word第一章 煤与瓦斯突出预测方法按照煤与瓦斯突出的预测预报X围和时间的不同，国外将预测方法分为三类，第一是区域性预测，它主要是确定煤田、井田、煤层和采掘区域性的突出危险性，第二是局部预测，它是在区域性的根底上、根据钻探、采掘工程等资料，进一步对局部地区〔如采区〕或地点的突出危险性做出判断，第三是日常预测，它是在区域性预测、局部预测的根底上，根据突出预兆的各种异常效应〔如声、电、磁、震、热等〕，对突出危险发出警报我国将突出危险性预测只分为区域突出危险性预测和工作面突出危险性预测两类区域突出危险性预测，简称区域预测，用于预测煤层和煤层区域〔包括井田、新水平和新采区〕的突出危险性，并在地质勘探、新井建设、新水平和新采区开拓或准备时进展工作面预测也叫点预测，日常预测，用于工作面煤层的突出危险性预测，它包括石门揭煤工作面、煤巷掘进工作面和回采工作面的突出危险性预测1.1 区域性预测方法煤与瓦斯突出的区域性预测技术主要有以下几种预测方法，即单指标法、综合指标D与K法、瓦斯地质统计法1.1.1 单指标法采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标〔∆p〕、煤的巩固性系数〔f〕和煤层瓦斯压力〔p〕作为预测指标，某煤层只有全部指标达到或超过其临界值时方可预测为突出煤层。
各种指标的突出危险临界值应根据实测资料确定，无实测资料可参考下表1.1所列表1.1 预测煤层突出危险性单项指标临界值煤层突出危险性破坏类型瓦斯放散初速度指标∆p〔mmHg〕煤巩固性系数f煤层瓦斯压力p〔Mpa〕突出危险ⅢⅣⅤ≥10≤无突出危险ⅠⅡ<10用综合指标D和K来预测煤层的突出危险性，是通过测量与整理计算得出综合指标D和K，与临界值相比拟直接判断煤层是否有突出危险煤炭科学研究总院某某分院、北票矿务局与红卫局提出用综合指标D和K来预测煤层的突出危险性，其临界值参照如下表1.2所示数值表1.2 综合指标D和K预测煤层突出危险性临界值DK突出危险性无突出危险≥<15无突出危险≥≥15突出危险用综合指标D和K预测煤与瓦斯突出危险的核心技术是瓦斯放散初速度指标〔∆P〕、煤的巩固性系数〔f〕和煤层瓦斯压力〔p〕的测定利用所得数据通过下式计算综合指标D和K式中D一煤层突出危险性综合指标之一；H一煤层开采深度，m；P一煤层瓦斯压力，取两测压钻孔实测瓦斯压力的最大值，Mpa；f一煤层软分层的平均巩固性系数，如打钻所取煤样的粒度达不到测试f值所需求的粒度标准〔10-15mm〕时，可取粒度为1-3mm煤样进展f值的测定，所得结果按下式进展换算。
当f1-30.25时，f=f1-3当f1-30.25时，f=157f1-3-014式中f1-3用粒度为1-3mm煤样测出的煤巩固性系数值式中k-煤层突出危险性综合指数之一；∆p-煤层软分层的瓦斯放散初速度指标瓦斯地质统计法，是根据已开采区域突出点分布与地质构造〔包括褶皱、断层、煤层赋存条件变化、火成岩侵入等〕的关系，结合未开采区的地质构造条件来大致预测突出可能发生的X围不同矿区控制突出的地质构造因素是不同的，某些矿区的突出主要受断层控制，另一些矿区主要受褶皱或煤层厚度变化控制因此，各矿区可根据己采区域主要控制突出的地质构造因素，来预测未采区域的突出危险性俄罗斯斯科钦斯基矿业研究院提出用综合指标B作为预测指标，B按下式计算：n式中X一煤层瓦斯含量，m3/t；xoct一该种煤的剩余瓦斯量，m3/t；Xcp一该种煤的平均瓦斯量，m3/t；vdof一煤的挥发分，%；M一煤层厚度，m；C一以分层数目表示的煤层复杂程度；H一煤层埋藏深度，m；fn一围岩特性，MPa；R一通过煤的破坏性表示的煤层强度，mm式中mi:粒度的煤粒质量；di：粒度的煤粒直径；当B时煤层有突出危险，B<15时，煤层无突出危险。
