綜放工作面瓦斯與沖擊礦壓綜合治理技術(shù)研究總結(jié)報(bào)告[1]

1、7431綜放工作面瓦斯與沖擊礦壓綜合治理技術(shù)研究總結(jié)報(bào)告目 錄1 礦井概況11.1 礦井開拓開采方式11.2 煤系地層與煤層21.3 礦井煤層儲(chǔ)量31.4 通風(fēng)系統(tǒng)41.5 防滅火系統(tǒng)及注漿51.6 瓦斯情況52 工作面概況及災(zāi)害危險(xiǎn)性分析72.1 工作面概況72.2 瓦斯災(zāi)害研究現(xiàn)狀92.3 煤層自燃研究現(xiàn)狀112.4 沖擊礦壓動(dòng)力研究現(xiàn)狀122.5 多巷道，大采深，水旱交接多種災(zāi)害交織的研究現(xiàn)狀152.6 7431工作面災(zāi)害危險(xiǎn)性分析163 7431工作面瓦斯災(zāi)害及其防治對(duì)策183.1 工作面煤層瓦斯賦存及涌出預(yù)測(cè)分析183.1.1 煤層瓦斯含量183.1.2 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)19

2、3.1.3 工作面開采過(guò)程中瓦斯涌出量預(yù)測(cè)223.1.4 煤層突出危險(xiǎn)性243.1.5 7431工作面煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出過(guò)程分析253.1.6 7431工作面開采過(guò)程中瓦斯涌出過(guò)程分析273.2 工作面可能存在的瓦斯災(zāi)害分析293.3 綜放面初采過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常瓦斯涌出及其防治對(duì)策303.3.1 初采過(guò)程中異常瓦斯涌出原因分析303.3.2 初采過(guò)程中異常瓦斯涌出控制對(duì)策343.4 綜采放頂煤工作面上隅角局部高瓦斯區(qū)域瓦斯防治對(duì)策343.4.1 采空區(qū)瓦斯抽放方法簡(jiǎn)述353.4.2 瓦斯抽放系統(tǒng)簡(jiǎn)介373.4.3 7431工作面采空區(qū)瓦斯抽采效果分析423.5 綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及

3、其防治對(duì)策443.5.1 綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律測(cè)定分析443.5.2 綜采放頂煤工作面瓦斯涌出防治對(duì)策453.6 7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出的可能性及其防治對(duì)策493.6.1 7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出原因分析493.6.2 7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出防治對(duì)策503.7 深部開采過(guò)程中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性及其防治對(duì)策503.7.1 深部開采過(guò)程中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性分析503.7.2 深部開采過(guò)程中煤與瓦斯突出防治對(duì)策514 7431工作面煤炭自然發(fā)火及其防治對(duì)策534.1 7431工作面自燃的可能性534.1.1 從煤的自燃傾向性分析7431面的煤自燃危險(xiǎn)程度534.1

4、.2 從煤的自燃外部條件分析7431面的煤自燃危險(xiǎn)程度534.2 綜放工作面煤層自然發(fā)火分析544.2.1 巷道周圍煤體自然環(huán)境分析544.2.2 巷道煤體自然危險(xiǎn)區(qū)域判定634.2.3 采空區(qū)遺煤自然環(huán)境644.2.4 采空區(qū)浮煤自然過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬724.3 煤炭自然發(fā)火過(guò)程及其標(biāo)志性氣體測(cè)定744.3.1 測(cè)試目的744.3.2 試樣制備744.3.3 實(shí)驗(yàn)裝置754.3.4 實(shí)驗(yàn)步驟764.3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果764.3.6 實(shí)驗(yàn)結(jié)論及建議794.4 7431綜放工作面采空區(qū)“自燃三帶”測(cè)定794.4.1 測(cè)試目的794.4.2 方案設(shè)計(jì)794.4.3 敷設(shè)管路814.4.4 氣樣采集81

5、4.4.5 采空區(qū)煤炭氧化自燃“三帶”概述814.4.6 煤炭自燃的氧化發(fā)展過(guò)程834.4.7 采空區(qū)“自燃三帶”實(shí)測(cè)分析844.5 綜放面自燃發(fā)火預(yù)防措施884.5.1 綜采放頂煤的防滅火技術(shù)884.5.2 孔莊煤礦防滅火措施894.6 7431工作面防止煤炭自燃發(fā)火技術(shù)方案924.7 7431工作面煤炭自燃傾向性監(jiān)測(cè)934.8 7431工作面收作期間防止煤炭自燃的技術(shù)措施945 7431工作面沖擊礦壓分析及其防治對(duì)策965.1 沖擊礦壓危險(xiǎn)性分析965.1.1 沖擊礦壓影響因素分析965.1.2 沖擊礦壓危險(xiǎn)程度評(píng)定1015.2 工作面礦壓規(guī)律實(shí)測(cè)及分析1025.2.1 支架承載特征及適應(yīng)

6、性分析1025.2.2 端面頂板穩(wěn)定性及影響因素分析1105.3 工作面沖擊礦壓危險(xiǎn)性監(jiān)測(cè)1115.3.1 電磁輻射監(jiān)測(cè)1115.3.2 煤粉量監(jiān)測(cè)1145.4 沖擊礦壓小結(jié)1226 總結(jié)與建議1246.1 總結(jié)1246.2 建議1261礦井概況孔莊煤礦地處江蘇省沛縣和山東省微山縣境內(nèi)，在沛縣城北4km處，位于大屯礦區(qū)最南端。礦井地理坐標(biāo)為東經(jīng)116°5713，北緯34°4155。井田范圍東至原劉仙莊斷層與棗莊礦務(wù)局接壤，西到徐沛鐵路，南以21號(hào)煤層露頭為界，北以7號(hào)煤層-1300m水平垂直投影為界與徐莊礦毗鄰。井田東西走向長(zhǎng)13km，南北寬約3.6km，面積46.km2左

7、右?？浊f煤礦于1977年投產(chǎn)，原設(shè)計(jì)能力60萬(wàn)t/a。投產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)西翼煤層火成巖侵入嚴(yán)重，后核定為45萬(wàn)t/a。隨著礦井的發(fā)展，針對(duì)孔莊地質(zhì)條件現(xiàn)狀，公司及礦于1988年開始，對(duì)孔莊礦進(jìn)行了二期工程改擴(kuò)建，將孔莊礦由旱采改為水、旱并舉礦井。設(shè)計(jì)能力由45萬(wàn)t/a增至105萬(wàn)t/a，同時(shí)在地面建立了一座入洗能力105萬(wàn)t/a的選煤廠。二期工程于1992年完畢，1998年首次突破百萬(wàn)噸大關(guān)，為部頒高產(chǎn)高效礦井。目前我礦生產(chǎn)能力已達(dá)105萬(wàn)t/a。礦井改擴(kuò)建后設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力為105萬(wàn)t，2003年核定生產(chǎn)能力為130萬(wàn)t/a，其中水采30萬(wàn)t，旱采100萬(wàn)t。1.1 礦井開拓開采方式孔莊煤礦是座具有2

