预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施效果检验方法研究

２０１２年第４期　煤炭工程　预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施效果　检验方法研究　史广山，魏风清　（河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作４５４０００）　摘要：为了提高预抽煤巷条带瓦斯区域防突措施效果检验效率，保证安全生产，提出用钻　屑瓦斯解吸指标Ｑ　Ｑ　和瓦斯含量逐级对区域防突措施进行效果检验的方法，通过实验研究了　各解吸指标与瓦斯压力和瓦斯含量之间的关系，并在平煤股份八矿区已　一１３３３０机巷进行了现　场试验，应用效果良好。　关键词：条带预抽瓦斯；效果检验；瓦斯解吸指标；瓦斯含量　中图分类号：ＴＤ７１３　．２　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７１—０９５９（２０１２）０４－００９５－０３　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｅｆｉｅｃｔ　Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｏｕｔｂｕｒｓｔ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　Ｓｔｒｉｐ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｇａｓ　Ｒｅｇｉｏｎ　ｏｆ　Ｇａｓ　Ｐｒｅ——ｄｒａｉｎｅｄ　Ｓｅａｍ　ｇａｔｅｗａｙ　ＳＨＩ　Ｇｕａｎｇ—ｓｈａｎ，ＷＥＩ　Ｆｅｎｇ—ｑｉｎｇ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｓａｆｅｔｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ　４５４０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｆｈｅ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｏｒ　ｓｔｉｐ　ｍｉｎｉｎｇ　ｇａｓ　ｒｒｅｇｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｐｒｅ—ｄｒａｉｎｅｄ　ｓｅａｍ　ｇａｔｅｗａｙ　ａｎｄ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ｃｕｔｔｉｎｇｓ　ｇａｓ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　Ｑ３　ａｎｄ　Ｑ２０　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｖｅｉｒｉｆｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｓｔｅａｄｉｌｙ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｅａｃｈ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ａ　ｓｉｔｅ　ｔｒｉａｌ　ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｉｎ　Ｙｉ　１５—１３３３０　ｃｏｎｖｅｙｏｒ　ｇａｔｅｗａｙ　ｏｆ　Ｎｏ．８　Ｍｉｎｅ　ｏｆ　Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　ｗｉｔｈ　ｇｏｏｄ　ｅｆｆｅｃｔｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｓ　Ｐｒｅ—ｄｒａｉｎａｇｅ　ｏｆ　ｓｔｒｉｐ　ｍｉｎｉｎｇ；ｅｆｆｅｃｔ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｇａｓ　ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｉｎｄｅｘ；ｇａｓ　ｃｏｎｔｅｎｔ　自《防治煤与瓦斯突出规定》颁布后，我国的防突工　作指导方针发生了重大的转变，防突工作要坚持区域防突　措施先行，局部防突措施补充的基本原则　。