煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展.pdf

第 卷第 期煤 炭 科 学 技 术 年 月 移动扫码阅读 程远平，周红星煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展煤炭科学技术，，（） ， ，，（） 煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展 程远平，，周红星， （中国矿业大学 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，江苏 徐州 ；中国矿业大学 安全工程学院，江苏 徐州 ） 摘 要煤与瓦斯突出预测是突出煤层 个“四位一体”综合防突措施的关键环节，对确定突出预测 敏感指标及其临界值具有重要意义。 以往突出预测敏感指标及临界值的确定，包括地应力指标和瓦 斯指标，是通过现场反复测试、试验确定的；而现今的突出防治管理模式不支持这种方法，故只能采取 实验室试验研究，主要是针对瓦斯相关指标的研究，结合部分现场验证来确定。 选取大隆矿 煤、芦 岭 煤、祁南 煤、朱仙庄 煤、童亭 煤和新景 煤等 个煤样，煤种涉及中等变质程度的气肥煤 到高等变质程度的无烟煤，试验研究了各煤样瓦斯压力 与瓦斯含量 ，瓦斯压力 与钻屑瓦斯解 吸指标 和 ，以及钻屑瓦斯解吸指标 与 之间的关系规律。 结果表明突出预测的瓦斯指 标之间具有单值对应关系，但各煤样的这种对应关系是变化的，国家相关标准给出的突出预测指标建 议临界值之间并不对应，也不能完全反映煤层的实际突出危险性与突出严重程度，不同变质程度煤层 很难存在统一的临界值；应用煤层瓦斯相关指标之间的对应关系，结合突出煤层的实际，如始突深度、 突出动力现象、钻孔动力现象等，可间接确定突出预测敏感指标的临界值。 同时，未来精细化的突出 防治对突出预测敏感指标有更高的要求，进一步研究的方向应包含反映地应力状况、小构造影响下煤 层赋存、预测煤层潜在突出强度的指标，以及适应突出灾害差异性的新突出预测方法及措施效果检验 方法。 关键词煤与瓦斯突出；突出预测；敏感指标；突出临界值 中图分类号 文献标志码 文章编号（） ，， ， （ ， ， ，； ， ， ，） 收稿日期；责任编辑王晓珍 基金项目国家自然科学基金面上基金资助项目（） 作者简介程远平（），男，吉林吉安人，教授，博士。 通讯作者周红星（），男，江苏徐州人，副教授，博士。 “” ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程远平等煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展 年第 期 ， ， ， ， ， ， ， ； ； ； 引 言 突出危险性预测指标及其临界值是评价开采煤 层突出危险性的依据，也是选择和采取防突措施的 依据，更是评价防突工作效果和安全生产的依据。 屠锡根等对工作面突出危险性敏感指标及其临 界值的定义应该是能最准确预测突出危险性，并最 经济地采取防突措施的预测指标及界限值。 国内外 学者对敏感指标及其临界值的确定方法进行了深入 细致的研究。 苏联主要采用现场统计分析、工程数 学和可靠性评价指标来研究确定突出预测敏感指标 及其临界值。 我国“七五”、 “八五”期间进行了广 泛的突出预测指标敏感性及其临界值研究。 “七 五”期间煤炭科学研究总院抚顺分院应用“三率法” 来确定突出预测的敏感指标及其临界值，其中，“三 率”为预测突出准确率、预测不突出准确率和预测 突出率。 “八五”期间煤炭科学研究总院重庆分院 提出了预测指标适用条件初步确定临界值现场 验证的理论体系，并在现场进行了推广应用。 近年来，国内许多学者应用多种方法来综合分 析突出预测指标的敏感性和临界值孙东玲等运 用数理统计提出“喷孔率”来反映煤层突出危险严 重程度、选择敏感指标，并通过指标的离散情况确定 敏感指标的临界值；罗勇采用模糊聚类数学分析 方法，得出了不同突出预测指标的敏感性模型；李成 武等基于模式识别技术，建立了模糊综合预测数 学模型，并确定了 种突出危险状态之间的临界值； 田坤云等根据模糊数学与概率论相结合，提出了 确定预测敏感指标的数学模型；王世超等基于模 糊数学与多元统计分析理论，建立突出预测指标敏 感度函数数学模型，通过定量与定性对比分析确定 突出预测敏感指标；齐庆杰等建立了基于“三率” 的“效益、成本型”属性和“区间型”属性的煤与瓦斯 突出预测敏感指标筛选模型，建立预测与决策样本 矩阵，采用成分提取确定决策矩阵中各评价指标的 权重，进而作出各预测指标的排序；史广山利用 离散性分析和主成分分析相结合的数学方法，对预 测指标的敏感性进行了区分；陈建忠基于方差分 析和隶属函数的模糊统计分析法，确定了预测指标 的敏感性和临界值；张向阳基于瓦斯膨胀能理 论，建立了突出预测敏感指标临界值确定体系；刘永 杰等利用灰色理论对突出预测指标的敏感性进 行分析，并运用灰色关联优化了突出煤层预测的敏 感性指标；舒龙勇等引入相对误差和迫近度等分 析方法来确定局部预测敏感指标及其临界值；张书 金等利用“三率法”和指标与突出危险性相关性 分析法，对贵州突出矿区预测指标的敏感性进行了 研究。 上述研究成果主要集中于局部预测指标的研 究，对区域性指标的临界值涉及较少，局部预测指标 的临界值也过度依赖已有的区域预测指标，如瓦斯 压力 。 研究成果丰富了突出预测指标敏 感性和临界值理论，但多属于科学研究、试验范畴， 距离规模化应用仍有很长距离。 为规范和指导煤与 瓦斯突出防治行为，我国先后颁布了 个版本的 防治煤与瓦斯突出细则 （以下简称 防突细 则），分别为防突细则 （）、防突细则 （）、防突规定（）和防突细则（）， 每个版本都给出了详尽的突出危险性预测指标及临 界值。 但由于我国煤层赋存、瓦斯赋存、地质构造赋 存等条件的复杂性，这些指标在应用中存在以下问 题临界瓦斯压力和瓦斯含量究竟以哪个为标准； 突出预测指标的建议临界值是否能反映突出危险 性；怎样来确定突出预测敏感指标和临界值。 笔者综述了煤与瓦斯突出技术发展历程，分析 了突出预测各指标及其临界值的变化，明确了目前 确定突出预测指标敏感性及其临界值的思路；选择 大隆矿 煤、芦岭 煤、祁南 煤、朱仙庄 煤、童 亭 煤和新景 煤等 个煤样，研究了突出预测指 标中瓦斯相关指标的单值对应关系及存在的问题； 最后，结合近年来煤与瓦斯突出的实际，提出了突出 预测指标的发展方向。 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 我国煤与瓦斯突出技术发展及危险性预 测指标 我国煤与瓦斯突出技术发展 为有效防治煤与瓦斯突出，我国先后开展了大 量的理论研究、实验室试验和现场科技攻关工作，目 前已建立起煤与瓦斯突出危险性评价方法、防治技 术、装备和严格的标准体系。 我国煤与瓦斯突出防 治先后经历了以下 个阶段。 ） 世纪 年代，了解和掌握煤与瓦斯 突出规律，引进、消化、吸收和发展煤与瓦斯突出 防治 技 术， 研 究 煤 与 瓦 斯 突 出 预 测 指 标 和 临 界值。 ） 世纪 年代 世纪初，局部防突技 术为主、区域防突技术为辅阶段，先后发布了 年版 和 年 版 的 防 治 煤 与 瓦 斯 突 出 细 则 。 ） 世纪初至 年，区域防突技术和局部 防突技术并重阶段，提出了“先抽后采，监测监控， 以风定产”的十二字工作方针，构建“通风可靠、抽 采达标、监控有效、管理到位”的煤矿瓦斯治理工作 体系，发布了以煤矿瓦斯抽采基本指标为代表的 一系列瓦斯防治技术标准。 该阶段是一些企业 为适应机械化生产需求和防突工作现状，采取的企 业内部严格要求。 ） 年，区域防突技术为主、局部防 突措施补充阶段，发布了 年版防治煤与瓦斯 突出规定 。 ） 年至今，在全面贯彻执行“区域防突技 术为主、局部防突措施补充”的两级“四位一体”综 合防突措施的基础上，进入了瓦斯治理安全经济一 体化阶段，发布了 年版防治煤与瓦斯突出细 则 。 我国煤与瓦斯突出预测指标及其临界值 我国煤与瓦斯突出危险性预测指标包括 个部 分，第 部分为煤层突出危险性鉴定指标，第 部分 是区域性突出危险性预测指标，第 部分是局部突 出危险性预测指标。 表 表 为防突细则不同 版本中我国煤与瓦斯突出危险性预测指标及临界值 的发展变化过程，。 由表 及表 可知，煤层突出危险性鉴定指标， 防突细则从 年版到 年版均没有变化， 即采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度、煤的坚固性 系数和瓦斯压力 项指标；除 年版瓦斯压力临 界值为 外，后面各版本的瓦斯压力均为 ，其他指标临界值均未变化。 表 煤层突出危险性鉴定指标及其临界值 版本 版 版 版 版 煤的破坏类型、、、、、、、、 瓦斯放散初速度 煤的坚固性系数 瓦斯压力 表 煤层突出危险性区域预测指标及其临界值 版本 版 版 版 版 煤层突出危险性 综合指标 煤层突出危险性 综合指标 无烟煤 瓦斯压力 瓦斯含量 （ ） （构造 带） 区域性突出危险性预测指标， 年版、 年版防突细则采用综合指标 和 值， 而 年版防突规定 和 年版防突细 则采用瓦斯压力和瓦斯含量指标，并在 年 版中增加了构造区域瓦斯含量指标，其临界值为 。 区域性突出危险性预测指标的变化，也反映了 我国煤与瓦斯突出防治由局部防突技术为主、区域 防突技术为辅阶段，向区域防突技术为主、局部防突 技术补充阶段的全面转化。 局部突出危险性预测指标，防突细则从 年版到 年版均没有变化，指标临界值变化也很 小仅 年版和 年版钻孔瓦斯涌出初速度 按煤的挥发分给出临界值， 年版钻屑瓦斯解吸 指标 值按煤的坚固性系数 值给出临界值，见 表 。 突出区域不同、构造程度不同、突出煤种的多 样性、地应力增加、瓦斯压力增大、渗透性的降低 等，原来从有限矿区试验获得的煤与瓦斯突出危 险性指标及其临界值是否具有普适性，需要进一 步研究。 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程远平等煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展 年第 期 表 煤层突出危险性局部预测指标及其临界值 版本 版 版 版 版 最大钻屑量 或 或 或 或 钻屑瓦斯解吸指标 （干煤） （干煤） （干煤） （湿煤） （湿煤） （湿煤） 钻屑瓦斯解吸指标 （）（干煤）（干煤）（干煤） （）（湿煤）（湿煤）（湿煤） 钻孔瓦斯涌出初速度 （ ） 按挥发分分类按挥发分分类 钻屑瓦斯解吸指标 注钻孔瓦斯涌出初速度临界值当 在 时，临界值为 ；当 在 时，临界值为 ；当 在 时，临界值为 ；当 大于 时，临界值为 。 、 和 版石门揭煤工作面可采用综合指标（、）进行工作面突 出危险性预测。 突出危险性预测指标临界值确定方法 突出预测指标测定方法 预测煤层的突出危险性指标，除了钻屑量指标 外，都有明确的技术标准支撑。 钻屑量指标 虽 没有测定标准，但防突细则有明确的测定要求， 见表 。 