CN102242642B - 一种煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法 - Google Patents

Abstract

一种煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法，通过建立多指标耦合预测模型，将煤层原始瓦斯压力、原岩地应力、煤样临界破裂瓦斯压力、煤体力学强度、采动影响、钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量指标等进行耦合预测煤与瓦斯突出危险性，能充分补集煤与瓦斯突出危险性信息，并进行瓦斯型和地应力型突出危险性预测，克服了单指标补集信息不全，预测不准确的缺点，提高了煤与瓦斯突出危险性预测准确性。

Description

一种煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法

技术领域

本发明涉及一种瓦斯突出危险性预测方法，尤其是一种适用于煤矿采掘工作面的煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法。

背景技术

煤与瓦斯突出灾害是造成矿井群死群伤主要灾害之一，准确预测煤与瓦斯突出危险性能有效阻止事故的发生。而目前的煤与瓦斯突出危险性预测方法主要为单指标法，如采用钻屑量S值，钻屑瓦斯解吸指标K₁值、Δh₂，钻孔瓦斯涌出初速度q值等，或将这些指标总结成经验性公式进行预测。由于煤矿地质条件复杂，这些指标不能全面反映煤与瓦斯突出危险性，且这些指标并没有实现真正意义上的耦合预测。因此，不能准确预测煤与瓦斯突出危险性，常常出现低指标煤与瓦斯突出事故，给煤矿安全生产造成巨大障碍。研究表明，松软煤体在特定瓦斯压力下吸附平衡，当突然降低瓦斯压力时可能会被破坏，因此可以通过煤体临界破裂瓦斯压力来预测煤与瓦斯突出危险性，并可以和煤层原始瓦斯压力、采动影响、钻屑瓦斯解吸指标进行耦合预测，提高预测准确性。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种瓦斯型煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法，通过将煤层原始瓦斯压力、煤样临界破裂瓦斯压力、采动影响和钻屑瓦斯解吸指标相耦合，能充分补集煤与煤与瓦斯突出危险信息，预测结果更准确。

技术方案：本发明的煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法：

a、测试采掘区域内煤层原始瓦斯压力P，在巷道采面前方煤体内最大集中地应力σ_max，并取现场煤样测试煤样临界破裂瓦斯压力和临界抗压强度；

b、从巷道采面向前方煤体内施工长度不少于10m的钻孔，每钻进1m，测定一次钻屑瓦斯解吸指标值，分别记录1m处的解吸指标K₁、2m处的解吸指标K₂、3m处的解吸指标K₃、……，直至解吸指标值趋于稳定，此时稳定的解吸指标值为最大解吸指标K_max；同时每钻进1m测定该1m段内的全部钻屑量，分别记录1m段的钻屑量S₁、2m段的钻屑量S₂、3m段的钻屑量S₃、……，将取得各段钻屑量中最多的钻屑量记为最大钻屑量S_max；

c、按照公式：

分别计算出1m处的瓦斯压力P₁、2m处的瓦斯压力P₂、3m处的瓦斯压力P₃、……；按照公式：

分别计算出1m段地应力σ₁、2m段地应力σ₂、3m段地应力σ₃、……；

d、根据得到的不同位置的瓦斯压力值和地应力值，利用煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测仪或手工绘制巷道采面前方煤体内瓦斯压力分布曲线和临界破裂瓦斯压力直线，瓦斯压力分布曲线和临界破裂瓦斯压力直线的交点距巷道采面的距离为瓦斯型临界进尺；同时绘制巷道采面前方煤体内地应力分布曲线和临界抗压强度直线，地应力分布曲线和临界抗压强度直线靠近巷道采面的第一个交点距巷道采面的距离为地应力型临界进尺；取瓦斯型临界进尺和地应力型临界进尺之间的较小值为临界进尺；

则当巷道一次掘进尺寸小于临界进尺时，预测结果为安全；当巷道一次掘进尺寸大于或等于临界进尺时，预测结果为危险，完成地应力型煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测。

有益效果：由于采用上述技术方案，通过将煤层原始瓦斯压力、原岩地应力、煤样临界破裂瓦斯压力、煤体力学强度、采动影响、钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量指标等多因素进行耦合预测，能克服单因素指标补集信息不全、预测不准确的缺点，提高预测准确性。能实现瓦斯型和地应力型煤与瓦斯突出危险性预测，同时能适用于软煤和硬煤，通过多元信息耦合预测能更全面补集煤与瓦斯突出危险信息，预测结果更准确，为煤矿安全生产提供重要保障。同时煤层原始瓦斯压力、煤样临界破裂瓦斯压力、原岩应力和煤体力学强度参数在初始时刻测试，在日常预测过程中仅仅需要测试日常预测指标(如钻屑量、钻屑解吸指标K₁值或Δh₂等)就可以实现多元信息耦合预测，预测过程简单方便，准确性高。

附图说明

图1是本发明煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法示意图；

图中：1-巷道采面；2-煤体；3-瓦斯压力分布曲线；4-临界破裂瓦斯压力直线；5-瓦斯型临界进尺；6-钻孔；7-地应力分布曲线；8-临界抗压强度直线；9-地应力型临界进尺。

