淺談防突預(yù)測(cè)過程的精細(xì)化管理

高國(guó)棟

（鄭州煤電公司 告成煤礦，河南 登封452477）

防突預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)對(duì)于突出礦井的重要性是不言而喻的，如何保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，從預(yù)測(cè)儀器選擇、標(biāo)校、預(yù)測(cè)操作過程等都必須嚴(yán)格規(guī)范，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都可能造成嚴(yán)重的后果，給安生生產(chǎn)帶來隱患，可以說采掘工作面出現(xiàn)低指標(biāo)突出現(xiàn)象很大程度上是因?yàn)闇y(cè)試結(jié)果偏離真實(shí)而給出的錯(cuò)誤判斷。

告成煤礦2005年被鑒定為煤與瓦斯突出礦井以來，按照防突有關(guān)規(guī)定，加強(qiáng)防突預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，嚴(yán)格落實(shí)綜合防突措施，礦井實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。目前工作面突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)（效果檢驗(yàn)）常用的方法有：復(fù)合指標(biāo)法（q、S值法）、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法（Δh2）等。大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，上述預(yù)測(cè)方法對(duì)不同條件下突出危險(xiǎn)性判斷均有很好的適應(yīng)性。筆者根據(jù)多年來現(xiàn)場(chǎng)管理經(jīng)驗(yàn)及測(cè)試過程中所遇到的問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)影響預(yù)測(cè)指標(biāo)準(zhǔn)確性的人為因素進(jìn)行總結(jié)分析，在此基礎(chǔ)上，采取針對(duì)性對(duì)策，提高防突員工作責(zé)任意識(shí)和規(guī)范操作意識(shí)，確保防突預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，為礦井安全生產(chǎn)提供科學(xué)決策。

1 復(fù)合指標(biāo)法

復(fù)合指標(biāo)法規(guī)定的兩個(gè)指標(biāo)分別是鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)（q）和鉆屑量指標(biāo)（S），其中q單位分別是L／min，S單位是kg／m或L／m。

1.1 鉆孔瓦斯涌出初速度和鉆屑量指標(biāo)的實(shí)質(zhì)

（1）鉆孔瓦斯涌出初速度主要反映煤層瓦斯含量、瓦斯壓力大小。

國(guó)內(nèi)外專家證實(shí)，瓦斯涌出流量的變化規(guī)律遵循如圖1所示的曲線。

圖1 鉆孔瓦斯涌出初速度變化曲線

當(dāng)打眼結(jié)束后2min時(shí)，瓦斯涌出流量可達(dá)到最大值，即q＝qH。因此，《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》要求測(cè)定鉆孔瓦斯涌出初速度時(shí)，封孔測(cè)定工作必須在2min內(nèi)完成，讀數(shù)時(shí)間在打眼后2min較為理想。

（2）鉆屑量指標(biāo)決定因素

鉆頭直徑是鉆屑量指標(biāo)的一個(gè)參照指標(biāo)，對(duì)于某一固定鉆頭直徑而言，主要取決于打鉆地點(diǎn)的瓦斯、地應(yīng)力能量大小及煤的結(jié)構(gòu)破壞程度，也是我們常說的影響煤與瓦斯突出最主要的3個(gè)因素，所以，鉆屑量指標(biāo)的大小綜合反映了影響突出發(fā)生的3個(gè)主要因素，單位孔長(zhǎng)的鉆屑量越大，則發(fā)生突出的危險(xiǎn)性越大。

1.2 《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中對(duì)采用復(fù)合指標(biāo)預(yù)測(cè)的有關(guān)規(guī)定

采用復(fù)合指標(biāo)法預(yù)測(cè)煤巷掘進(jìn)工作面突出危險(xiǎn)性時(shí)，在近似水平、緩傾斜煤層工作面應(yīng)當(dāng)向前方煤體至少施工3個(gè)、在傾斜或急傾斜煤層至少施工2個(gè)直徑42mm、孔深8～10m的鉆孔，測(cè)定鉆孔瓦斯涌出初速度和鉆屑量指標(biāo)。

鉆孔應(yīng)當(dāng)盡量布置在軟分層中，一個(gè)鉆孔位于掘進(jìn)巷道斷面中部，并平行于掘進(jìn)方向，其他鉆孔開孔口靠近巷道兩幫0.5m處，終孔點(diǎn)應(yīng)位于巷道斷面兩側(cè)輪廓線外2～4m處。

鉆孔每鉆進(jìn)1m測(cè)定該1m段的全部鉆屑量S，并在暫停鉆進(jìn)后2min內(nèi)測(cè)定鉆孔瓦斯涌出初速度q。測(cè)定鉆孔瓦斯涌出初速度時(shí)，測(cè)量室的長(zhǎng)度為1.0m。

如果實(shí)測(cè)得到的指標(biāo)q、S的所有測(cè)定值均小于臨界值，并且未發(fā)現(xiàn)其他異常情況，則該工作面預(yù)測(cè)為無突出危險(xiǎn)工作面；否則，為突出危險(xiǎn)工作面。

1.3 復(fù)合指標(biāo)法預(yù)測(cè)中幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)