在没有保护　层可开采的情况下，掘进工作面主要以穿层钻孔、顺层钻　孔预抽煤巷条带瓦斯作为主要的区域防突措施。根据《防　治煤与瓦斯突出规定》有关规定，对预抽煤巷条带瓦斯区　域防突措施进行效果检验时，主要效果检验指标为煤层残　余瓦斯压力或者残余瓦斯含量。但是无论瓦斯压力还是瓦　斯含量的测定不仅测定周期长，而且工作量较大，挤占了　掘进时间，容易造成采掘失衡。因此研究快速、准确的预　抽煤巷条带瓦斯区域防突措施效果检验方法对加快掘进速　度、促进采掘平衡、保证安全生产具有重要的意义。　地应力配合连续地剥离破碎煤体使突出向深部传播；③瓦　斯风暴不断地把破碎的煤运走、加以粉碎，为连续地剥离　煤体准备好必要的条件。没有足够瓦斯，就没有足够的瓦　斯膨胀能，突出就不容易发生。另外，现场和实验都证明　突出危险性较大的煤层具有较大的初始解吸强度　，瓦斯　解吸和泄出越快，煤中瓦斯膨胀能的释放越集中，从而容　易形成具有携带能力的瓦斯流，造成煤与瓦斯突出。由此　可见有效预测煤与瓦斯突出，不仅要掌握瓦斯潜能大小，　还要了解瓦斯潜能是以何种形式释放的。　因此为了进一步保障安全生产，提高效率，煤巷条带　瓦斯区域防突措施进行效果检验指标主要采用能够反映瓦　斯初始解吸强度瓦斯解吸指标（Ｑ　、Ｑ　）和瓦斯含量，其中　瓦斯解吸指标（Ｑ　Ｑ　）的定义如下：　在钻孔施工过程中，煤钻屑自煤壁脱落排至孔口，用　煤样罐接取煤钻屑，待煤钻屑白煤壁脱落卸压２ｒａｉｎ后，自　第３分钟开始，将煤样罐顶盖的孔口与瓦斯解吸速度测定　仪连接，每间隔一定时间记录瓦斯解吸量，连续观测２０ｒａｉｎ　１　区域防突效果检验指标　根据煤与瓦斯突出的综合假说和现场实践表明，瓦斯　因素在突出中发挥着极其重要的作用，主要表现在　：①　与地应力配合激发突出；②在突出的发展阶段瓦斯压力和　收稿日期：２０１１—０７—２３　作者简介：史广山（１９８０一），男，河北唐山人，硕士，现从事瓦斯灾害预测与防治教学和科研工作。　９５　煤炭工程　２０１２年第４期　或解吸量小于２ｃｍ　／ｍｉｎ为止。每隔ｌｍｉｎ读数一次，然后　称取煤重，前３ｍｉｎ内的累计解吸量与煤重的比值，记作钻　屑瓦斯解吸指标Ｑ　，单位ｍＬ／ｌＯＯｇＬ４　。前２０ｍｉｎ累计解吸　量与煤重的比值记作钻屑瓦斯解吸指标Ｑ　。，单位ｍＬ／　。凸　ｌＯＯｇ。　０　０　∞　０　０　瓦斯解吸指标（Ｑ，、Ｑ：。）不仅可以反映煤层瓦斯放散初　速度的快慢，而且和煤层瓦斯压力、含量有紧密的联系，　下面用实验室试验方法研究瓦斯解吸指标（Ｑ　、Ｑ：。）与瓦斯　压力、含量之间的关系。　：　０　一　ｇ　ｇ　Ｑｊ　２　Ｑ　、Ｑ加与瓦斯压力、含量关系的实验研究　在平煤股份八矿己，　一１３３３０机巷采取钻粉，在实验室　Ｐ／ＭＰａ　图２瓦斯解吸指标Ｑ，、Ｑ：。与瓦斯压力关系　条件下测定了瓦斯压力、含量与钻屑解吸指标（Ｑ　、Ｑ　）之　间的关系。实验系统如图１所示。首先煤样罐装满待测定　煤样，使系统抽真空ｌＯｈ，然后系统充人瓦斯达给定压力，　吸附平衡２４ｈ后测定钻屑解吸指标（Ｑ　Ｑ　）和瓦斯含量。　结果见表１，瓦斯解吸指标（Ｑ，、Ｑ　）与瓦斯压力、含量的　关系如图２、图３所示，拟合方程见表２。　表１实验结果　∞　０　０　０　２　一　暑　ｇ　图３瓦斯解吸指标Ｑ，、Ｑ　与瓦斯含量关系　斯含量、压力有较好的拟合关系，通过ｔ检验可知：当置信　水平为９５％时，ｌ　ｔ　Ｉ的值都大于ｔ０　０２５（５—２）＝３．２，因此　可以认为瓦斯含量、压力对瓦斯解吸指标Ｑ　、Ｑ　。影响显　著，也就是说钻屑解吸指标Ｑ，、Ｑ　能够反映瓦斯含量、瓦　斯压力的变化，可以通过测定瓦斯解吸指标Ｑ，、Ｑ　来定量　评价煤层瓦斯压力、瓦斯含量的大小，文献［４］研究结果　也证明了这一点。　一　支　架　另一方面钻屑解吸指标Ｑ，、Ｑ：。与瓦斯压力、含量具有　很好的相关性，可以通过瓦斯压力和含量来确定钻屑解吸　指标的临界值。