頂鉆、夾鉆、響煤爆聲等。七采區動力現象預兆及特征與六采區不同，有3次動力現象地點的煤層基本沒有破壞，屬于Ⅱ類破壞煤，拋出的煤沒有分選性，塊煤體積達1.4m×1.2m×0.8m；在另兩個動力現象位置，煤的破壞類型分別為Ⅲ和Ⅳ類；另外，在七采區工作面煤壁伴隨煤爆聲往往有煤粒彈射、煤塊片落、煤塵飛揚等現象，鉆孔煤屑升溫達5℃，粒度大，其中3mm粒度占30%以上，而工作面瓦斯涌出量較小，局部巷道段小于0.3m3/min，存在明顯的沖擊地壓預兆。
3)大多數突出發生在煤層厚度變化區域，63%的突出發生在斷層附近20m范圍內，在小斷層10m附近發生突出的頻率也較高。
4)突出主要發生在煤巷掘進，石門揭煤僅發生了1次突出。
5)礦井動力現象與作業工序有關。其中放炮、挖煤、打鉆、裝煤、支架過程均有動力現象發生，占總次數的比例分別為54%，17%，12.5%，12.5%，4%。
2 煤巷工作面突出危險性預測的基本理論及方法
采掘工作面煤巖體在地應力、瓦斯壓力作用下，積累了大量的彈性變形能，一旦煤層或煤層中較硬的塊體在采掘作業誘導作用下突然破碎，積累在煤巖體的彈性能瞬間釋放，并在工作面形成柔性加載，就會產生動力現象。煤與瓦斯突出和沖擊地壓都是在極限應力條件下煤巖體突然破壞所發生的動力現象。一般情況，在基本沒有瓦斯作用，煤層完整，煤體脆性較好時，這種動力現象表現為沖擊地壓；當瓦斯作用較小，煤層存在構造煤軟分層時，則表現為煤的突然壓出或傾出；當參與動力現象的瓦斯作用達到一定數量級時，彈性能的釋放使煤體破碎并移動，瓦斯解吸及其內能的釋放使煤體破碎和移動加強，煤的進一步破碎又為瓦斯內能的瞬間釋放創造條件，并為搬運突出物提供了豐富的能量和載體，從而產生煤與瓦斯突出。
平頂山十二礦己15煤層具有突出和沖擊地壓雙重危險，煤巷掘進工作面突出危險性采用鉆孔預測指標鉆屑量S、瓦斯涌出初速度q和瓦斯涌出衰減系數cq等進行預測，其方法如下：
1)在煤巷掘進工作面布置2～3個預測孔，孔徑為42mm，孔深為8～10m，鉆孔盡可能布置在軟分層內，其中1個鉆孔位于巷道的中部與掘進方向一致，其他鉆孔底部應控制在巷道輪廓線外3m。
2)預測孔的鉆進速度應控制在1m/min，當鉆進到3m孔深時，孔底留1m測量室，用特殊的封孔器封孔，連續測量5min內的瓦斯涌出量，要求從打鉆結束到開始測量所用時間不超過2min。鉆孔瓦斯涌出初速度q就是第1min的瓦斯涌出量，瓦斯涌出衰減系數cq即是第5mm的瓦斯涌出量與第1min的瓦斯涌出量的比值(cq=q5/q1)。同時，每鉆進1m測定1次鉆悄量。
3)預測沒有突出危險的工作面留3m的掘進超前距。預測有突出危險的工作面，采取超前鉆孔措施后經效檢沒有突出危險時，留5m的安全煤柱掘進。
3 預測指標現場考察
3.1 正常工作面預測指標考察結果
在對礦井近1000m巷道掘進中測得的超過5000組S，q，cq數據進行整理和分析，發現具有以下規律：
1)q值一般較小，隨預測鉆孔長度增加q值緩慢上升。在5個正常工作面測得q值平均值隨鉆孔長度變化為qmax=0.2H-0.43，其相關系數r=0.9964，qmax一般出現在工作面前方5～8m處，qmax=20L/(min·m)；q大于4 (min·m)時，cq=0.7～1.3，cmax=1.1，鉆孔瓦斯涌出在規定時間內基本不衰減。
2)一般情況下，鉆屑量S為2kg/m，其Smax=6kg/m。在預測鉆孔長度3～10m，其鉆屑量的平均值Save分別為1.6，1.6，1.7，1.2，2.4，2.0，2.1。1.8kg/m。
3.2 異常工作面預測指標考察結果