表 突出指标测定标准汇总 预测指标适用标准 瓦斯压力 煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法 （ ） 瓦斯含量 煤层瓦斯含量井下直接测定方法 （ ） 煤的高压等温吸附试验方法 （ ） 煤的甲烷吸附量测定方法（高压容量法） （ ） 煤的坚固性系数 煤的坚固性系数测定方法 （ ） 瓦斯放散初 速度 煤的瓦斯放散初速度指标（）测定方法 （ ） 钻屑瓦斯解 吸指标 钻屑瓦斯解吸指标测定方法 （ ） 钻屑瓦斯解吸 指标 钻屑瓦斯解吸指标测定方法 （ ） 钻屑量指标 无，但防突细则、 煤矿安全规程有测定方法 钻孔瓦斯涌出 初速度 钻孔瓦斯涌出初速度的测定方法 （ ） 防突细则 版第八十五条规定，突出矿井 应当针对各煤层的特点和条件，试验确定工作面预 测的敏感指标和临界值，并作为判定工作面突出危 险性的主要依据。 可见，预测突出危险的各项指标都有明确的标 准或方法支撑，但这些指标对突出的敏感性及其临 界值指标，其敏感性及临界值是以实际发生的突出 动力现象为依据，如图 所示。 原局部预测指标 的敏感性及临界值确定流程，在煤巷掘进日常预测 过程中，依据预测指标的变化与实际突出或动力现 象的发生情况，综合分析判断指标的敏感性，即突出 预测指标在突出危险工作面和无突出危险工作面的 测值无相同值或相同值较少则属于敏感指标，如各 测定值之间无明显区别的指标则属于不敏感指标。 缺乏具体的确定标准或方法，具有煤与瓦斯突出鉴 定资质的机构也只能摸索着开展相关的研究。 原局部突出预测指标敏感性及其临界值测定 方法 原突出预测指标，包含区域预测指标和局部预 测。 原突出预测指标的临界值基本思路是以防突 细则规定的突出临界值为基准，在现场进行试验 如果在规定的突出临界值以下发生了突出或动力现 象，则降低指标值进行试验；如果又发生了突出或动 力现象，则再次降低指标值进行试验；如此循环，直 至不发生突出或动力现象为止。 相反，如果在规定 的突出临界值未发生突出或动力现象，则提高指标 值进行试验；如果还未发生突出或动力现象，则再次 提高指标值进行试验；如此循环，直至发生突出或动 力现象为止。 可见，原突出敏感指标及其临界值的 研究是与突出发生与否直接相关的，主要依据试验 过程中实际发生的突出及动力现象，考虑一定的安 全系数，综合判断。 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 图 原突出预测敏感指标临界值确定方法 突出危险性预测指标之间的关系及测定 存在的问题 地应力相关指标的关系 煤与瓦斯突出与地应力、瓦斯和煤的力学性质 密切相关。 区域预测指标主要为反映瓦斯赋存的瓦 斯压力 和瓦斯含量 ，坚固性系数 能一定程度 上反映煤的性质，总体上缺乏与地应力相对应的区 域指标。 局部预测指标一般为钻屑量 、钻屑瓦斯 解吸指标 和 、钻孔瓦斯涌出初速度 和复合 指标 值指标。 这些突出预测指标中，钻屑量 主 要反映地应力因素，钻孔瓦斯涌出初速度 反映地 应力和瓦斯赋存因素，复合指标 通过钻屑量 和 钻孔瓦斯涌出初速度 计算获得，也反映地应力和 瓦斯赋存因素。 目前，由于还没有完全掌握煤与瓦斯突出机理， 实验室条件下重建原位突出煤层、模拟突出过程也 存在诸多不利因素。 对于钻屑量 ，在世界各地突 出煤层开采实践中，未出现实测钻屑量低于防突 细则建议的临界值 而发生突出的案例，可 认为临界值 安全而合理；同时，唯一反映地 应力状况指标，钻屑量 不可替代，各煤炭企业可直 接采用钻屑量 及其建议临界值 作为突出 预测敏感指标之一。 