表２表明Ｑ　与瓦斯压力相关性较好，而　Ｑ：。与瓦斯含量相关性较好。所以利用瓦斯压力Ｐ来确定Ｑ，　图１瓦斯解吸规律系统　的临界值，通过瓦斯含量　来确定Ｑ　的临界值。当瓦斯　压力达到ｏ．７４ＭＰａ，瓦斯含量达到８ｍ　／ｔ时，瓦斯解吸指标　由图２、图３可以看出钻屑瓦斯解吸指标Ｑ，、Ｑ　和瓦　Ｑ　、Ｑ　的临界值见表３。　表２瓦斯解吸指标与瓦斯压力Ｐ和含量　的关系　９６　２０１２年第４期　煤炭工程　为了验证瓦斯解吸指标的可靠性，同时测定了钻屑解　为了保证安全，考虑一定的安全系数，取ｑ，的临界值　为３８ｍｌＭｌ￣ｇ，Ｑ　的临界值取１２０ｍＬ／１００ｇ，较为合适。　表３解吸指标的实验临界值　吸指标ｑ　ｑ　和瓦斯含量结果见表５，由测定结果可以看　出，工作面前方３０ｍ时钻屑解吸指标ｑ，、ｑ加大于临界值　时，相应的瓦斯含量接近８ｍ　／ｔ；当在４０ｍ、５０ｍ、６０ｍ时，　钻屑解吸指标ｑ，、ｑ　都小于各自的临界值，相应的瓦斯含　量都小于８ｍ　／ｔ。工作面前方没有发生突出所具备的足够的　瓦斯释放速度和瓦斯膨胀能，总体评价掘进工作面前方预　３　区域措施效果检验方法　掘进工作面前方进行区域预抽后，在掘进工作面打三　抽煤巷条带瓦斯区域防突措施有效，区域措施效果检验后　４０ｍ范围内，工作面预测指标瓦斯涌出初速度ｑ和钻屑量Ｓ　没有超过临界值的现象，实现了安全掘进。　个孔深为６０ｍ的钻孔，两帮控制各为１５ｍ，钻进的过程中　在３０ｍ、４０ｍ、５０ｍ、６０ｍ处根据实际情况测定ｑ，、ｑ　，　取点位置要均匀，当以上指标都不超过临界值且打钻过程　工程中没有喷孔、顶钻等异常现象，认为工作面区域防突　措施有效，工作面无突出危险性；如果以上任一指标超过　临界值，继续测定瓦斯含量，如果瓦斯含量超过临界值，　认为区域防突措施无效，如果瓦斯含量没有超过临界值，　且打钻过程中没有异常现象，则认为防突措施有效，工作　面前方无突出危险性。　４现场试验　试验地点为平煤股份八矿己。　一１３３３０机巷，该工作面　煤层走向Ｗ５３。Ｎ，倾向Ｎ２５。Ｅ，倾角为ｌ０。～ｌ８。，煤层厚　度平均为３．１ｍ，沿底掘进，煤层节理、裂隙发育，一般为　Ⅱ、Ⅲ类煤。己　５—１３３３０机巷煤层厚度平均为３．１ｍ，煤层　倾角平均１Ｉ。，各钻孔的施工参数见表４，区域措施效果检　验孔的布置如图４所示。　表４己，　一１３３３Ｏ机巷施工参数　图４区域效果检验图　表５己。　一１３３３０机巷６６０处实测各解吸指标　５结论　１）实验研究证明瓦斯解吸指标（　、ｑ　）能够很好地　反映瓦斯压力、含量的变化，可以通过瓦斯解吸指标（ｑ，、　ｑ　）来评价瓦斯含量、压力的大小。同时也可以利用临界　瓦斯压力、含量来确定瓦斯解吸指标（　、Ｑ　。）的临界值。　２）采用瓦斯解吸指标（ｑ，、ｑ：。）和瓦斯含量逐级对区　域防突措施效果进行检验，不仅可以知道煤层瓦斯潜能大　小，还能了解瓦斯潜能的释放形式。提高了防突措施效果　检验的准确性。　３）通过测定解吸指标（ｑ，、ｑ　。）可以提前了解工作面　前方瓦斯含量的信息，提高了防突措施效果检验的效率。　参考文献：　［１］　国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全检察局．防治煤　与瓦斯突出规定［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２０ｏ９．　［２］　俞启香．矿井瓦斯防治［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社，　１９９２．　［３］　煤炭科学研究院重庆研究所．煤样解吸瓦斯泄出的研究及突　出煤层煤样瓦斯解吸的特点［Ａ］．煤炭工业部煤炭科学研　究院重庆研究所．煤与瓦斯突出机理和预测预报第三次科研　工作及学术交流论文集［ｃ］．北京：煤炭工业出版社，　１９８３：１４～１６　［４］　魏风清，史广山，张铁岗．基于瓦斯膨胀能的煤与瓦斯突出　预测指标研究［Ｊ］．煤炭学报．２０１０，３５（０８）：９５～９９．　［５］　于不凡，王佑安．煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册［Ｍ］．　北京：煤炭工业出版社，２０００．　（责任编辑张宝优）　９７