表1.3 地质指标临界值R5KfKdP危险性≤<1≤无危险过渡性≥≥≥1危险地质指标法是通过测量和计算煤层围岩指标R5〔5m含砂岩率〕、地质构造指标Kf、煤质指标〔〕和瓦斯压力p进展综合判断各指标的临界值见表1.3多因素综合预测法是在矿井条件或可知情况下，应用数学地质理论和方法来预测煤与瓦斯突出根据预测任务和具体地质条件将研究区域划分为区域和未知区域，在区域中建立突出预测综合指标与各种地质因素之间的定量关系，根据这种定量关系，向具有相似地质条件的未知区域进展外推，从而达到预测未知区域的目的电磁波衰弱指标可以综合反映煤体结构、煤中瓦斯和地质构造破坏带由于突出危险区域和非突出危险区域煤体在煤体结构、煤中瓦斯和煤层赋存条件方面存在不同，因此，可以利用电磁波在突出危险区域和非突出危险区域煤体中衰减的差异，来预测突出1.2 基于各种单项指标或综合指标来预测的方法根据对突出有影响的瓦斯、地压、煤岩结构和力学性质等根本因素以与所提出的各种单项指标或综合指标来预测突出灾害发生可能性的方法预测方法归纳如下[1]：〔1〕瓦斯压力预测法：一般认为煤层瓦斯压力在10个大气压〔1MPa〕时，具有突出危险性但是，在波兰也有瓦斯压力不超过2个大气压〔0.2MPa〕的区域发生瓦斯突出事例，我国《防突规定》2009年版规定：当煤层瓦斯压力P>7.4MPa时就有突出危险性。
〔2〕钻孔瓦斯自喷压力预测法：波兰规定自喷瓦斯压力大于0.3大气压〔P>0.03MPa〕属于中等危险，自喷压力大于2个大气压〔P>0.2MPa〕属于很危险在其它产煤大国如捷克、日本、英国等国家都根据钻孔瓦斯自喷压力来预报突出〔3〕钻孔瓦斯涌出速度预测法：采用钻孔瓦斯涌出初速度指标对采掘工作面前方煤体的突出危险性进展预测的方法该方法最早由原苏联马凯耶夫煤矿安全工作科学研究所提出后被波兰、保加利亚、法国、捷克、日本等国广泛推广应用，但各国所用的方法却某某小异，原苏联的的方法是在采掘工作面推进过程中〔掘进工作面每推进Zm，回采工作面每推进3m〕不断打钻孔〔孔径43mm、长3.5m、用机械封孔器封堵离孔底0.5m长的一段空间〕，并用nT-ZMA型仪器测定瓦斯涌出速度，如果瓦斯涌出速度全5L/min时就须采取防突措施3/g者不危险，10分钟内泄出量为2-3cm3/g者有危险，> 3cm3/g时很危险而英国如此用封堵煤样中瓦斯泄出的比值为指标，规定正常值为10mg/g，而将正常值于该煤样泄出量的比值作为危险性的指标，此比值大于4时认为有突出危险相继我国的秦汝详等，通过对掘进工作面突出前夕煤壁瓦斯浓度变化规律的研究，提出了利用瓦斯浓度变化预报突出的方法，并建立了突出预报数学模型；胡千庭等教授利用新开发的取芯装备直接在井下取芯测定煤层瓦斯含量，采用瓦斯含量指标预测突出危险性。
法国、波兰、日本、罗马尼亚、捷克、澳大利亚等国家都采用此法〔5〕瓦斯成分预测法：苏联以煤层瓦斯成分缺氦作为无突出危险的指标日本认为煤层瓦斯成分中重碳氢化合物含量增高是突出危险性指标〔6〕钻粉量预测法：这是苏联、西德、日本、比利时、捷克等国家广泛采用的一种简单方法西德以钻粉量大于正常量的8倍作为危险指标，而日本如此以钻粉量大于6L/m作为危险指标〔7〕顶底板靠拢速度预测法：苏联、保加利亚、日本等国家都认为突出前顶底板靠拢速度减缓甚至停滞，常以工作面采煤时和无作业时顶底板靠拢速度的比值K来表示突出危险性，K=3-6时无突出危险性〔8〕瓦斯放散初速度〔△P〕预测法：这是苏联矿业研究所规定的表示突出危险性的指标该指标目前在法国、比利时、保加利亚、捷克、日本、罗马尼亚等国家已得到广泛的应用，而在应用方法上某某小异，一般规定∆P<10不危险，∆P>25时有危险；但在苏联、比利时等国家也有的非危险区∆P>15∆P>15，危险区△P>20-25，并不能严格划分界限〔9〕煤的强度或强度综合指标预测法：苏联、保加利亚、日本等某某用煤的强度系数〔按普氏指标或插针插入深度〕此外还采用煤的强度系数〔f〕、筛分系数〔C〕与瓦斯放散初速度〔△P〕的综合指标〔e=1.5〔△P-f〕+0.7C〕，或其它类型强度综合指标。