在異常工作面掘進，出現危險預兆或預測指標測定值發生明顯變化。礦井在六、七采區5條巷道共掘進1200m，出現7個突出危險地段，總計118m，此巷道段35次預測有突出危險性，統計數據如下：
1)鉆屬量S<6kg/m和6≤S≤15kg/m的次數分別為9次和26次。
2)瓦斯涌出初速度q<4 L/(min·m)和4
七采區己15-17171運輸巷異常區3個預測點的預測指標測定結果見表1。
表1 異常工作面預測指標測定結果
續表
表1中第1異常地點：煤的堅固性系數，=0.8，鉆進容易，在第3m和第10m時有強烈的煤爆聲，伴隨煤壁彈出0.5t煤，鉆屑量是正常鉆進的2~15倍，鉆屑粒度大于3mm占鉆屑總量的30%以上，地應力的釋放以及鉆桿與煤屑的摩擦導致鉆屑溫度比煤壁溫度提高約5℃；但q值較小，qmax=0.2L/(min·m)，見圖1。
圖1 預測和效果檢驗指標曲線
此時工作面絕對瓦斯涌出量為0.3m3/min，該工作面異常現象屬于沖擊地壓危險。施工卸壓鉆孔后，在措施孔之間進行效果檢驗，效檢指標S比預測減小30%，而q值增大到2.8L/(min·m)。安全掘進4m后，繼續采用該預測技術成功地預測出該巷道段15 m長度范圍內有沖擊地壓危險，在采取超前鉆孔措施后順利完成掘進。
表1中第2異常地點：煤變軟，光澤變暗，屬于Ⅳ和V類破壞，具有流變特性。鉆孔過程中有夾鉆現象，q和cq變化明顯，而S沒什么變化。表1中第3異常地點：煤塊暗淡，屬于Ⅲ和Ⅳ類破壞。在打鉆過程中有嚴重的吸鉆現象，并有煤炮聲，s，q，cq變化都很明顯。兩個地方的動力現象都屬于煤與瓦斯突出范疇。其突出危險地段長分別達到10m，在實施超前鉆孔措施后順利掘完了兩危險巷道段。
4 預測指標的敏感性和臨界值分析
預測指標的敏感性是指在一定的地質和開采技術條件下，指標的大小及其變化與突出危險的相關性。只有當測試指標大小及其變化規律與突出危險性之間有良好的相關性且指標變化幅度足以克服測試誤差的影響，指標才算敏感的。敏感指標臨界值的確定以現場考察為主，理論分析為輔；同時，考慮安全與經濟原則。
4.1 鉆屑量指標S
鉆屑量指標反映煤的力學特性、地應力和瓦斯壓力綜合因素作用，指標的大小主要與煤層地應力和煤的力學特性有關。平頂山十二礦的突出以壓出類型為主，煤層易碎，S指標一般比較敏感。根據正常區域現場考測，在鉆孔鉆進方向上，S一般為2kg/m且沿鉆孔方向變化不大。在有突出危險區域，預測孔深范圍S達到3～15kg/m，且在工作面前方5m的S>6kg/m；當工作面前方3 m的位置S>6kg/m時，無論是Ⅱ、Ⅲ類煤，還是Ⅳ和V類破壞煤．一般情況，除存在煤爆聲外，還發生頂鉆和夾鉆等突出預兆。在對有突出危險工作面采取措施后，S降低到小于7kg/m，工作面留5m安全煤柱實現了安全掘進。因此，鉆屑量指標臨界值S0=6kg/m。
4.2 瓦斯涌出初速度q及其衰減系數cq
胡千庭教授等研究表明：
式中
σ0——煤層原始地應力，MPa；
λ0——煤層原始滲透系數，m2，(MPa2·d)；
p0—煤層原始瓦斯壓力，MPa；
?——煤的堅固性系數。
g和cq在以瓦斯壓力為主要動力現象的工作面是敏感的。
在平頂山十二礦發生突出的地點既有Ⅱ、Ⅲ類破壞煤，又有Ⅳ和V類破壞煤。當工作面為Ⅱ、Ⅲ類破壞煤并有突出或沖擊地壓危險時，q值較小甚至測定值為0；其中1次預測q值相對較大，cq>0.7。在工作面為Ⅳ、V類破壞煤中，q和cq與突出危險有明顯的關系，在有突出預兆的工作面，cmax=4~20L/(min·m)，cq=0.2～0.94，qave=0.63。顯然，在I、Ⅱ、Ⅲ類煤中，q和q指標不敏感，在Ⅳ、V類破壞煤中，q和q較敏感。