具体实施方式

如图1所示，本发明的煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法，首先需要多次测试采掘区域内煤层瓦斯压力，将测得的最大值确定为煤层原始瓦斯压力P，并采用水力压裂法、应力解除法(如空心苞体)或其它能探测地应力的方法测试巷道采面1前方煤体2内最大集中地应力σ_max；同时在采掘区域内取煤样，测试煤样临界破裂压力和临界抗压强度。从巷道采面1向前方煤体2内施工长度不少于10m的钻孔6，每钻进1m测定一次钻屑瓦斯解吸指标或其他能反映瓦斯压力或含量的指标，分别记录1m处的解吸指标K₁、2m处的解吸指标K₂、3m处的解吸指标K₃、……，直至解吸指标值趋于稳定，在测试过程中，当瓦斯解吸指标变化不大时也可以间隔2m测试一次，最终稳定的解吸指标为最大解吸指标K_max，同时钻孔每钻进1m测定该1m段内的全部钻屑量值或者测试其他能反映地应力变化的指标，分别记录1m段钻屑量S₁，2m段钻屑量S₂，3m段钻屑量S₃、……，并取测得的钻屑量最大值为最大钻屑量S_max。当最大解吸指标K_max或最大钻屑量S_max超过《防治煤与瓦斯突出规定》的临界值时表示有突出危险性，当无突出危险性时进行如下继续预测。由于钻屑瓦斯解吸指标随瓦斯压力增大而增大，随瓦斯压力降低而降低，因此钻屑瓦斯解吸指标值和瓦斯压力呈现对应关系，最大钻屑瓦斯解吸指标K_max对应煤层原始瓦斯压力P；之后按照如下公式：

$\frac{P_1}{K_1}=\frac{P_2}{K_2}=\frac{P_3}{K_3}=\frac{P_4}{K_4}=......=\frac{P}{K_{\max }},$

分别计算出1m处的瓦斯压力P₁、2m处的瓦斯压力P₂、3m处的瓦斯压力P₃、……。由于钻屑量能反映地应力大小：钻屑量值随地应力增大而增大，随地应力减小而减小，最大钻屑量S_max对应最大地应力σ_max，按照如下公式：

$\frac{{\mathrm{\σ}}_1}{S_1}=\frac{{\mathrm{\σ}}_2}{S_2}=\frac{{\mathrm{\σ}}_3}{S_3}=\frac{{\mathrm{\σ}}_4}{S_4}=......=\frac{{\mathrm{\σ}}_{\max }}{S_{\max }},$

分别计算1m处的地应力σ₁，2m处的地应力σ₂，3m处的地应力σ₃……。根据得到的不同位置的瓦斯压力值和地应力值，利用煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测仪或手工绘制巷道采面1前方煤体2内瓦斯压力分布曲线3和临界破裂瓦斯压力直线4，瓦斯压力分布曲线3和临界破裂瓦斯压力直线4的交点距巷道采面1的距离为瓦斯型临界进尺5；同时绘制巷道采面1前方煤体2内地应力分布曲线7和临界抗压强度直线8，地应力分布曲线7和临界抗压强度直线8靠近巷道采面1的第一个交点距巷道采面1的距离为地应力型临界进尺9；取瓦斯型临界进尺5和地应力型临界进尺9之间的较小值为临界进尺；

则当巷道一次掘进尺寸小于临界进尺时，预测结果为安全；当巷道一次掘进尺寸大于或等于临界进尺时，预测结果为危险，完成地应力型煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测。由于预测过程中将煤层原始瓦斯压力、原岩地应力、煤样临界破裂瓦斯压力、煤体力学强度、采动影响、钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量指标等进行耦合预测，能充分补集煤与瓦斯突出危险性信息，并进行瓦斯型和地应力型突出危险性预测，提高了煤与瓦斯突出危险性预测准确性。

Claims (1)

1.一种煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测方法，其特征在于：

a、测试采掘区域内煤层原始瓦斯压力P，在巷道采面(1)前方煤体(2)内最大集中地应力σ_max，并取现场煤样测试煤样临界破裂瓦斯压力和临界抗压强度；

b、从巷道采面(1)向前方煤体(2)内施工长度不少于10m的钻孔(6)，每钻进1m，测定一次钻屑瓦斯解吸指标，分别记录1m处的解吸指标K₁、2m处的解吸指标K₂、3m处的解吸指标K₃、……，直至解吸指标趋于稳定，此时稳定的解吸指标为最大解吸指标K_max；同时每钻进1m测定该1m段内的全部钻屑量，分别记录1m段的钻屑量S₁、2m段的钻屑量S₂、3m段的钻屑量S₃、……，将取得各段钻屑量中最多的钻屑量记为最大钻屑量S_max；

c、按照公式：分别计算出1m处的瓦斯压力P₁、2m处的瓦斯压力P₂、3m处的瓦斯压力P₃、……；按照公式：

分别计算出1m段地应力σ₁、2m段地应力σ₂、3m段地应力σ₃、……；

d、根据得到的不同位置的瓦斯压力值和地应力值，利用煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测仪或手工绘制巷道采面(1)前方煤体(2)内瓦斯压力分布曲线(3)和临界破裂瓦斯压力直线(4)，瓦斯压力分布曲线(3)和临界破裂瓦斯压力直线(4)的交点距巷道采面(1)的距离为瓦斯型临界进尺(5)；同时绘制巷道采面(1)前方煤体(2)内地应力分布曲线(7)和临界抗压强度直线(8)，地应力分布曲线(7)和临界抗压强度直线(8)靠近巷道采面(1)的第一个交点距巷道采面(1)的距离为地应力型临界进尺(9)；取瓦斯型临界进尺(5)和地应力型临界进尺(9)之间的较小值为临界进尺；

则当巷道一次掘进尺寸小于临界进尺时，预测结果为安全；当巷道一次掘进尺寸大于或等于临界进尺时，预测结果为危险，完成地应力型煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测。