復(fù)合指標(biāo)法預(yù)測(cè)中的關(guān)鍵參數(shù)包括：①鉆孔直徑42 mm；②預(yù)測(cè)孔深：8～10m；③測(cè)量氣室長(zhǎng)度為1m；④自第2m開始要求每鉆進(jìn)1m分別測(cè)定鉆屑量和鉆孔瓦斯涌出初速度；⑤測(cè)定鉆孔瓦斯涌出初速度時(shí)，封孔測(cè)定工作必須在2min內(nèi)完成；⑥q、S指標(biāo)臨界值應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)考察確定。

1.4 復(fù)合指標(biāo)法測(cè)試過程中常見的人為影響因素分析

（1）鉆進(jìn)速度影響

鉆進(jìn)速度主要由司鉆人員控制，但同時(shí)與鉆機(jī)本身性能、鉆頭磨損程度、煤質(zhì)軟硬程度等有關(guān)。實(shí)踐表明，鉆進(jìn)速度加快，鉆屑量減少，反之，鉆屑量增大。因此為保證各測(cè)試鉆孔或不同孔段的測(cè)定值具有可比性，在鉆進(jìn)作業(yè)過程中應(yīng)保持相對(duì)恒定速度，一般為1m／min。

（2）測(cè)試鉆孔控制范圍要求

沿巷道橫向方向上，要求控制巷道輪廓線外2～4m，可用支矩法將鉆孔偏角換算成測(cè)量固定長(zhǎng)度鉆桿鉆尾距巷幫距離來快速定位。沿巷道掘進(jìn)方向按措施要求控制軟分層或煤層厚度。

（3）鉆機(jī)和鉆具影響

鉆桿的彎曲程度與鉆桿的連接形式，鉆桿彎曲程度越大，則單位孔長(zhǎng)鉆屑量越大。鉆桿間連接緊密，同心度越好，則測(cè)得的鉆屑量就越真實(shí)、可靠。實(shí)際操作過程中司鉆人員要按鉆孔設(shè)計(jì)傾角施工，不得隨意抬高或降低，防止鉆桿涮孔，造成鉆屑量人為增加。

嚴(yán)禁使用破舊鉆頭和使用彎曲變形、連接間隙不符合要求的鉆桿，每次只允許接卸1根鉆桿，防止因鉆桿過長(zhǎng)造成因自重彎曲出現(xiàn)涮孔現(xiàn)象；同時(shí)要保證鉆機(jī)完好，打鉆風(fēng)壓適中，滿足鉆進(jìn)速度要求。

（4）鉆屑量的收集

鉆屑量收集不全或鉆孔鉆進(jìn)與鉆屑收集不同步，均可造成鉆屑量指標(biāo)的不準(zhǔn)確?，F(xiàn)場(chǎng)操作中，由于煤層松軟，往往存在前4～6m深度鉆屑量測(cè)定較準(zhǔn)確，再往深處鉆進(jìn)孔內(nèi)滯留鉆屑較多，同時(shí)取樣深度處鉆屑從孔內(nèi)排至孔口需要的時(shí)間難以準(zhǔn)確確定；對(duì)于硬煤，受排粉速度影響，鉆進(jìn)至6m以后鉆屑量明顯減少。

（5）儀器封孔質(zhì)量

嚴(yán)格按照儀器操作手冊(cè)要求，利用打氣筒向封孔器充氣時(shí)要使表壓力達(dá)到0.2MPa左右，確保封孔嚴(yán)密。

（6）操作熟練程度

鉆機(jī)人員的操作水平和熟練程度，同樣影響指標(biāo)測(cè)試的準(zhǔn)確性。特別是每鉆進(jìn)1m鉆桿必須準(zhǔn)確測(cè)定該1m段的全部鉆屑量，然后在暫停鉆進(jìn)（退鉆、封孔，直到測(cè)定數(shù)據(jù)）2min內(nèi)完成鉆孔瓦斯涌出初速度的測(cè)定，這都要求鉆孔施工人員和防突員具有較熟練的操作水平。

（7）預(yù)測(cè)鉆孔超前距

由于告成煤礦受獨(dú)特的滑動(dòng)構(gòu)造頂板影響，巷道掘進(jìn)施工過程中頂板管理困難，為防止煤層片落，經(jīng)常需留“煤肚”，根據(jù)預(yù)測(cè)鉆孔超前距規(guī)定，必須扣除“煤肚”段無效鉆孔進(jìn)尺，可根據(jù)煤柱長(zhǎng)度（一般不超過2m）通過加長(zhǎng)測(cè)試桿長(zhǎng)度保證有效的預(yù)測(cè)孔深度。

（8）儀器檢查

每次下井前必須對(duì)測(cè)試儀器（q值測(cè)定儀、測(cè)試桿、氣筒、彈簧秤等）進(jìn)行全面檢查，確保氣密性等符合要求。

2 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法

2.1 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的含義

鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)Δh2是從鉆孔揭開某一采樣段起，在煤樣平衡壓力掉隊(duì)后的第4～5min時(shí)間段瓦斯解吸量，體現(xiàn)為解吸儀U型水柱計(jì)的壓差高度，Δh2愈大，表征煤體的瓦斯含量高，煤的破壞類型高，越容易突出。