8、7年開采歷史的老礦井，1989年礦井改擴(kuò)建，形成水旱并舉的格局。礦井投產(chǎn)初期采煤方法為炮采，木支柱和摩擦支柱支護(hù)；1988年采煤工藝改為高檔普采，采用外注式單體支護(hù)；1996年采煤工藝改為高檔放頂煤采煤工藝，采用ZMW網(wǎng)格式滑移支架；2002年采煤工藝改為綜放和綜采，采用ZF2800-16/26和BY3300-13/33。礦井采用立井多水平開拓方式，開采深度從-150m-1300m；全區(qū)共劃分為四個(gè)開采水平，第一水平標(biāo)高為-375m，第二水平標(biāo)高為-620m，第三水平標(biāo)高為-785m，第四水平標(biāo)高為-1000m。礦井地質(zhì)儲(chǔ)量大部分在深部為45.155Mt，占總可采量的58.5%。開采深部煤炭，

9、瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)、防治沖擊礦壓綜合技術(shù)是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。1.2 煤系地層與煤層孔莊礦是開采多煤層的礦井，含煤系屬晚古生代石炭二疊紀(jì)含煤建造。各含煤地層及含煤性概述如下：井田內(nèi)含煤地層有太原組、山西組、下石盒子組，含煤20余層。含煤巖系平均總厚度264.67m，含煤累計(jì)平均厚度17.8m，含煤系數(shù)6.7。其中可采煤層五層，為太原組和山西組的7號(hào)煤層、7下煤層、8號(hào)煤層、17號(hào)及21號(hào)煤層。7號(hào)、8號(hào)煤層為礦井主要可采煤層。7號(hào)煤層7號(hào)煤層在井田西翼受巖漿巖侵入破壞嚴(yán)重，已失去可采價(jià)值。在井田東部，煤層兩極厚度2.056.06m，平均煤厚4.56m，煤層普遍發(fā)育，煤層厚度總的變化趨勢(shì)為：沿傾向

10、由淺逐漸向深部增厚，煤層穩(wěn)定性變好；沿走向東西兩側(cè)煤層薄，中部煤層厚。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅局部有夾矸存在，夾矸多為泥巖。煤層直接頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為細(xì)砂巖，底板多為砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部為細(xì)砂巖。1.2.2 8號(hào)煤層8號(hào)煤層位于山西組底部，較發(fā)育，上距 7號(hào)煤層4.1740.18m，平均20.28m，層間距由東向西之間增大，煤厚0.295.85m，平均3.09m。煤層沉積不連續(xù)，可分為三個(gè)地段：即4勘探線以西、10-i3線之間及14線以東。煤層在4勘探線以西可采，但有巖漿巖侵入；1013線之間，除靠近沖刷帶附近煤層厚度變化較大外，一般都在2.53.5m，由淺部向深部逐漸變?。辉?4線以東煤層

11、厚度在1.525.43m，平均煤厚3.56m，厚度較穩(wěn)定，該段全部可采。該煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有夾矸l2層，大部分分布在中西部，夾矸厚0.143.23m，為泥巖或砂質(zhì)泥巖，般煤層厚度是上分層大于下分層。煤層頂板多為砂質(zhì)泥巖或砂泥巖互層，局部地段為砂巖。底板為砂巖、砂質(zhì)泥巖。1.2.317號(hào)煤層17號(hào)煤層位于太原組中部，上距8號(hào)煤層約110m，在整個(gè)井田內(nèi)有分布。煤層的原始沉積穩(wěn)定，煤厚在0.191.28m，平均0.81m，煤層結(jié)構(gòu)單一，僅有少量鉆孔見有一層夾矸，夾矸厚度0.10.64m。夾矸巖性為泥巖，煤層頂板多為泥巖，底板為無(wú)名灰?guī)r，個(gè)別點(diǎn)為泥巖。由于巖漿巖的侵入破壞，煤大部分被焦化，甚至吞蝕，失

12、去工業(yè)價(jià)值，17號(hào)煤層為一局部可采的不穩(wěn)定煤層。1.2.421號(hào)煤層21號(hào)煤層是太原組最下一層局部可采煤層，上距17號(hào)煤層為38.3864.32m，平均為51.68m；下距L13為1.713.89m，平均為2.55m。沉積層位穩(wěn)定，在全井田分布，但受巖漿巖侵入破壞嚴(yán)重，使大部分地段的煤層分叉變薄和強(qiáng)烈焦化而失去工業(yè)價(jià)值。16線以西由于受巖漿巖的侵入，煤層破壞嚴(yán)重，大部分地段的煤層分叉、變薄和強(qiáng)烈焦化而失去工業(yè)價(jià)值。僅16線以東的煤層進(jìn)行評(píng)價(jià)，本區(qū)共有48個(gè)見煤（焦）點(diǎn)，剔除巖漿巖破壞點(diǎn)及一個(gè)斷薄點(diǎn)，僅有42個(gè)正常見煤點(diǎn)，厚度為0.671.68m，平均1.02m。16線以東的21號(hào)煤層為較穩(wěn)定的

13、可采煤層。煤層含夾矸12層，夾矸厚度有的大于最低可采厚度或大于煤層的上、下分層的厚度，使之出現(xiàn)個(gè)別不可采點(diǎn)；下部一層夾矸普遍發(fā)育，層位穩(wěn)定，易于對(duì)比，夾矸厚度在0.140.94m，平均0.37m，夾矸巖性多為泥巖。由于巖漿侵入煤層，使煤層增加13層巖漿夾矸。煤層直接頂板為灰?guī)r（l12），底板多為泥巖，少數(shù)為砂質(zhì)泥巖，個(gè)別點(diǎn)為細(xì)砂巖或炭質(zhì)泥巖。礦井各煤層都有煤塵爆炸危險(xiǎn)。各煤層均為不易自燃或不自燃煤層。1.3 礦井煤層儲(chǔ)量截止2002年底孔莊煤礦可采煤層期末能利用儲(chǔ)量16022.6萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量8055.4萬(wàn)t，暫不能利用儲(chǔ)量9629萬(wàn)t，可放面儲(chǔ)量6041.6萬(wàn)t。2002年末礦井分煤層、分水

14、平儲(chǔ)量詳見下表： 表1-1 2002年末礦井儲(chǔ)量匯總表 單位：萬(wàn)t煤 系煤層水 平能 利 用 儲(chǔ) 量可采儲(chǔ)量備 注A級(jí)A+B級(jí)C級(jí)D級(jí)合計(jì)山西組七煤-37554.7921.2409.21330.4717.9其中焦為66.6-620446890.31267.22157.51087.6其中焦為174.6-78574.574.574.547為2采區(qū)儲(chǔ)量-1000413.51118.234524570.22879.5七下煤-37570.570.5-6208787-1000155.8155.8八煤-37542.9865.4235.91101.3676.1-620213.1563.2895.21458.4

15、856-785162.3162.3162.3102.3為2采區(qū)儲(chǔ)量-1000315.22365.62680.81689計(jì)14074910.38938.413848.78055.4其中焦為241.2太原組17煤-37547.2105.1152.3-620113.4146.6260-100016.8715.6732.421煤-375188.2188.2-620284284-1000557557計(jì)177.41996.52173.9合 計(jì)14075087.710934.916022.68055.4其中焦為241.21.4 通風(fēng)系統(tǒng)孔莊礦現(xiàn)行通風(fēng)系統(tǒng)為邊界對(duì)角式通風(fēng)，即主副井進(jìn)風(fēng)東南風(fēng)井回風(fēng)，雙機(jī)低速隔