对于钻孔瓦斯涌出初速度 和 复合指标 ，目前的突出煤层通常采用区域防突措 施并经区域效果检验有效后才进行局部预测，区域 防突措施造成煤层地应力降低和煤层渗透率增大， 钻孔瓦斯涌出初速度 存在失真的可能。 因此，钻 孔瓦斯涌出初速度 和复合指标 作为突出预测指 标，需要区分不同的区域瓦斯治理工程条件。 可见，与地应力相关的突出预测指标临界值的 确定非常困难。 区域预测指标瓦斯压力 和瓦斯 含量 反映煤层的瓦斯赋存状态；钻屑瓦斯解吸指 标主要反映煤的瓦斯解吸性能，也侧面反映煤层的 瓦斯赋存状态。 瓦斯是沟通区域指标（、）和局 部指标中的瓦斯相关指标（、）的关键因素，这 些指标均可以在实验室直接测定或模拟获得，目前 可以通过瓦斯相关指标间的对应关系间接确定突出 敏感指标及其临界值。 瓦斯相关指标的关系 区域预测指标之间的关系 突出预测指标中的瓦斯指标之间的关系如图 所示。 图中， 为煤样解吸试验中给定瓦斯压力下 第 的瓦斯解吸量， 为给定压力下模拟 值反算的瓦斯解吸量， 为煤样解吸试验中给定 瓦斯压力下第 的瓦斯解吸量， 为给 定压力下模拟 值反算的瓦斯解吸量。 区域预测指标瓦斯压力 与瓦斯含量 的关 系基础是 方程，游离瓦斯与吸附瓦斯之和 为瓦斯含量，进而得出特定煤层瓦斯压力与瓦斯含 量的关系。 防突细则（ 版）给出的瓦斯压力 建议临界值 、瓦斯含量 的建议临界值 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程远平等煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展 年第 期 图 突出预测瓦斯指标间的关系 （构造带 ），但不同区域、不同变质程度 的煤，其瓦斯压力与瓦斯含量之间的关系是变化的， 瓦斯压力 与瓦斯含量 （构造带 ）并不一定对应起来。 不同矿区、不同变质程度煤层瓦斯压力与瓦斯 含量的对应关系如图 所示，对应煤层的工业分析 和吸附常数见表 。 图 不同变质程度煤的瓦斯压力与瓦斯含量的关系 由图 及表 可知，大隆煤矿 煤为长焰煤， 变质程度低、水分高，瓦斯压力 时对应的 瓦斯含量仅为 ，小于瓦斯含量建议临界值； 新景矿 煤为无烟煤，变质程度高、吸附能力强，瓦 斯压力为 时对应的瓦斯含量高达 ，大于瓦斯含量建议临界值；而淮北矿区中等变 质程度的突出煤，如芦岭 煤、祁南 煤和朱仙庄 煤，瓦斯压力 时对应的瓦斯含量为 ，与瓦斯含量建议临界值较为接近。 同时，瓦斯压力 建议临界值与瓦斯含量 的 建议临界值与突出发生与否也没有直接关系。 区域 预测指标的建议临界值是基于 世纪 、 年代 的突出始突深度对应的瓦斯压力、瓦斯含量统计规 律获得的，防突细则（ 年版）增加了地质构 造带瓦斯含量 这一指标。 目前，煤层赋存、 地质构造等开采条件发生了变化，这些建议临界值 与现今的煤层突出与否无直接关系，也和突出危险 程度关系不大。 如淮北矿区的芦岭 煤和祁南 煤，瓦斯压力 对应的瓦斯含量分别为 和 ，差别不大；但 个煤层的突出灾害 严重程度差别非常大，芦岭 煤属于强突出危险煤 层，曾发生过万吨级的突出，而祁南 煤突出危险性 相对要弱。 表 不同煤层工业分析与吸附常数汇总 煤层煤种 工业分析吸附常数 水分 灰分 挥发 分 孔隙 率 （ ） 大隆 煤气煤 芦岭 煤气煤 祁南 煤肥煤 朱仙庄 煤 气煤 童亭 煤肥煤 新景 煤 无烟煤 区域预测指标与钻屑瓦斯解吸指标的关系 瓦斯压力 与钻屑瓦斯解吸指标 、的关 系可通过相似模拟测试获得，即工作面采集构造煤 煤样，在实验室模拟煤样在不同吸附压力下的 、 值，进而获得钻屑瓦斯解吸指标与瓦斯压力关 系。 钻屑瓦斯解吸指标 和 反映的是煤自身 的特征，是客观的，同一煤样的瓦斯压力 与钻屑 瓦斯解吸指标 和 是单值对应关系。 