2.2 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法測(cè)試過程中人為影響因素分析

（1）煤樣暴露與測(cè)定時(shí)間控制

自鉆孔揭開采樣段起至啟動(dòng)解吸儀開始進(jìn)行瓦斯解吸測(cè)定這段時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)于鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)有較大的影響，這段時(shí)間愈長(zhǎng)，測(cè)得的解吸指標(biāo)愈小。所以，必須嚴(yán)格按儀器操作要求用秒表準(zhǔn)確控制煤樣暴露時(shí)間和密閉開始測(cè)量時(shí)間。

（2）定點(diǎn)取樣對(duì)測(cè)值的影響

《防治煤與瓦斯突出》規(guī)定利用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法預(yù)測(cè)石門揭煤工作面突出危險(xiǎn)性時(shí)，要求鉆進(jìn)到煤層時(shí)每鉆進(jìn)1m采集一次規(guī)定粒度范圍的煤鉆屑，測(cè)定瓦斯解吸指標(biāo)Δh2。這就要求對(duì)于測(cè)定的煤樣要做到定點(diǎn)取樣，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，開孔段1～4m范圍內(nèi)定點(diǎn)取樣還稍有把握，但到4m以后就很難做到定點(diǎn)取樣了，其原因：一是外段已測(cè)試鉆孔段總或多或少留有鉆屑；二是鉆桿彎曲或操作方面的原因，可能導(dǎo)致已打鉆孔段不斷擴(kuò)孔，造成不同深度鉆屑的混合；三是定點(diǎn)的鉆屑自孔內(nèi)排至孔口需要的時(shí)間難以準(zhǔn)確確定，因此在現(xiàn)場(chǎng)操作中常常出現(xiàn)在孔口1～4 m段所測(cè)得的Δh2值大于4m以后的測(cè)定值，煤孔段愈深所測(cè)得的Δh2值愈小。

（3）鉆屑煤樣粒度

煤樣粒度大小對(duì)于解吸指標(biāo)也有較大的影響。在實(shí)際操作中，特別是預(yù)測(cè)石門揭煤工作面突出危險(xiǎn)時(shí)，經(jīng)常利用錨索鉆機(jī)穿過巖柱采集煤樣，經(jīng)常出現(xiàn)鉆屑粒度小，有時(shí)甚至全部是粉末狀鉆屑，難以取得1～3mm鉆屑，此時(shí)測(cè)得的Δh2值有偏小現(xiàn)象。為此需改進(jìn)鉆具，保證按儀器操作規(guī)定采集煤樣。

（4）鉆屑重量

煤樣重量對(duì)于解吸指標(biāo)有一定的影響，煤樣多瓦斯解吸量就要增加。因此必須根據(jù)所使用儀器類型嚴(yán)格按要求取樣。

（5）抽采影響因素

利用該指標(biāo)對(duì)正在進(jìn)行煤層瓦斯抽采地點(diǎn)進(jìn)行取樣測(cè)定時(shí)，注意必須將抽采影響范圍內(nèi)的鉆孔全部停抽至少2h以上，避免受抽采影響導(dǎo)致測(cè)值偏離實(shí)際。

（6）儀器氣密性影響

儀器漏氣，使測(cè)定結(jié)果低于實(shí)際值，造成誤判斷。當(dāng)漏氣量相當(dāng)于或接近于鉆屑瓦斯解吸量時(shí)，儀器的漏氣容易引起注意而被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)漏氣量小于鉆屑解吸速度時(shí)，有時(shí)是不易被發(fā)現(xiàn)的。因此下井前對(duì)儀器氣密性等的檢測(cè)是十分必要的。

3 結(jié)語

不同礦井要根據(jù)本礦煤層具體情況，首先選擇使用煤層突出危險(xiǎn)性判定的敏感指標(biāo)，并合理確定突出危險(xiǎn)臨界值。各預(yù)測(cè)指標(biāo)臨界值確定準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到預(yù)測(cè)工作質(zhì)量，不恰當(dāng)?shù)姆艑捇蚴站o臨界值指標(biāo)，都是不科學(xué)的，必將影響預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作的準(zhǔn)確性。

上述常用的突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)方法都是采用專用儀器進(jìn)行測(cè)定的，由于實(shí)際操作中會(huì)受客觀條件和諸多人為因素影響，因此，在現(xiàn)實(shí)測(cè)定操作過程中，應(yīng)盡量消除人為的影響因素，做到測(cè)定操作程序規(guī)范化，使實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映預(yù)測(cè)地點(diǎn)煤層瓦斯、地質(zhì)實(shí)際狀況，這是提高預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度的最根本途徑。

〔1〕李桂陵.防治煤與瓦斯突出規(guī)定〔M〕.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

〔2〕王樹鶴.防治煤與瓦斯突出規(guī)定（讀本）.北京：煤炭工業(yè)出版社，2009.

〔3〕孫和應(yīng).煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)和防治〔M〕.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.