16、總回。礦井等積孔為4.53m2。南風(fēng)井：主扇型號(hào)為G4-73-11NO.25D型離心式風(fēng)機(jī)，有480rpm和580rpm兩個(gè)轉(zhuǎn)速，現(xiàn)運(yùn)行480rpm，風(fēng)機(jī)葉片前導(dǎo)器角度為45度，礦井風(fēng)量為3110m3/min，風(fēng)機(jī)外部漏風(fēng)率為4.7，主扇靜壓為168mmH2O，電機(jī)功率180kW。主要承擔(dān)礦井西翼、2采區(qū)二個(gè)地點(diǎn)供風(fēng)。東風(fēng)井：主扇型號(hào)G4-73-12NO.28D型離心式風(fēng)機(jī)，有490rpm和580rpm兩個(gè)轉(zhuǎn)速，現(xiàn)運(yùn)行490rpm，風(fēng)機(jī)葉片前導(dǎo)器角度為60度，礦井風(fēng)量為6820m3/min，風(fēng)機(jī)外部漏風(fēng)率為4.5，主扇靜壓為150mmH2O，電機(jī)功率300kW。主要承擔(dān)4、5、3三個(gè)采區(qū)的供風(fēng)

17、。兩風(fēng)井在井下東三-160總回風(fēng)巷處，用風(fēng)門把兩風(fēng)井回風(fēng)加以隔開。礦井反風(fēng)為專用反風(fēng)道反風(fēng)。2004年礦井反風(fēng)演習(xí)測(cè)得，礦井反風(fēng)率為56.9%，主石門反風(fēng)率為51.6%。礦井通風(fēng)系統(tǒng)合理、穩(wěn)定，各采掘用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量滿足要求，沒有風(fēng)速超限、無(wú)風(fēng)、微風(fēng)巷道。1.5 防滅火系統(tǒng)及注漿經(jīng)重慶煤研所鑒定，煤炭自燃傾向性分類為三類；煤層為不易自燃?？浊f礦自然發(fā)火期為612個(gè)月?，F(xiàn)井下采取的防滅火措施有采空區(qū)的注漿，密閉周檢和防滅火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。井下采空區(qū)能做到及時(shí)封閉，密閉沒有欠賬。盲巷按規(guī)定要求及時(shí)封閉。現(xiàn)礦井注漿系統(tǒng)為東風(fēng)井注漿系統(tǒng)。地面注漿池兩個(gè)，容積各為24m3，注漿管路為14050m，全為4吋管路，分

18、別注漿4、5采區(qū)和2、3采區(qū)，主要注粉煤灰和黃土混合物。注漿為該礦的主要防火措施，有專門的井下注漿隊(duì)伍10人；并能在局部地點(diǎn)實(shí)施注凝膠和高分子材料；對(duì)采空區(qū)密閉及四周巷道進(jìn)行噴漿。1.6瓦斯情況孔莊煤礦為低瓦斯礦井，2006年瓦斯鑒定結(jié)果為：全礦井相對(duì)涌出量為4.11m3/t，2采區(qū)為3.4m3/t，3采區(qū)為1.93m3/t，4采區(qū)為0.88m3/t，東風(fēng)井東翼為1.78m3/t，東風(fēng)井西翼為2.82m3/t，南風(fēng)井東翼為4.11m3/t，南風(fēng)井西翼為0.2m3/t。礦井安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為江西煤炭研究所的KJ65安全監(jiān)控系統(tǒng)；另在采煤面和掘進(jìn)面還裝備了瓦斯報(bào)警斷電裝置，現(xiàn)瓦斯報(bào)警斷電裝置在籍15臺(tái)

19、，使用9臺(tái)，主要型號(hào)為江西煤研所的CGW型；礦井有瓦斯報(bào)警儀在籍430臺(tái)，使用386臺(tái)。2 工作面概況及災(zāi)害危險(xiǎn)性分析2.1工作面概況7431工作面是孔莊礦第三個(gè)綜采放頂煤工作面（回采工作面平面布置如圖2-1所示），位于7339綜放面的下方，從工作面開切眼向外550m范圍內(nèi)工作面周圍為實(shí)體煤，之外與7339綜放面之間留有18m煤柱，在工作面走向450550m之間有落差大于5m的斷層帶，工作面無(wú)法穿過(guò)斷層帶，這樣在工作面走向中間將留有一斷層煤柱。工作面上風(fēng)巷標(biāo)高為-774-798m、下風(fēng)巷標(biāo)高為-777.73-862.91m，地面標(biāo)高為+36.2m。工作面，走向長(zhǎng)1234m，傾斜長(zhǎng)140m，回采

20、面積190619m2，煤層厚度4.35.0m，平均4.5m。煤層傾角2228°，平均25°；工作面儲(chǔ)量115.8萬(wàn)t，可采儲(chǔ)量98.4萬(wàn)t，回采率85。該面采用走向長(zhǎng)壁采煤、輕型綜采放頂煤一次采全高，采空區(qū)處理方法為全部垮落法。表2-1與表2-2給出了工作面的相關(guān)參數(shù)。圖2-1 7431工作面平面布置圖表2-1 工作面開采范圍上部境界7339老塘井下標(biāo)高-771.987 m-843.505 m下部境界-840等高線采 高（4.35.4）/4.8m東部境界F13斷層走向長(zhǎng)度820m西部境界輔助上山傾向長(zhǎng)度140m地面標(biāo)高+33.33m+36.2m回采面積126144m2表2-

21、2 煤層特征項(xiàng) 目單 位全 煤 厚開采分層煤層厚度全 煤 厚m4.35.4一次采全高平均煤厚m4.8可采分層數(shù)個(gè)1煤層傾角°2228/25煤層硬度硬、中、軟中硬煤 質(zhì)煤層灰分%12.4揮 發(fā) 分%37.0容 重t/m31.35自 燃 發(fā) 火 期月類瓦 斯 等 級(jí)低、高低瓦斯煤 塵 爆 炸 指 數(shù)%有強(qiáng)爆性含矸率%87431工作面柱狀圖見圖2-2所示。圖2-2 7431工作面綜合柱狀圖煤層偽頂為泥巖，厚1.0m，直接頂為深灰色砂質(zhì)泥巖，厚度1.5m，老頂為粉砂巖和中砂巖，厚8.0m。底板為黑色泥巖。頂?shù)装鍘r石特征見表2-3。表2-3 頂?shù)装鍘r石特征頂板、底板巖石類別巖 厚性 質(zhì)頂板老