防突细 则给出的钻屑瓦斯解吸指标 建议临界值 （）、建议临界值 。 不同煤的瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指标 的 关系如图 所示。 由图 可知，淮北矿区芦岭、祁 南、朱仙庄和童亭煤矿的 个突出煤层，瓦斯压力为 时对应的 值为 （ ），平均 （）；大宁矿 煤层，瓦 斯压力为 时对应的 值为 （ ），与建议临界值相当；新景矿 煤层，瓦斯压 力为 时对应的 值达 （ ），远大于建议临界值。 不同煤的瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指标 的关系如图 所示。 由图 可知，淮北矿区芦岭、祁 南、朱仙庄和童亭煤矿的 个突出煤层，瓦斯压力为 时对应的 为 ，平均 ，与建议临界值相差不大；大宁矿 煤层，瓦斯压 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 力为 时对应的 为 ，是建议临界 值的 倍以上；新景矿 煤层，瓦斯压力为 时对应的 值达 ，也远大于建议临界值。 图 不同煤种瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指标 的关系 图 不同煤种瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指标 的关系 同理，瓦斯含量为 时对应的 、也 有较大的变化。 不同区域、不同煤种的煤，其瓦斯压 力 （或瓦斯含量）与钻屑瓦斯解吸指标 、的 关系是变化的，但中等变质程度的煤在瓦斯压力 对应的 值与建议临界值相差不大，显 示出较好的适应性。 瓦斯压力 与钻屑瓦斯解吸指标 、之间 还可以通过瓦斯解吸试验联系起来，如图 所示。 通过实验室吸附解吸试验可得到煤样在不同瓦斯压 力下的瓦斯解吸特征曲线，进而可得到第 的 解吸量 、第 的解吸量。 同时，通过 实验室模拟测试可得到不同瓦斯压力下的 、 值，进而可反算出煤样第 的解吸量 和第 的瓦斯解吸量。 瓦斯解吸试验获得 的 和 为煤样实际的瓦斯解吸量，反映煤自 身的瓦斯解吸性能，可认为是准确的；通过模拟试验 结果反算得到的 和 是通过测量仪器测定 的，测量仪器由于其设计原理、操作过程等原因，测 定结果会有误差。 因此，以实测的 和 为基 准，分别计算、对比 和 的误差大小，用以判 断 和 的敏感性 误差小则表明其与实际 瓦斯解吸接近，敏感性好；误差大则表明其与实际瓦 斯解吸差距大，敏感性差。 钻屑瓦斯解吸指标之间的关系 不同试验煤样钻屑瓦斯解吸指标测定结果之间 的关系如图 所示。 图 不同煤种钻屑瓦斯解吸指标之间的关系 由图 可知，所有煤样的 值为 （ ）时，对应的 值均大于其建议临界值 ，芦岭 煤对应的 值甚至达 。 可见， 不同区域、不同煤种的煤，钻屑瓦斯解吸指标 值 与 的关系也是变化的，防突细则给出的两者 建议临界值并不对应。 防突细则的建议临界值 起源于 世纪 年代的湖南、重庆、辽宁等地区， 目前的突出危险煤层遍布全国主要采煤矿区，突出 煤层的赋存条件发生了很大变化，临界值之间的关 系也相应发生了变化。 与区域预测指标的建议临界 值一样，这些钻屑解吸指标的建议临界值也不能完 全反映当前突出煤层的突出危险性。 突出预测指标敏感性及其临界值测定中存在 的问题 地应力（）、瓦斯（、）和煤的性质（）的综合 作用决定了煤层是否会发生突出动力现象，这些突 出动力现象以往又直接用以确定突出预测指标的临 界值，如图 所示。 防突细则给出了各突出预测 指标的建议临界值，但这些建议临界值并不能统一 起来，也不能反映煤层实际的突出危险性，表明不同 煤层及瓦斯赋存条件很难存在统一的临界值。 