保加利亚规定，当f=0.45-0.7或更大时属于不危险层，而当f=0.12-0.14时如此属于危险区〔10〕煤层围岩性质预测法：苏联、日本认为，突出煤层的围岩应是厚而坚硬的岩石〔砂岩、石灰岩等〕，而紧挨煤层的页岩垫层厚度应小于2m其它还有煤的显微结构预测法、大地电阻预测法，测量顺磁中心含量的方法等在区域预测出的煤层突出危险区内，工作面进展采掘之前，进展工作面预测，与时发现采掘工作面前方的突出危险地带、确保采掘过程中与时采取防突措施、防止发生煤与瓦斯突出事故1.3 工作面突出预测方法统计明确，煤巷掘进时发生的煤与瓦斯突出次数占矿井突出总数的首位，因此煤巷掘进工作面是突出预测的重点工作面预测按照其与煤体的关联程度分为接触式预测与非接触式预测我国从20世纪70年代末开始对工作面突出危险性预测进展研究，至20世纪80年代后期根本形成了以钻屑量、钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑瓦斯解析特征等指标进展工作面预测的方法，另外也有利用钻屑温度、钻孔内壁温度和钻孔涌出瓦斯中He、Ar同位素含量等参数预测的方法，但应用不太广泛我国现行《细如此》中规定，进展煤巷掘进工作面突出危险性预测时可采用钻孔瓦斯涌出初速度法、R值指标法和钻屑指标法等，由于这些方法都是在向煤层打钻的根底上进展的，因此也统称为钻孔法。
通过向煤层打钻孔测定相关参数预测采掘工作面突出危险性技术，研究了不同突出类型、不同煤层赋存条件、不同工作面类型的突出预测指标工艺和判断分析方法，并研究了预测突出危险较敏感指标的适应条件和临界值确定技术，已形成了一套较为完整的突出预测技术体系，在全国大多数突出矿井得到普遍推广应用根据突出预测过程与其连续性，工作面预测又可以分为静态不连续预测和动态连续预测两种预测方法实时跟踪预测，即连续动态预测是指通过动态连续地监测能综合反映含瓦斯煤岩体所处〔应力或应变〕状态的某种指标而确定工作面附近煤层突出危险性的方法目前突出的连续动态预测有三条途径：一是声发射〔AE〕监测技术；二是利用环境监测系统连续监测工作面的瓦斯涌出变化特征，分析瓦斯涌出与突出的关系，从而预测瓦斯突出；三是电磁辐射〔EME〕监测技术动态连续不接触预测主要有：〔1〕利用声发射技术进展煤与瓦斯突出危险性预测煤和岩石内部存在大量的裂隙等固有缺陷，煤岩变形与破坏的结果就是裂隙的产生、扩展、集合贯穿研究明确，裂隙的产生和扩展都将以弹性应力波的形式产生能量辐射，这就是声发射声发射技术可以对破裂源进展定位早在20世纪40年代初，美国就利用声发射技术[2]监测金属矿井的岩爆，随着计算技术的应用，该项技术在矿井中的应用更加广泛。
前苏联的顿巴斯煤田对声发射用于煤与瓦斯突出预测进展了较多研究工作，早在1974年，突出严重的中央区已有121个工作面采用了这项技术我国的研究起步较晚，在现场应用也较少某某矿务局从俄罗斯引进了声发射监测系统，并用于煤与瓦斯突出预报试验研究我国某某煤科分院生产了声发射监测系统，“九五〞攻关期间在某某矿区进展了应用煤炭科学研究总院某某分院也研制了MJY-1型声发射实时监测系统，，并在某某十矿进展了现场实验声发射技术用于矿井已有几十年的历史，其在岩爆监测方面已取得一些成果，尽管很多人认为声发射突出预测系统是一种很有开展前途的预测方法，各国都投入了大量的人力物力进展了广泛的研究，但目前其突出预测的可靠程度与生产实际的需要还有差距，随着大容量、。