22、頂粉砂巖平均厚度4.2m灰黑色,厚層狀，裂隙發(fā)育，巖石破碎直接頂泥巖砂質(zhì)泥巖平均厚度1.8 m平均厚度2.0 m黑色，斷口不平坦，含植物化石，局部含砂質(zhì)灰白色,含植物根部化石底板泥巖平均厚度2.3 m黑色，斷口不平坦，含植物化石，局部含砂質(zhì)工作面內(nèi)已揭露斷層11條，有7條落差大于2m的斷層將影響工作面回采，且還可能有小斷層存在，本工作面屬低瓦斯區(qū)，比照高瓦斯管理，煤巖有強(qiáng)爆性，自燃發(fā)火期為III類。2.2 瓦斯災(zāi)害研究現(xiàn)狀煤礦瓦斯突出和瓦斯爆炸是煤礦的重大災(zāi)害之一，在我國(guó)的煤炭事故中70%以上是瓦斯事故。因此，對(duì)瓦斯突出、爆炸的機(jī)理、預(yù)測(cè)及其防治一直煤礦的工作重點(diǎn)。目前，瓦斯突出的機(jī)理假說(shuō)比較

23、多，國(guó)外關(guān)于煤和瓦斯突出機(jī)理的認(rèn)識(shí)如下幾種觀點(diǎn)：地應(yīng)力假說(shuō)；瓦斯作用假說(shuō)；化學(xué)本質(zhì)假說(shuō)；綜合作用假說(shuō)(能量假說(shuō)，應(yīng)力分布不均勻假說(shuō))。我國(guó)從60年代起就對(duì)突出煤層的應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯賦存狀態(tài)、煤的物理力學(xué)性能等開展了研究，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)資料和試驗(yàn)研究對(duì)突出機(jī)理進(jìn)行了探討，提出了新的見解和觀點(diǎn)，概括起來(lái)主要有以下幾方面：中心擴(kuò)張學(xué)說(shuō)；流變假說(shuō)；二相流體假說(shuō)；固流耦合失穩(wěn)假說(shuō)；球殼失穩(wěn)假說(shuō)。這些假說(shuō)都在一定程度上解釋了瓦斯突出的機(jī)理，對(duì)瓦斯突出的預(yù)測(cè)和防治提供了依據(jù)。瓦斯突出的預(yù)測(cè)的方法很多，主要分為兩大類，一類是靜態(tài)(不連續(xù))預(yù)測(cè)，包括D，K綜合指標(biāo)法；R指標(biāo)法；鉆孔瓦斯涌出初速度q法和鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)(

24、h2)法；鉆屑量法和鉆屑倍率法和鉆屑綜合指標(biāo)法。另一類是動(dòng)態(tài)(連續(xù))預(yù)測(cè)，該類方法主要有如下幾種：聲發(fā)射技術(shù)；瓦斯涌出動(dòng)態(tài)指標(biāo)；電磁輻射監(jiān)測(cè)技術(shù)；目前國(guó)內(nèi)外主要有：鉆孔法，電磁輻射法，聲發(fā)射法。其未來(lái)突出預(yù)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)是，利用聲發(fā)射技術(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)變形破裂劇烈區(qū)進(jìn)行定位，利用電磁輻射監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)工作面非接觸連續(xù)預(yù)測(cè)，再結(jié)合現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的瓦斯涌出動(dòng)態(tài)對(duì)煤與瓦斯突出現(xiàn)象進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。瓦斯突出應(yīng)采用“突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)實(shí)施防突措施措施效果檢驗(yàn)安全防護(hù)措施”四位一體得綜合防治措施。其具體措施有：淺空爆破措施或多段放炮法，注水法；卸壓槽和深孔控制卸壓爆破措施；擴(kuò)大通風(fēng)斷面提高工作面的配風(fēng)量；頂板走向

25、鉆孔抽放瓦斯和底板穿層鉆孔預(yù)抽瓦斯。礦井瓦斯爆炸是煤礦特有的及其嚴(yán)重的一種災(zāi)害，不僅能造成大量人員傷亡，而且會(huì)嚴(yán)重摧毀井下設(shè)施，中斷生產(chǎn)，瓦斯爆炸給人民生命和國(guó)家財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的損失。因此，研究和采用先進(jìn)的瓦斯爆炸防治技術(shù)對(duì)煤礦安全有十分重要的意義。通過(guò)對(duì)大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和試驗(yàn)研究，瓦斯爆炸是由于瓦斯與空氣中的氧氣、水等發(fā)生鏈?zhǔn)交瘜W(xué)反應(yīng)而造成的，在低溫和高溫的化學(xué)反應(yīng)約有不同，但是，反應(yīng)過(guò)程中，瓦斯?jié)舛?，空氣的氧濃度以及溫度，濕度是制約瓦斯爆炸的主要因素，尤其是瓦斯的濃度和空氣中氧的濃度。因此在預(yù)防瓦斯爆炸最重要的是就是動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測(cè)，對(duì)溫度的監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，做出及時(shí)的調(diào)整，其監(jiān)測(cè)

26、的儀器目前主要有平頂山礦務(wù)局的JCB-C68A瓦斯便攜儀，俄羅斯的SGM-1的瓦斯報(bào)警燈，平頂山礦務(wù)局和重慶煤科院研制的KDJ礦井瓦斯報(bào)警燈。預(yù)防瓦斯爆炸的措施主要包括三個(gè)方面：防止瓦斯積存與超限（瓦斯?jié)舛瘸^(guò)規(guī)程規(guī)定限值）；防止引燃火源；防止瓦斯爆炸事故擴(kuò)大的措施。具體措施有：加強(qiáng)通風(fēng)；嚴(yán)格瓦斯管理，加強(qiáng)瓦斯檢查；煤層注水法等。2.3 煤層自燃研究現(xiàn)狀煤層自燃而引發(fā)的礦井火災(zāi)是煤礦的主要災(zāi)害之一，它不僅對(duì)人體和機(jī)械設(shè)備造成危害，而且還會(huì)引發(fā)瓦斯、煤塵和火災(zāi)所產(chǎn)生的氣體爆炸等礦井災(zāi)害，此外，煤層自燃還會(huì)直接燒掉大量的煤炭資源。為此，廣大的科研技術(shù)人員對(duì)火災(zāi)作了大量的研究，提出了一些煤層自燃的機(jī)

27、理、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和防治理論和方法，對(duì)煤層自燃的防治起到了積極的作用。對(duì)煤層自燃的機(jī)理，人們從17世紀(jì)就開始進(jìn)行探索，提出了多種學(xué)說(shuō)，其中影響較大的有黃鐵礦作用學(xué)說(shuō)、細(xì)菌作用學(xué)說(shuō)、酚基作用學(xué)說(shuō)和煤氧復(fù)合學(xué)說(shuō)等。其中煤氧復(fù)合學(xué)說(shuō)得到人們的普遍贊同，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為煤炭自燃是由于煤與空氣中的氧結(jié)合發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)、放出熱量而引起的。在自燃的發(fā)展過(guò)程中，煤與氧所發(fā)生的氧化反應(yīng)是分子的基鏈反應(yīng)，即每一個(gè)參加反應(yīng)的團(tuán)粒或者說(shuō)在鏈上的原子團(tuán)首先產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)新的活化團(tuán)粒，再引起相鄰團(tuán)粒活化并參加反應(yīng)。在低溫條件下，這個(gè)反應(yīng)過(guò)程要持續(xù)一段時(shí)間，低溫氧化過(guò)程的持續(xù)發(fā)展是反應(yīng)過(guò)程的自身加速作用增大，若反應(yīng)生成的熱量不能及時(shí)

