16第十六章__煤与瓦斯突出预测及效果检验.ppt

第十六章煤与瓦斯突出预测及效果检验,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域突出危险性预测,突出矿井必须对突出煤层进行区域突出危险性预测，区域预测一般根据煤层瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法进行。区域预测主要依据的突出预测指标参数为煤层瓦斯压力和煤层瓦斯含量，并且要求这些参数为井下实测数据。,当煤层具有露头或直接为透气性较好的第四系冲击层覆盖时，在煤层内存在两个不同方向的气体运移；而地面空气、上覆第四系冲击层中生物化学反应生成的气体沿煤层向深部渗透扩散，从而使赋存在煤层内的瓦斯表现出垂向分带特性。煤层瓦斯沿垂向一般可分为瓦斯风化带与甲烷带。,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域突出危险性预测,瓦斯风化带,在瓦斯风化带和瓦斯地质分析法划分出的无突出危险区和突出危险区以外的区域，应根据煤层瓦斯压力P进行预测。,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域突出危险性预测,瓦斯地质分析法,根据已开采区域确切掌握的煤层赋存特征、地质构造条件、突出分布的规律和对预测区域煤层地质构造的探测、预测结果，采用瓦斯地质分析的方法划分出突出危险区域。瓦斯地质分析法主要是找出突出带的宽度与构造轴和采深的数量关系，并不断发现新问题，修正预测结果。,煤层瓦斯参数法,开采保护层的保护效果检验主要采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量、顶底板位移量及其他经试验证实有效的指标和方法，也可以结合煤层的透气性系数变化率等辅助指标。对预抽煤层瓦斯区域防突措施检验的主要指标为残余瓦斯压力和残余瓦斯含量。,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,当采用保护层开采或预抽煤层瓦斯等区域防突措施后，需进行区域防突效果的检验。,区域效果检验的主要指标,（1）对穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施也可以采用钻屑瓦斯解吸指标进行措施效果检验。（2）采用实际的直接测定的煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量等参数对区域防突措施效果检验时，应当符合下列要求,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,区域效果检验指标的测算,效果检验指标的测试,①对穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯区域防突措进行检验时，如图16-1所示,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,②对穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，如图16-2所示,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,③对穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，如图16-3所示。,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,④对顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，在煤巷条带每间隔20～30m至少布置1个检验测试点，且每个检验区域不得少于3个检验测试点。⑤各检验测试点应布置于所在部位钻孔密度较小、孔间距较大、预抽时间较短的位置，在地质构造复杂区域适当增加检验测试点。,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,采用间接计算的残余瓦斯含量进行预抽煤层瓦斯区域措施效果检验时，应当符合下列要求①当预抽区域内钻孔的间距和预抽时间差别较大时，根据孔间距和预抽时间划分评价单元分别计算检验指标；,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,效果检验指标的计算,②若预抽钻孔控制边缘外侧为未采动煤体，如图16-4中虚线部分（A-B-C-D）。,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,当采用煤层残余瓦斯压力或残余瓦斯含量的直接测定值进行检验时，若任何一个检验测试点的指标测定值达到或超过了有突出危险的临界值而判定为预抽防突效果无效时，则此检验测试点周围半径100m内的预抽区域均判定为预抽防突效果无效，即为突出危险区。,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果检验,区域效果检验有效性的判定,在工作面进入该区域时，立即连续进行至少两次区域验证；工作面每推进10～50m（在地质构造复杂区域或采取了预抽煤层瓦斯区域防突措施以及其他必要情况时宜取小值）至少进行两次区域验证；在构造破坏带连续进行区域验证；在煤巷掘进工作面还应当至少打1个超前距不小于10m的超前钻孔或者采取超前物探措施，探测地质构造和观察突出预兆。,一、煤与瓦斯突出区域性预测及效果检验,,区域措施效果验证,在采掘作业和揭煤作业过程中需进行区域措施效果验证工作。,采掘工作面的区域验证工作还必须满足以下要求,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,工作面突出危险性预测主要在经区域预测或者区域效果检验判定为无突出危险区内进行。工作面预测的方法主要有综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法、钻屑指标法、复合指标法、R值指标法等。,（1）综合指标法综合指标D、K的计算公式为,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,工作面突出预测的主要指标,各煤层石门揭煤工作面突出预测综合指标、的临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表16-1所列的临界值进行预测。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（2）钻屑瓦斯解吸指标法各类工作面钻屑瓦斯解吸指标的临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表16-2中所列的指标临界值预测突出危险性。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,①瓦斯解吸指标△h2其物理意义为煤样（10g）自煤体脱落暴露于大气之中第四分钟和第五分钟的瓦斯解吸所产生的压差，单位为Pa。瓦斯解吸指标△h2采用MD-2型煤钻屑瓦斯解吸仪，其结构见图16-6,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,②瓦斯解吸指标K1其物理意义为煤样自煤体脱落暴露于大气之中解吸第一分钟内，每克煤样的瓦斯解吸总量，单位为ml/gmin1/2。