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1、第#卷第期煤 矿 安 全)年月试验研究文章编号：!# $ %&(（)） $ * $ #煤与瓦斯突出预测敏感指标及临界值研究朱庆华（中国矿业大学，江苏 徐州 )!+）摘 要：文章通过实验及现场参数测定结果，分析提出了张集矿煤与瓦斯突出预测敏感指标及临界值，为该矿的突出预测提供了合理的数据和方法。关键词：突出预测；敏感指标；临界值中图分类号：,-*!# . )文献标识码：/张集煤矿为徐州矿区第一个煤与瓦斯突出矿井。随着矿井开采规模的扩大，开采水平的不断延深，煤与瓦斯动力现象也越来越严重，到目前为止，已发生 # 次煤与瓦斯突出动力现象。为了有效防止突出发生，保障安全生产，在 $ * 0 东二采区进行
2、了煤与瓦斯突出预测研究。通过对实验室及现场参数测定结果进行的分析，得出了该矿的突出预测敏感指标及临界值，取得了很好的效果。该项工作的开展及所取得的成果，将对徐州矿区的防突工作具有重要的指导意义。! 矿井及试验区概况张集煤矿生产能力 & 万 1 2 3。矿井开拓方式为混合立井多水平联合布置开拓，首水平为 $ # 0，第二水平 $ * 0。采煤方法为采区前进区段后退走向长壁采煤法。矿井 !& 年前为低瓦斯矿井；!& 年起至今，鉴定结果为高瓦斯矿井，矿井东翼 $ *+ 0 水平以下采区为突出危险区域，已按突出区域管理。试验区为 $ * 0 水平东二采区，该区至今已发生 # 次煤与瓦斯动力现象，喷出煤
3、量 )*4 1，涌出瓦斯 4 # 0#。试验地点为 &%+ 工作面皮带机道，工作面标高 $ *4 0 5 $ +&4 0，上部为已回采完毕的 &% 工作面，东部为东九皮带下山煤柱，西部为未开采区，深部为 6) 断层。巷道在 & $ ) 煤层中掘进，煤层呈缓波状构造，煤层走向 7)48 5 %489，倾向 7:，厚 ) . 5 % . 0，平均 # . % 0；倾角 !8 5 )8，平均为 !+8，东部较缓，西部倾角较大。煤质上部松软，裂隙较发育，层间滑动明显。) 煤巷掘进面的突出预测方法突出危险性预测采用钻屑解吸指标法和钻孔瓦斯涌出初速度法，测定指标为钻屑解吸指标! !)、钻孔钻屑量 、瓦斯涌
4、出初速度 #。预测时，在工作面断面内煤质硬度相对较软的分层中水平布置 # 个直径 !%) 00、深 ! 0 的预测钻孔，无较软分层的则钻孔布置在工作面中央。! 个钻孔位于工作面中部，平行巷道掘进方向；另 ) 个钻孔布置在巷帮，开孔距巷帮 . 4 0，终孔控制巷道轮廊线外 ) 0，与巷道夹角 !48。打钻时，每打 ! 0 钻孔测一次钻屑量指标 ，每间隔 ) 0，即 )、%、+、! 0 深处采集煤钻屑，测定钻屑解吸指标!:!)，并迅速退出钻杆插入 ;7$ ! 型胶囊封孔器，留 . 4 0 深测量室进行封孔，在 ) 0 ) ?3， A 2 0，# % $ 4 B 2 0=。当测定的预测指标!) C
5、) ?3、 C A 2 0 且 # C % $ 4 B 2 0=时，工作面预测为无突出危险工作面，留 ) 0 预测超前距采用远距离放炮安全防护措施进行掘进作业，即允许进尺深度为预测孔深减 ) 0；反之则应采取超前排放钻孔措施，经措施效果检验不超标时才允许进尺。否则应采取补充防突措施后再进行效果检验。万方数据 * 第!卷第期煤 矿 安 全*年月+! 预测指标的现场考察和临界值确定!#煤样采集和实验室考察结果分析从 $%& 皮带机道，采集了煤层软、硬分层的煤样，在实验室考察了钻孔瓦斯解吸指标! 同瓦斯压力 、瓦斯放散初速度!、煤坚固性系数# 之间的关系，实验表明，随着吸附平衡压力 的增大! 也增大
6、，两煤样钻屑瓦斯解吸规律见图#。图 # 煤样瓦斯解吸指标! 同瓦斯压力 关系# ( 煤样# ( 煤样根据抚顺分院国家“八五”科技攻关项目研究成果，钻屑解吸指标! 同吸附平衡压力及突出危险性综合指标 $ 之间存在以下关系：! ) %&$（#）式中的 %、&、 为依赖于煤种的实验常数。&、 为正值表明煤样随着解吸瓦斯压力 和突出危险性指标 $ 的增加，钻屑解吸指标! 也增加，同时 &、 还反映了瓦斯压力与煤质指标同钻屑解吸指标 ! 的密切程度；% 主要同煤种有关。将测得的两组煤样数据进行多元数据拟合，得出钻屑解吸指标! 同吸附平衡压力及突出危险性综合指标 $ 之间较好地符合以下关系：! ) #$&
7、 ( & * (+%, &$* (#- +（ ）根据防治煤与瓦斯突出细则预测煤层突出危险性单项指标临界值 $* -% ./0、综合指标$#,，代入（）式得钻屑解吸指标参考临界值为：! ! ) #$& ( & 1 * ( -%* (+%, & 1 #,* ( #- + ) !# ( 取钻屑解吸指标! 参考临界值为 !* /0。!现场参数测定结果分析在 $%& 皮带机道跟踪巷道 * 2 进行了煤与瓦斯突出预测和效果检验。该处 #$, 年曾发生过一次煤与瓦斯动力现象，之后一度停掘，*年 # 月下旬才恢复掘进。在清理完掘进面后第一次进行煤与瓦斯突出预测，不超标后允许进尺, 2，之后第二次预测即有钻屑量