28、散發(fā)掉，就會(huì)引起自熱并最終導(dǎo)致自燃。根據(jù)該學(xué)說(shuō)，煤炭自燃的關(guān)鍵是在低溫下的氧化放熱特性。這一特性是和煤的化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)以及煤炭成分等有關(guān)的。煤的自然發(fā)火，由于井下地質(zhì)條件及采空區(qū)等處特殊條件的限制，迄今，各種探測(cè)原理的儀器均難以準(zhǔn)確、快速的確定這種隱蔽火源的位置和范圍，也就難以采取滅火措施，目前，根據(jù)檢測(cè)原理，大致分為幾類方法:溫度探測(cè)法，如世界各國(guó)通用的直接測(cè)溫法、熱輻射測(cè)溫法等。氣體探測(cè)法，如俄羅斯及我國(guó)山西礦院研究的測(cè)氧法、測(cè)co/HZ比值法等。磁力探測(cè)法，如我國(guó)陜西煤田地勘公司用美國(guó)G856A型磁力儀在陜北煤田探測(cè)露頭火，測(cè)定露頭火向下延燒范圍。數(shù)理解算法，如原蘇聯(lián)及中國(guó)礦大、阜新

29、礦院等曾探測(cè)采空區(qū)周邊氣體成份及溫度變化，利用采場(chǎng)空氣流場(chǎng)規(guī)律，進(jìn)行數(shù)學(xué)推算，得到采空區(qū)各處溫度分布，從而確定高溫點(diǎn)位置。電磁波探測(cè)法，如西德、法國(guó)、原蘇聯(lián)都作過(guò)這方面的研究。電阻法即以電極探測(cè)火源高溫引起煤層頂、底板巖層電阻值變化，確定火源位置。目前煤礦常用的滅火技術(shù)主要有：水滅火技術(shù)、注氮滅火技術(shù)、均壓防滅火技術(shù)、灌漿防滅火技術(shù)、阻化劑滅火技術(shù)、惰氣泡沫防滅火技術(shù)、霧化阻化劑防滅火技術(shù)、粉狀惰化阻化劑防滅火技術(shù)、凝膠防滅火技術(shù)等。2.4 沖擊礦壓動(dòng)力研究現(xiàn)狀沖擊礦壓自1738年在英國(guó)的南史塔福煤田的萊比錫煤礦報(bào)道以來(lái)，廣大的采礦工作者對(duì)沖擊礦壓的研究就從來(lái)沒有停止過(guò)。迄今為止，人們對(duì)沖擊礦

30、壓的研究基本遵循一條研究路線：從觀察、記錄、和分析沖擊礦壓發(fā)生的現(xiàn)象、規(guī)模和顯現(xiàn)的特征入手，遵循從實(shí)踐到理論，反過(guò)來(lái)用理論指導(dǎo)實(shí)踐，并在新的實(shí)踐基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展和完善這一理論。就研究?jī)?nèi)容而言主要是沖擊礦壓的機(jī)理和沖擊礦壓預(yù)防和控制研究。其中最主要的研究?jī)?nèi)容是沖擊礦壓機(jī)理的研究，它是沖擊礦壓預(yù)防和控制研究的理論基礎(chǔ)。沖擊礦壓發(fā)生機(jī)理十分復(fù)雜。各國(guó)學(xué)者在對(duì)沖擊礦壓現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，從不同角度相繼提出了一系列的重要理論，如強(qiáng)度理論、剛度理論、能量理論、沖擊傾向理論、三準(zhǔn)則和變形系統(tǒng)失穩(wěn)理論等。2.4.1 強(qiáng)度理論早期的強(qiáng)度理論著眼于巖體的破壞原因，認(rèn)為地下井巷和采場(chǎng)周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中當(dāng)應(yīng)力

31、集中程度達(dá)到煤巖體的強(qiáng)度極限時(shí)就發(fā)生沖擊礦壓。近代的強(qiáng)度理論主要考慮“巖體圍巖”系統(tǒng)復(fù)雜受力狀態(tài)的極限平衡條件，并注重對(duì)實(shí)測(cè)資料的定量分析。近代強(qiáng)度理論的破壞準(zhǔn)則最具有代表性的時(shí)Hock和Brown于1980年提出的經(jīng)驗(yàn)型的強(qiáng)度準(zhǔn)則：式中1最大主應(yīng)力，MPa；3最小主應(yīng)力，MPa；c完整巖石材料的單軸抗壓強(qiáng)度，MPa；m常數(shù)，取決于巖石性質(zhì)和承受破壞應(yīng)力前巖石已經(jīng)破壞的強(qiáng)度。2.4.2 剛度理論剛度理論是Cook和Hodgei于20世紀(jì)60年代中期根據(jù)剛性試驗(yàn)機(jī)理論得到。剛度理論認(rèn)為礦山結(jié)構(gòu)剛度的剛度大于礦山負(fù)荷的剛度是產(chǎn)生沖擊礦壓的必要條件。80年代佩圖霍夫認(rèn)為，沖擊礦壓是因?yàn)槟抢锏拿海◣r）

32、體破壞時(shí)實(shí)現(xiàn)了柔性加載條件，并且明確認(rèn)為礦山結(jié)構(gòu)的剛度是峰值后的載荷變形曲線下降段的剛度。其沖擊礦壓發(fā)生的判斷準(zhǔn)則為：k+>0式中：k圍巖剛度；煤柱屈服后的剛度2.4.3 能量理論能量理論是Cook根據(jù)沖擊礦壓發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的地震，破壞和拋出巖石等動(dòng)力現(xiàn)象需要大量的能量的事實(shí)，提出了礦體圍巖系統(tǒng)在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時(shí)，釋放的能量大于消耗的能量時(shí)，即產(chǎn)生沖擊礦壓，并且認(rèn)為這種釋放的剩余能量就是產(chǎn)生沖擊礦壓的能量，其中一部分能量是從圍巖而不是礦體發(fā)源的。Brauner在此基礎(chǔ)上，考慮到時(shí)間因素，提出了從發(fā)生沖擊礦壓的判據(jù)：式中WE圍巖儲(chǔ)存的能量；圍巖的能量釋放有效系數(shù)；Ws礦體儲(chǔ)存的能量； 礦體

33、的能量釋放有效系數(shù)；WD消耗于礦體與圍巖交界處和礦體破壞阻力的能量。2.4.4 沖擊傾向性理論沖擊礦壓的發(fā)生不僅與外部條件有關(guān)，而且還與煤巖的物理性質(zhì)有關(guān)，這種決定其產(chǎn)生沖擊礦壓的能力的物理性質(zhì)是煤巖體固有的屬性，稱為煤（巖）體的沖擊傾向。沖擊傾向理論是波蘭和前蘇聯(lián)學(xué)者提出的，我國(guó)學(xué)者在這方面做出了大量的工作，目前判別沖擊傾向的指標(biāo)主要有彈性能指數(shù)WET，沖擊礦壓有效能量釋放率，沖擊能指數(shù)KE，破壞時(shí)間指標(biāo)Dt以及煤巖體的脆性系數(shù)K。據(jù)此給出的產(chǎn)生沖擊礦壓的沖擊傾向條件或判斷依據(jù)是：煤巖介質(zhì)的實(shí)際沖擊傾向度大于所規(guī)定的極限值。2.4.5 穩(wěn)定性理論穩(wěn)定性理論用于沖擊礦壓?jiǎn)栴}最早可追溯到20世紀(jì)