现今，煤矿现场采用区域预测方法确定突出危 险区，在突出危险区内采取区域性瓦斯治理措施，经 效果检验区域性消除突出危险的条件下才进行采掘 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 程远平等煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值研究进展 年第 期 图 突出预测敏感指标确定方法 作业，一般无法通过突出及动力现象来确定临界指 标的可靠性和经济性。 一些突出煤层虽然记载有始 突深度，但因时间久远或相关材料不齐全，难以判断 其可靠性。 同时，当今的经济社会发展水平为煤与 瓦斯突出预测提出了更高的要求，即预测不突出的 准确率要达到 。 在缺乏突出及动力现象验证 的背景下，在保障预测不突出准确率 的前提 下，还要考虑较为经济地采取防突措施，故确定突出 预测指标的敏感性及其临界值十分困难。 目前，关于突出敏感指标及其临界值的研究只 能越过实际发生的突出动力现象这一关键节点，利 用突出的影响因素与局部预测指标之间的关系，依 据防突细则的要求，结合实际情况，间接确定突 出敏感指标及其临界值。 突出危险性预测指标及其临界值研究展望 煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯、煤的自身属性等 因素综合作用的结果。 目前，随着开采深度的增加， 我国煤矿突出煤层开采时的地应力和瓦斯压力不断 增大，在突出灾害日益严重的新形势下，原有的突出 预测指标及其临界值的适应性变差，需要从以下 个方面开展深入研究。 反映地应力的区域预测指标 地应力是突出过程中煤（岩）破坏的动力和能 量来源，包括原岩应力和扰动应力，其中原岩应力是 构造应力、重力或热作用和构造作用的残余应力综 合的结果。 地应力主导了煤体宏观和微观结构的改 造，控制着煤层瓦斯赋存；瓦斯又能改变煤体力学性 质，参与煤体破坏，提供突出煤岩的搬运动力；煤是 所有突出能量的作用对象，其力学特性、孔隙结构特 征、瓦斯赋存和流动特性等影响着突出过程。 而现 行的区域预测指标 瓦斯压力、瓦斯含量，反映的 是煤层瓦斯赋存状况，而煤与瓦斯突出的关键因素 是地应力，随着开采深度的增加，地应力的变化更加 复杂，突出危险性也越来越复杂。 但在突出危险性 预测中能够反映地应力的指标较少，怎样在区域预 测中反映地应力、特别是构造应力的变化十分必要。 煤厚异常变化指标 煤矿各级构造对煤层赋存具有控制作用，如煤 层厚度、倾角、连续性等。 世界各地的突出事故表 明，绝大多数突出事故发生在地质构造地带（断层、 褶曲、逆推等） 。 我国虽然采取了世界上最严格 的两级“四位一体”综合防突措施，但在小构造影响 区域，如小断层、小褶皱附近，近年来仍时有突出事 故发生。 小地质构造改变了局部煤层的地应力环 境，造成煤层几何形态和微观物理化学结构的改变， 进而影响了局部煤层的瓦斯储存与释放特性。 小地 质构造影响下的煤通常具有高吸附能力，能够束缚 高能瓦斯；同时，失稳后煤快速粉化，能够快速释放 瓦斯。 煤与瓦斯突出案例证明，突出与煤层局部 厚度增大具有明显的相关性，煤层厚度的局部增大 主要是构造运动的挤压所造成的。 通过对局部变厚 带突出案例的跟踪和测定，发现煤层变厚带多为突 出能量的富集区域，与变厚带的周围煤体相比，煤层 瓦斯含量普遍增大，最大增加 倍以上。 怎样在突 出预测指标中反映出局部变厚带的影响，值得进一 步关注。 突出灾害的潜在强度指标 煤与瓦斯突出由地应力控制，但突出过程主要 依赖瓦斯能抛出和搬运煤体，突出煤层瓦斯能的储 存与能量释放特征决定了突出的规模与强度。 