事實上，噴孔就是一個在孔中的小型突出，在噴孔這個地方的q和cq值接近于該工作面落煤技術條件下的臨界值。經綜合分析，q和cq指標的臨界值分別為4 L/(min·m)和0.65。
應當指出，當q和cq較大時，工作面瓦斯涌出量也較大。所以基于礦井通風和瓦斯技術管理安全目的，當q值達到某一值(在平頂山十二礦為q≥20L/(min·m))，無論其他指標超限與否，工作面必須采取相應措施確保生產安全。
綜上所述，瓦斯涌出初速度q及其衰減系數cq的臨界值為：4≤q<20L/(min·m)且cq≤0.65，有突出危險；q≥20 L/(min·m)，有突出危險；其他，沒有突出危險性。
4.3 綜合指標R和cq
單一指標不能完全反映各種類型的瓦斯動力現象的影響因素，其臨界值附近的指標測定值也沒有絕對意義上的突出與非突出概念。因此，可用綜合指標R判斷突出危險。
綜合指標的臨界值為R06。當R≥6或cq≤0.65時，工作面有突出危險性；當0
5 臨界值的合理確定分析
臨界值的合理確定應該考慮一個經濟安全原則，一般依據下列指標分析：
式中η1——預測突出率，%；
N——預測總次數；
NT——預測有突出危險次數；
η2——預測不突出的準確率，%；
NB——預測不突出的次數；
NA——預測不突出次數中實際無突出危險的次數。
在掘進的1200m中7處有突出危險，突出危險長度為118m，共預測183次，正常148次，異常35次(這里的異常指：工作面施工預測或措施鉆孔時，有嚴重突出預兆或明顯沖擊地壓顯現預兆)，每個預測指標見表2。
表2 預測結果統計
表2表明，平頂山十二礦七采區己15煤層采用S，q及cq單項指標預測動力現象不發生準確率低于95%，可靠性較低；其中S比q和cq更敏感。綜合指標R和cq預測動力現象不發生準確率達100%，可靠性較高，能滿足礦井安全生產需要。
平頂山十二礦在七采區己15煤層推廣應用上述預測方法已達10a，采掘工程達10余km。當預測無突出危險時，工作面留3m的預測超前距；當預測有突出危險的工作面，以單項指標超限點在掘進方向留5m超前距或采取超前鉆孔措施后經效檢無突出危險時留5m的安全煤柱掘進，杜絕了動力現象的發生，確保安全生產，進一步證實了所研究的敏感指標是合理、可靠的。
6 結論
平頂山十二礦己15煤層瓦斯地質差異較大，不同區域煤層動力現象特征不同，具有突出和沖擊地壓雙重危險，其煤層動力現象預測必須采用綜合指標。
1)煤巷掘進工作面動力災害預測布置2～3個預測鉆孔，孔長8～10m，孔徑為42mm，其中1個鉆孔與巷道掘進方向一致，其他鉆孔的底部控制在巷道輪廓線外3m。綜合預測指標臨界值R0=6，cq0=0.65是合理的。
2)單項指標鉆屑量臨界值S0=6k/m；瓦斯涌出初速度q及其衰減系數cq臨界值為：4≤q<20L/(min·m)且cq≤0.65，有突出危險；q≥20L/(min·m)，有突出危險；其他，沒有突出危險性。
3)R=(Smax-2)(qmax-4)，R和cq的臨界值是：R≥6或cq≤0.65，有突出危險；0
0.65，無突出危險；R<0，采用單一指標預測。
4)工作面預測無突出危險時，留3m的預測超前距；預測有突出危險的工作面，以單項指標超艱點在掘進方向留5m超前距或采取超前鉆孔措后經效檢無突出危險時，在巷道掘進方向上檢驗孔的最小投影距留5m的安全煤柱掘進。
參考文獻
[1] 胡千庭，邵軍，文光才，等.工作面預測敏感臨界指標值確定方法的研究[R].重慶：煤炭科學研究總院重慶分院，1995
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