34、60年代中期的NevilleCook的研究。穩(wěn)定性理論認(rèn)為，煤巖體達(dá)到強(qiáng)度僅標(biāo)志煤巖破壞的開始，進(jìn)入極限強(qiáng)度后變形的過(guò)程視為破壞過(guò)程，此時(shí)，煤巖體裂紋不斷擴(kuò)展，按照斷裂力學(xué)的觀點(diǎn)，裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展需要滿足兩個(gè)條件：煤巖體應(yīng)力超過(guò)其極限強(qiáng)度和裂紋擴(kuò)展的能量釋放率大于其能量的消耗率。通常采用普通的平衡狀態(tài)失穩(wěn)的能量準(zhǔn)則，作為煤巖體變形系統(tǒng)平衡狀態(tài)穩(wěn)定性準(zhǔn)則。即認(rèn)為系統(tǒng)具有的總勢(shì)能有極值，且是極小值時(shí)，則系統(tǒng)的平衡狀態(tài)是穩(wěn)定的，否則為非穩(wěn)定的，受到擾動(dòng)將發(fā)生失穩(wěn)。當(dāng)系統(tǒng)失穩(wěn)所釋放的能量遠(yuǎn)大于消耗的能量時(shí)，才能有多余能量轉(zhuǎn)化為拋出煤塊的動(dòng)能和地震能，而發(fā)生沖擊礦壓。要防治沖擊礦壓的發(fā)生，首先要對(duì)可能發(fā)生的

35、沖擊礦壓危險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)定，確定發(fā)生沖擊礦壓的危險(xiǎn)等級(jí)并進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。目前對(duì)于沖擊礦壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)主要采用采礦方法，包括根據(jù)采礦地質(zhì)條件和開采條件確定沖擊礦壓危險(xiǎn)的綜合指數(shù)法確，數(shù)值模擬分析法，鉆屑法，煤巖層沖擊礦壓傾向性分類法等；采礦地球物理方法，包括微震法，聲發(fā)射法，電磁輻射法，振動(dòng)法，重力法等。通過(guò)采用上述沖擊礦壓危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)方法，可以達(dá)到準(zhǔn)確預(yù)報(bào)沖擊礦壓可能發(fā)生的地點(diǎn)和位置，較準(zhǔn)確地確定沖擊礦壓發(fā)生強(qiáng)度和震動(dòng)釋放能量的大小。而對(duì)于沖擊礦壓的治理措施，主要從戰(zhàn)略性的防御和主動(dòng)解危兩個(gè)方面進(jìn)行。戰(zhàn)略性和防御性措施主要有開采解放層，在進(jìn)行開采設(shè)計(jì)時(shí)，選擇合適的開采順序，開采方法和采

36、煤工藝，力爭(zhēng)消除形成沖擊礦壓發(fā)生的因素。沖擊礦壓的主動(dòng)解危措施主要有卸壓爆破，煤層注水，鉆孔卸壓，定向裂縫法等方法等。從研究情況看，沖擊礦壓雖然是煤礦的嚴(yán)重自然災(zāi)害，但若做好研究、預(yù)測(cè)和防治工作，是可以避免事故的發(fā)生的。2.5 多巷道，大采深，水旱交接多種災(zāi)害交織的研究現(xiàn)狀隨著煤礦采深的加深，采礦工程面臨的問題更加復(fù)雜，由此產(chǎn)生的工程災(zāi)害事故更為嚴(yán)重。理論和實(shí)際表明，隨著采深的加大，煤礦沖擊礦壓的強(qiáng)度，頻率，瓦斯突出，瓦斯爆炸，煤層自燃等礦井災(zāi)害危險(xiǎn)性加大，并且，往往這些災(zāi)害交織在一起，給礦井的預(yù)防帶來(lái)了極大的困難，為此，很多科研人員對(duì)此花費(fèi)了大量的時(shí)間，提出了一些理論和方法，對(duì)多種災(zāi)害的預(yù)防

37、有著積極的意義。多種災(zāi)害交織的綜合評(píng)判一直是廣大科研人員研究的熱點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外在評(píng)估的理論、方法及應(yīng)用等方面做了大量的研究工作，有的已形成了較為完善的評(píng)估程序和評(píng)估方法，并用法規(guī)形式確定了評(píng)估在決策過(guò)程中的地位和作用。國(guó)內(nèi)外在項(xiàng)目尤其是科研項(xiàng)目評(píng)估方面采用的方法很多，但就評(píng)估而言并沒有通用的方法庫(kù)，評(píng)估者在評(píng)估的實(shí)踐中，往往是根據(jù)不同的目的、對(duì)象確定不同的方法。通常比較常用的方法主要包括同行評(píng)議法、層次分析法、加權(quán)優(yōu)序法、效用函數(shù)法、相關(guān)分析法、綜合評(píng)價(jià)法及模糊綜合評(píng)價(jià)法等。由于多種災(zāi)害的評(píng)估是一種跨學(xué)科、跨層次的綜合性工作，它既要求社會(huì)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)與自然科學(xué)的綜合，又要求決策層、執(zhí)行層與研究

38、層的結(jié)合。因此，一些很好的評(píng)估方法很難在煤礦多種災(zāi)害發(fā)揮應(yīng)有的作用，目前在煤礦的多種災(zāi)害當(dāng)中用得比較廣泛的有模糊分形、分維法，灰色系統(tǒng)理論，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。由于煤礦災(zāi)害眾多，因此，根據(jù)交織的災(zāi)害不同，其防治的措施不同，就多巷道，大采深，水旱交接條件下，煤礦沖擊礦壓，瓦斯突出、爆炸，煤層自燃等多種災(zāi)害交織在一起幾乎還沒有人研究，因此，對(duì)這種條件下的煤礦沖擊礦壓，瓦斯突出、爆炸，煤層自燃的預(yù)測(cè)綜合評(píng)判和防治措施對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)有著積極的意義。2.6 7431工作面災(zāi)害危險(xiǎn)性分析7431工作面相鄰的7339工作面初采期間，由于老頂大面積來(lái)壓造成采空區(qū)瓦斯瞬時(shí)大量涌出，工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛冗_(dá)3%

39、，上隅角瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)8%，持續(xù)時(shí)間為1h。在7339工作面回風(fēng)巷與7337工作面采空區(qū)交界處的7#密閉附近發(fā)生過(guò)煤炭自燃，并在靠近7339工作面回風(fēng)巷側(cè)出現(xiàn)明火。7431工作面開采深度大（達(dá)899m）、瓦斯壓力大于1.5MPa、瓦斯涌出量大，工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，有多處斷層沿工作面傾斜方向分布或在工作面尖滅，有些斷層落差較大，工作面搬家后將留下斷層煤柱。此外，沿工作面走向既有實(shí)體煤柱區(qū)又有采空區(qū)煤柱區(qū)，且煤柱寬度18m處在7339和7431兩個(gè)工作面采動(dòng)的集中應(yīng)力帶內(nèi)。由于開采條件的復(fù)雜性，在7431工作面開采過(guò)程中具有形成沖擊礦壓的危險(xiǎn)性、瓦斯異常涌出的危險(xiǎn)性、上隅角瓦斯超限、采空區(qū)及煤柱隔離