为 此，需要量化突出煤体蕴含的突出能量，尤其是瓦斯 潜能，表征瞬时突出过程瓦斯潜能的有效转化率，在 此基础上进行煤层的突出潜在强度预测，而目前国 内外对突出潜在强度的预测研究仍是一项空白。 预 测突出潜在强度对突出矿井的分级管理及指导选用 合理经济的有效措施是非常有意义的，应开展这方 面的研究工作。 新突出预测方法及措施效果检验方法 我国的煤层经历多期的地质构造运动，煤层赋 存、瓦斯赋存和地质构造的作用是不均匀的，虽然执 行了严格的综合防突措施，但仍然有少量突出发生 在实施防突措施的过程中或发生在措施效果检验 后。 这表明，不同的煤层与瓦斯赋存条件、同一煤层 的不同区域对防突措施有不同的要求，突出预测方 法也应有差异。 采用统一化的防治措施存在方法不 合理和工程量过剩或不足的可能。 因此，进一步提 高和完善突出预测方法及措施效果检验方法，研究 新的有效防突措施，仍是防突科研工作亟待解决的 课题。 结 论 ）区域预测指标反映煤层瓦斯赋存，局部预测 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 年第 期煤 炭 科 学 技 术第 卷 指标中的瓦斯相关指标反映煤层瓦斯解吸，这些指 标间通过瓦斯联系起来，具有单值对应关系，但这些 对应关系是变化的。 防突细则给出了突出预测 指标的建议临界值，但这些临界值之间并不对应，同 时这些建议临界值也不能完全反映煤层的实际突出 危险性，不同煤层很难存在统一的临界值。 ）突出预测敏感指标主要为地应力指标和瓦斯 指标，地应力指标不可或缺，选择钻屑量 作为敏感 指标，临界值取 ；瓦斯相关指标集中在瓦斯压 力、瓦斯含量和钻屑瓦斯解吸指标，目前可依据瓦斯 压力与瓦斯含量的关系、瓦斯压力与钻屑瓦斯解吸指 标的关系以及钻屑解吸指标之间的关系，结合突出煤 层的实际，间接确定突出预测敏感指标的临界值。 ）突出危险性指标及其临界值的深入研究方 向应是，反映地应力状况的区域预测指标，反映小构 造影响的煤层赋存变化指标，预测煤层潜在突出强 度的指标，适应突出灾害差异性的新突出预测方法 及措施效果检验方法。 参考文献（） 屠锡根，哈明杰突出敏感指标初探煤矿安全，， （） 孙东玲，董钢峰，梁运培煤与瓦斯突出预测指标临界值的选 取对预测准确率的影响煤炭学报，，（） ， ， ，，（） 罗 勇煤与瓦斯突出预测敏感指标确定方法研究煤炭技 术，（） ， （） 李成武，何学秋工作面煤与瓦斯突出危险程度预测技术研究 中国矿业大学学报，，（） ， ， ，（） 田坤云，王兆丰瓦斯突出预测敏感指标的确定方法研究 煤，（） 王世超煤与瓦斯突出预测敏感指标确定及应用煤炭科学 技术，，（） ， ， （） 齐庆杰煤与瓦斯突出预测敏感指标辽宁工程技术大学学 报（自然科学版），，（） （ ）， ， （） 史广山义安矿掘进工作面煤与瓦斯突出预测敏感指标的确 定煤矿安全，，（） 陈建忠潘三矿 煤层掘进工作面敏感指标及临界值研 究焦作河南理工大学， 张向阳义安矿掘进工作面煤与瓦斯突出预测敏感指标研究 焦作河南理工大学， 刘永杰基于灰色关联分析的突出预测指标敏感性研究 中国矿业，，（）， ， ， （） ， 舒龙勇基于防突工作流程的突出预测敏感指标体系构建方 法安全与环境学报，，（） 张书金贵州突出矿区局部突出危险性预测敏感指标研究 煤炭科学技术，，（） ，，（） 程远平，付建华，俞启香中国煤矿瓦斯抽采技术的发展 采矿与安全工程学报，，（） ， ， ， ， （） 中华人民共和国煤炭工业部 防治煤与瓦斯突出细则 北京煤炭工业出版社， 中华人民共和国煤炭工业部 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