8、及钻屑解吸指标超标现象（+ 2 处测定钻屑量 ) 最大值为 # 34 52，钻屑解吸指标! 最大为 !* /0），因此实施超前钻孔措施。在打措施孔时有响煤炮、喷孔等动力现象，最远喷孔距离 # 2。为了保证掘进安全，此后在该地点不进行煤与瓦斯突出预测这一环节，直接实施超前排放钻孔防突措施。然后再进行效果检验，若有指标超过细则给定临界值，则再进行补充防突措施。在 * 2 巷道共进行措施效果检验 %, 次，有#, 次预测工作面有煤与瓦斯突出危险，检验防突措施失效率为 ! !6，超限指标值与次数统计见图 。有 *6 7 &*6的防突措施钻孔施工时在不同孔段有喷孔、夹钻、响煤炮等动力现象，采取措施后无一
9、次发生突出，说明排放钻孔起到了释放瓦斯、降低应力的作用。由于在该地点是首次实行“四位一体”防突措施，对于防突措施的设计以及打钻施工处于刚开始摸索阶段，故而检验措施失效率较大，应实测钻孔瓦斯排放半径，然后制定合理有效的防突措施，则可使检验防突措施失效率降低，提高工效。图 三指标效果校验超标最大值随第次分布#! *! )用检验措施失效率、检验措施失效准确率和检验措施有效准确率对突出预测三指标进行统计结果表明，三指标效果检验超限次数 ! 为 # 次、) 为 , 次、* 为 #* 次，三指标检验措施失效率! ! 为 + ( -+ 、) 为 # ( #+ 、* 值为 *+ 。从图 中可以看出，在 #,
10、次检验工作面有突出危险中 & 万方数据文献标识码：/第#卷第期煤 矿 安 全)年月试验研究文章编号：!# $ %&(（)） $ & $ %火风压计算的新模型王树刚，王如竹（上海交通大学，上海 )#）摘 要：在进行矿井火灾紧急计划设计时，要求预先计算火灾与通风的相互作用，因而涉及到火风压的计算及其特性问题。本文将风网中的空气流动作为一维可压缩流体的非定常流动，提出计算火风压的新模型，可实现火风压被自动地加入到网络解算模型中。关键词：矿井火灾；火风压；自然风压中图分类号：*+,-) . )矿井火灾灾变通风理论是指导通风工程师正风压的作用与风流逆转的可能性，有利于采取有确处理火灾事故的基础，而火风压
11、的计算及其特效的预防措施控制火灾时期的风流流动。性是火灾灾变通风理论的核心。矿井火灾发生一般计算火风压的方法都是在定常流动条件后，在其所波及的范围内，形成与自然风压作用相下推导获得的。文献 还提出了火区火风压的#仿的火风压（可看作是矿井火灾时期自然风压的计算式。在计算风网的风流状态时，这些火风压增量）。火灾产生的热干扰正常通风，火风压可以值常人为地加入网络模型中。由于灾变时期通风使风量增加或减少，甚至引起局部地区风流的逆系统内风流状态的变化相当复杂，风流温度和围转，或者形成有爆炸性的甲烷混合气体，从而造成岩温度随时间变化，风网中的空气流动应作为一人员的大量伤亡和增加灭火的困难。及时掌握火维可压
12、缩流体的非定常流动。文献 建立了一%!单一指标超限为 - 次（0 值 ) 次、1)# 次），有两个或三个指标同时超限为 ! 次，但1) 在 !- 次预测工作面有突出危险中的涵盖范围达到 23 。由以上统计结果可以看出，1) 对预测危险性最敏感，0 值次之，4 值相对不敏感。由于措施检验失效后均采取补充防突措施而安全掘进，没有发生一次真正的煤与瓦斯突出，检验失效准确率和措施检验有效准确率均达到 !3 。考虑到1) 在突出预测及效果检验中超限次数多，涵盖范围大，可以认为用单一指标1) 来预测煤与瓦斯突出性是可行的，即 1) 为突出预测敏感指标。在所测1)!) 次超标中，不小于 )# 56 的占 &
13、)3 ，而实验室测定结果也为 )# 56；实际突出预测中，在预测值低于 )# 56 的突出预测循环中没有发生煤与瓦斯突出现象，所以预测突出危险性临界值定为 )# 56 是完全可行的。作者简介：朱庆华（!&) $ ），男，高级工程师，现为中国矿业大学工硕研究生，徐州矿务集团公司张集矿总工程师。（收稿日期：)! $ ! $ #；责任编辑：齐秀昆） !#$% & (&)* )$ +,-), .#/#01 20,$34)3&!,1335, 6$,7 )$ (0334)* 8)*#,9:; 3= $ -#)（/768 9:;:;?A:BC 7D /1:;6，E:6;/10)4：/768 6;H I?B16;? 7FBJFAB K?H:L6B:7; A?;A:B:? :;H?M 6;H L:B:L68 68F? :A 7JB6:;?H B17F1 6;68CG:;:H:; ?6A7;6J8? H6B6 6;H I?B17H D7 7FBJFAB K?H:L6B:7; :; P16;? :;H?M；L:B:L68 68F?万方数据 &