40、帶破碎煤體自燃發(fā)火的危險(xiǎn)性。通過(guò)本項(xiàng)目的研究將獲得7#煤層瓦斯參數(shù)及對(duì)綜采放頂煤工作面安全生產(chǎn)的影響，綜采放頂煤工作面初采過(guò)程中可能出現(xiàn)的異常瓦斯涌出及其防治對(duì)策、深部開采過(guò)程中煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性及其防治對(duì)策，綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律及其防治對(duì)策，7339工作面老空區(qū)瓦斯沖擊涌出的可能性及其防治對(duì)策，綜采放頂煤工作面煤炭自燃防治對(duì)策，7339與7431工作面之間煤柱隔離帶破碎煤體自然發(fā)火及其防治對(duì)策，深部高溫自然發(fā)火危險(xiǎn)工作面合理通風(fēng)量，井下移動(dòng)抽放系統(tǒng)及其在7431工作面應(yīng)用的可能性，7339與7431工作面之間煤柱應(yīng)力分布、沖擊礦壓危險(xiǎn)性及其防治對(duì)策，深部開采過(guò)程中回采工作面沖擊礦壓危

41、險(xiǎn)性及其防治，深部開采過(guò)程中回采工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律及合理工作阻力確定，初次來(lái)壓過(guò)程中沖擊礦壓危險(xiǎn)性及其防治對(duì)策，斷層帶附近沖擊礦壓危險(xiǎn)性及其防治對(duì)策，最終實(shí)現(xiàn)深部復(fù)雜條件綜采放頂煤工作面的安全生產(chǎn)。這些成果對(duì)孔莊礦的深部開采具有重要的指導(dǎo)意義。上海大屯能源股份所屬煤礦逐步轉(zhuǎn)入深水平開采，隨著開采深度的增加，煤與瓦斯突出問題越來(lái)越嚴(yán)重。因此開展好本項(xiàng)目的研究工作，對(duì)保證集團(tuán)公司的安全生產(chǎn)，提高煤礦開采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。37431工作面瓦斯災(zāi)害及其防治對(duì)策3.1 工作面煤層瓦斯賦存及涌出預(yù)測(cè)分析3.1.1 煤層瓦斯含量煤的瓦斯含量是指單位重量煤體中所含的瓦斯量(m3/t),它

42、分為游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量。其計(jì)算式為：式中：?jiǎn)挝恢亓棵旱目紫度莘e，m3/t；煤層瓦斯壓力，MPa；標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的絕對(duì)溫度()和壓力(MPa)；瓦斯壓縮系數(shù)；煤的極限瓦斯吸附量，m3/t；吸附常數(shù)，MPa-1；實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤吸附常數(shù)時(shí)的實(shí)驗(yàn)溫度，；煤層溫度，；煤的灰分和水分，%。表3-1給出了不同地點(diǎn)7#煤層和8#煤層瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖3-1為7#煤層瓦斯含量隨煤層瓦斯壓力的變化，圖3-2給出了煤層瓦斯壓力隨開采深度的變化。由上述結(jié)果可知，7431工作面開采7#煤層距地表垂深為770899m，平均垂深按850m計(jì)算，煤層瓦斯壓力達(dá)到1.7MPa，煤層瓦斯含量為6.00m3/t。由于距7#煤層

43、底板下方8.2m的8#煤層無(wú)實(shí)際瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果，故在工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)時(shí)，8#煤層的瓦斯壓力取與7#煤層相同的數(shù)據(jù)，8#煤層的瓦斯含量為6.00m3/t。表3-1 煤層瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果取樣地點(diǎn)吸附常數(shù)a/m3/t吸附常數(shù)b/MPa-1灰份A /%水份W /%-785m8煤層16.530.59827.962.26-785m7煤層17.240.5299.672.647337溜煤上山19.800.44317.372.457335回5順槽25.320.3816.982.40圖3-1 7#煤層瓦斯含量隨瓦斯壓力的變化（-785m實(shí)驗(yàn)結(jié)果）圖3-2 7#煤層瓦斯壓力隨開采深度的變化3.1.2 掘進(jìn)工作面

44、瓦斯涌出量預(yù)測(cè)3.1.2.1 巷道煤壁瓦斯涌出量計(jì)算根據(jù)孔莊礦綜放7338工作面的掘進(jìn)工作面巷道煤壁瓦斯涌出量的參數(shù)考察，得出了孔莊礦掘進(jìn)工作面瓦斯涌出的預(yù)測(cè)公式如下：式中:在掘進(jìn)速度為v，巷道長(zhǎng)度為時(shí)的煤壁瓦斯涌出量，m3/min。為掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度，m;為日平均掘進(jìn)速度，m/d;q0m初始（相當(dāng)于t=0時(shí)）煤壁瓦斯涌出系數(shù)，（m3/min.m），取0.0059；線性常數(shù)，取0.701。由上式可以得出不同掘進(jìn)速度下，不同巷道長(zhǎng)度的煤壁瓦斯涌出量，見表3-2。表3-2 不同長(zhǎng)度巷道長(zhǎng)度的煤壁瓦斯涌出量計(jì)算表 單位：m3/min 速度(v)長(zhǎng)度(L)510152025301000.14850.209

45、60.25160.28350.30900.33022000.20350.29700.36510.41930.46450.50323000.24180.35840.44550.51640.57660.62894000.27210.40710.50960.59400.66650.73015000.29750.44800.56360.65960.74250.81606000.31950.48370.61060.71680.80900.89107000.33920.51540.65260.76790.86840.95828000.35690.54420.69060.80420.92231.01923.

46、1.2.2 落煤瓦斯涌出掘進(jìn)巷道中另一部分瓦斯來(lái)源是采落煤炭中涌出的，其落煤瓦斯涌出量主要取決于落煤量,煤層瓦斯含量與煤運(yùn)出采區(qū)巷道時(shí)的殘存瓦斯含量,單位時(shí)間內(nèi)掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量按下式計(jì)算:式中:¾掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量，m3/min;S¾掘進(jìn)巷道毛斷面，m2;¾日平均掘進(jìn)速度，m/d;g¾煤的容重，t/m3;¾煤層原始瓦斯含量，m3/t;¾運(yùn)出采區(qū)巷道時(shí)，煤的殘存瓦斯含量，m3/t; ¾掘進(jìn)機(jī)開機(jī)系數(shù),即開機(jī)時(shí)間與整個(gè)掘進(jìn)時(shí)間之比。根據(jù)孔莊礦實(shí)際情況，S=12m2，g=1.4t/m3，=6.85m3/t，=3m3/t，=0.4