钻屑瓦斯解吸指标K1值的测定采用WTC型突出预测仪，其实物图见图16-7所示,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（3）钻屑指标法钻屑指标法测定工作面突出危险性时，测试的指标主要包括钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量S。钻屑量可用重量法或容量法测定。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，用量袋或量杯计量钻屑容积。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,各煤层采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的指标临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表16-3的临界值确定工作面的突出危险性。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（4）复合指标法采用复合指标法预测工作面突出危险性时，测试的指标主要包括钻孔瓦斯涌出初速度q和钻屑量S指标。各煤层采用复合指标法预测煤巷掘进（回采）工作面突出危险性的指标临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按表16-4的临界值进行预测。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（5）R值指标法该预测方法同时考虑了工作面的应力状态、物理力学性质和瓦斯含量，即考虑了决定突出危险的主要因素。根据每个钻孔的最大钻屑量和最大钻孔瓦斯涌出初速度按下式计算各孔的R值,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,一些煤层实测瓦斯涌出初速度极值和钻屑量极值的结果见图16-8,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（6）地质构造及采掘（钻孔）作业现象判定法工作面地质构造、采掘作业及钻孔等发生的各种现象主要有以下方面①煤层的构造破坏带，包括断层、剧烈褶曲、火成岩侵入等；②煤层赋存条件急剧变化；③采掘应力叠加；④工作面出现喷孔、顶钻等动力现象；⑤工作面出现明显的突出预兆。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（1）煤体温度法该方法的原理是，工作面前方煤体温度的变化特征取决于煤体应力变形状态和瓦斯动力状态。（2）V30特征值法所谓的V30值是指爆破后前30min内的瓦斯涌出量（m3）与崩落煤量（t）的比值，单位为m3/t。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,工作面突出预测的辅助指标,（3）解吸指数Kt法该方法主要在德国应用，利用突出煤和非突出煤解吸速度随时间变化的特征不同，进行工作面预测。煤样的解吸瓦斯量与解吸时间的关系式可用指数函数形式表示为有上式可得,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（4）煤层瓦斯中氡浓度法该方法的依据是在突出前煤层瓦斯中氡浓度急剧降低，突出后又急剧上升。（5）声发射预测法（微震声响预测法）声发射预测煤层突出危险性是通过收集工作面煤层和围岩噪声率信号，分析声发射事件和能量变化，配合矿井根据大量生产实践所建立的临界指标，判断工作面前方煤层是否有突出危险性。（6）电磁辐射法煤岩层的破坏过程中会发生电磁辐射，电磁辐射强弱和脉冲数据取决于外加负载的大小和煤岩层的破坏特征。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,石门揭煤工作面突出预测石门（立井、斜井）揭煤工作面的突出危险性预测应当选用下述几种方法①综合指标法；②钻屑瓦斯解吸指标法；③其他经试验证实有效的方法进行。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,各种工作面突出预测的主要指标及测试要求,（1）综合指标法采用综合指标法预测石门揭煤工作面突出危险性时，应当由工作面向煤层的适当位置至少打3个钻孔测定煤层瓦斯压力P。（2）钻屑指标法采用钻屑瓦斯解吸指标法预测石门揭煤工作面突出危险性时，由工作面向煤层的适当位置至少打3个钻孔，一般预测钻孔在石门中央、石门上部应至少布置一个钻孔，在石门两侧应布置一个或两个钻孔。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,煤巷掘进工作面的突出危险性预测可采用下列方法①钻屑指标法；②复合指标法；③R值指标法；④其他经试验证实有效的方法。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,采掘掘进工作面突出预测,（1）钻屑指标法采用钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，在近水平、缓倾斜煤层工作面应向前方煤体至少施工3个钻孔（如图16-10）；在倾斜或急倾斜煤层至少施工2个钻孔（如图16-11,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（2）复合指标法采用复合指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，在近水平、缓倾斜煤层工作面应当向前方煤体至少施工3个钻孔（如图16-12所示）。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,（3）R值指标法采用R值指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性时，在近水平、缓倾斜煤层工作面应向前方煤体至少施工3个、在倾斜或急倾斜煤层至少施工2个直径42mm、孔深8～10m的钻孔，测定钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量指标。钻孔应当尽可能布置在软分层中，一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并平行于掘进方向，其他钻孔的终孔点应位于巷道断面两侧轮廓线外2～4m处。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面突出危险性预测,石门和岩石井巷揭煤效果检验对石门和其他岩石井巷揭煤工作面进行防突措施效果检验时，应当选择钻屑瓦斯解吸指标法或其他经试验证实有效的方法，但所有用钻孔方式检验的方法中检验孔数均不得少于5个，分别位于石门的上部、中部、下部和两侧。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面措施效果检验,煤巷掘进工作面执行防突措施后的效果检验方法与预测方法相同，可以采用钻屑指标法、复合指标法、R值指标法及其他经试验证实有效的方法。,二、煤与瓦斯突出局部预测及效果检验,,工作面措施效果检验,煤巷掘进工作面效果检验,对采煤工作面防突措施效果的检验应当参照采煤工作面突出危险性预测的方法和指标实施。当检验结果措施有效时，若检验孔与防突措施钻孔深度相等，则可在留足防突措施超前距（一般情况下不小于3m，在地质构造破坏严重地带不小于5m）并采取安全防护措施的条件下回采。,采煤工作面效果检验,