47、2，則:=0.107v由上述計(jì)算可知,當(dāng)日掘進(jìn)速度為10m時(shí)，則掘進(jìn)落煤瓦斯涌出量為1.07m3/min。根據(jù)上式可知，在不同的掘進(jìn)速度下，落煤瓦斯涌出量如下表3-3所示。表3-3 孔莊礦不同掘進(jìn)速度下落煤瓦斯涌出量計(jì)算 掘進(jìn)速度(m/d)510152025303540瓦斯涌出量(m3/mim)0.5351.071.6052.142.6753.213.7454.283.1.2.3 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量包括掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出兩部分,由下式計(jì)算。=+0. 107v式中: 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量，m3/min;煤壁瓦斯涌出量，m3/min;落煤瓦斯涌出量，m3/mi

48、n;。表3-4為不同掘進(jìn)速度，不同巷道長(zhǎng)度下的掘進(jìn)瓦斯涌出量。表3-4不同掘進(jìn)速度,不同巷道長(zhǎng)度下的掘進(jìn)瓦斯涌出量L(m)V (m/d)510152030100(m3/min)0.14850.20960.25160.28350.3302(m3/min)0.5351.071.6052.143.21(m3/min)0.68351.27961.85662.42353.5402200(m3/min)0.20350.29700.36510.41930.5032(m3/min)0.5351.071.6052.143.21(m3/min)0.73851.36701.97112.55933.7132300(m

49、3/min)0.24180.35840.44550.51640.6289(m3/min)0.5351.071.6052.143.21(m3/min)0.77681.42842.09552.65643.8389500(m3/min)0.29750.44800.56360.65960.8160(m3/min)0.5351.071.6052.143.21(m3/min)0.83251.5182.16862.79964.0260800(m3/min)0.35690.54420.69060.80421.0192(m3/min)0.5351.071.6052.143.21(m3/min)0.89191.6

50、1422.29562.94424.2292*根據(jù)上表可以比較直觀地了解掘進(jìn)巷的瓦斯涌出量,可作為設(shè)計(jì)供風(fēng)量的參考。3.1.3工作面開采過(guò)程中瓦斯涌出量預(yù)測(cè)目前，回采工作面瓦斯涌出量的預(yù)測(cè)方法很多，這里選用了基于分源預(yù)測(cè)的淮南礦務(wù)局法?；夭晒ぷ髅娴耐咚褂砍隽糠譃楸久簩油咚褂砍隽亢袜徑鼘油咚褂砍隽?，則：式中:圍巖瓦斯涌出系數(shù)，全部冒落法，=1.1；工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，；工作面回采率，%；掘進(jìn)巷道預(yù)排瓦斯影響系數(shù)，；工作面的長(zhǎng)度，m；巷道瓦斯預(yù)排寬度，m；采高及煤層厚度，m；煤層原始瓦斯含量，m3/t；煤層殘存瓦斯含量，m3/t；第鄰近層的厚度，m；第鄰近層的原始瓦斯含量，m3/t；第鄰近層的殘

51、存瓦斯含量，m3/t；第鄰近層的瓦斯排放率，%，8#煤層的瓦斯涌出率達(dá)60%。開采煤層工作面具體參數(shù)為：=1.1, =1.18, =(140-2×15)/140=0.78=4.5m，=4.5m m3/t帶入預(yù)測(cè)公式得本煤層瓦斯涌出量 m3/t。鄰近層8#煤層平均厚度為1.2m，瓦斯涌出率按60計(jì)算，鄰近層瓦斯瓦斯涌出量為1.00m3/t。開采煤層回采工作面的瓦斯涌出量6.5m3/t，其中本煤層瓦斯涌出量5.5 m3/t，占85；鄰近層瓦斯涌出量1.00 m3/t，占15。工作面不同日產(chǎn)量條件下的絕對(duì)瓦斯涌出量如表3-5所示。表3-5 工作面絕對(duì)瓦斯涌出量計(jì)算結(jié)果匯總表工作面日產(chǎn)量/t

52、10001500200025003000工作面絕對(duì)瓦斯涌出量/m3/min4.51 6.77 9.03 11.28 13.54 注：以上瓦斯參數(shù)是在7339及7431工作面以外區(qū)域的測(cè)定結(jié)果，這些結(jié)果是否可靠，需要在7431工作面進(jìn)行驗(yàn)證性測(cè)定。3.1.4煤層突出危險(xiǎn)性根據(jù)防治煤與瓦斯突出細(xì)則第30條的規(guī)定，可采用以下綜合指標(biāo)對(duì)煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)。式中:煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)；開采深度，m；煤層瓦斯壓力，MPa；軟分層煤的瓦斯放散初速度；軟分層煤的平均堅(jiān)固性系數(shù)。用上述綜合指標(biāo)對(duì)煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)時(shí)其臨界值如下表所示。表3-6 煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)綜合指標(biāo)臨界值煤

53、層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)無(wú)煙煤其它煤種0.252015表3-7給出了三個(gè)不同區(qū)域7#煤層突出危險(xiǎn)性綜合指標(biāo)測(cè)定結(jié)果。從中可以看出煤層瓦斯壓力大于煤層的始突瓦斯壓力0.74MPa，綜合指標(biāo)大于表3-6中規(guī)定的臨界指標(biāo)，值小于表3-6中的臨界指標(biāo)。根據(jù)煤炭科學(xué)研究總院撫順分院的煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)結(jié)論：“孔莊礦煤層非構(gòu)造煤的測(cè)定結(jié)果全在10以下，值的測(cè)定結(jié)果全部在0.5以上，從單項(xiàng)指標(biāo)表明煤層無(wú)突出危險(xiǎn)性。綜合指標(biāo)全部小于15，也無(wú)突出危險(xiǎn)性?！薄笆T揭煤工作面測(cè)定為1011mm，遠(yuǎn)小于突出臨界指標(biāo)?！鄙鲜鼋Y(jié)果表明在目前的開采深度條件下孔莊礦煤層無(wú)突出危險(xiǎn)性?？v上所述，7#煤層具有

54、煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。表3-7 煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)綜合指標(biāo)測(cè)定結(jié)果測(cè)試采樣地點(diǎn)/m/MPa-785測(cè)壓3#鉆孔8001.57.00.635.011.17338掘進(jìn)工作面8001.58.00.635.012.77337掘進(jìn)工作面7501.46.40.862.37.4注：以上煤與瓦斯突出參數(shù)是在7339及7431工作面以外區(qū)域的測(cè)定結(jié)果，這些結(jié)果是否可靠，需要在7431工作面進(jìn)行驗(yàn)證性測(cè)定。3.1.57431工作面煤巷掘進(jìn)瓦斯涌出過(guò)程分析3.1.5.1 溜子道掘進(jìn)期間瓦斯涌出我們對(duì)掘進(jìn)期間煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示從2004年2月至9月份，溜子道掘進(jìn)期間瓦斯最大濃度為0.24%，最小濃度為0.06%，平均為0.11%；掘進(jìn)期間最大風(fēng)量在498m3/t，最小風(fēng)量為450m3/t，平均為469m3/t；根據(jù)計(jì)算得絕對(duì)瓦斯涌出量最大為1.1m3/min，最小值為0.27m3/min，平均為0.52 m3/min。從現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)看數(shù)據(jù)顯示，7431工作面溜子道總體瓦斯涌出量不大，原始煤體內(nèi)掘進(jìn)瓦斯災(zāi)害小。圖3-3