CN102691522B - 一种工作面突出危险动态预测图形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工作面突出危险动态预测图形成方法，首先采集矿井回采工作面瓦斯赋存数据和合分析数据，形成判断工作面突出危险的危险评价指标；然后确定工作面区段范围的危险等级；最后综合形成基于栅格的不同等级的突出危险预测图，并能随着突出预测评价指标的变化实时更新。本发明在研究矿井回采工作面瓦斯赋存规律的基础上，将工作面突出危险动态评价指标分为瓦斯类、地质类、应力类和防突措施类，实时掌握并智能分析各项评价指标的变化规律，综合形成工作面级的突出危险动态预测图，随着突出预测评价指标的变化实时更新；更加直观地、准确地、实时地确定突出区域的等级，减少防突工作的盲目性、节约防突工程费用，保障矿井的安全生产。

Description

一种工作面突出危险动态预测图形成方法

技术领域

本发明涉及一种预测煤与瓦斯突出的方法，特别涉及一种现场预测煤与瓦斯突出的方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是一种极其复杂的动力现象，防止煤与瓦斯突出的发生，是一件急迫需要解决的技术难题，目前，国内外主要是针对于矿井、采区意义上的区域预测，且多为静态评价结果，不能实时、动态的对工作面区段范围内从设计、掘进到回采整个过程进行危险性评价分析，难以及时地为工作人员提供决策帮助；缺乏有效管理基础信息数据资料的方法和手段，工作人员不能方便、快捷地获取所需信息；现有的瓦斯、地质、防突措施等数据多以文字形式表达，缺乏对空间数据的有效表达和分析，不能形象、直观、真实地反映相关信息。

突出的预测预报方法，世界各国都是建立在瓦斯、地压及综合假说的基础上利用煤层的强度、受力状态、含瓦斯情况以及它们在突出前所出现的异常变化，及时判断煤层的突出危险程度。在我国主要是围绕“以区域四位一体为主、局部四位一体为辅”的“两个四位一体”综合防治突出技术并取得良好效果，但在实现过程中还存在着困难。

目前，国内外主要是针对于矿井、采区意义上的区域预测，且多为静态评价结果，不能实时、动态的对工作面区段范围内从设计、掘进到回采整个过程进行危险性评价分析，难以及时地为工作人员提供决策帮助；缺乏有效管理基础信息数据资料的方法和手段，工作人员不能方便、快捷地获取所需信息；现有的瓦斯、地质、防突措施等数据多以文字形式表达，缺乏对空间数据的有效表达和分析，不能形象、直观、真实地反映相关信息。

因此急需一种更加直观地、准确地、实时地确定突出区域的危险等级动态预测图的形成方法。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是一种更加直观地、准确地、实时地确定突出区域的危险等级动态预测图的形成方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的一种工作面突出危险动态预测图形成方法，包括以下步骤：

S1：采集矿井回采工作面瓦斯赋存数据；并将瓦斯赋存数据传输给数据处理器；

S2：所述瓦斯赋存数据通过数据处理器处理分析后，形成判断工作面突出危险的危险评价指标，并将危险评价指标存储于判据指标库；

S3：将危险评价指标与预设评价指标临界值进行处理来确定工作面区段范围的危险等级；

S4：将原始突出危险区结果作为初始阶段导入，并设置初始阶段突出危险区初始值；

S5：根据工作面区段范围的危险等级计算相关指标，在上述危险级别基础上进行加减，形成指标对应区域的突出危险等级；

S6：合并突出危险评价值生成整个区域的危险等级及范围，结合基于栅格的结果表达方式，生成回采工作面范围内不同等级的突出危险预测图；

S7：重复循环步骤S1至步骤S6，采集矿井不同采掘进度的工作面的瓦斯赋存数据，形成不同采掘进度的突出预测评价指标。

进一步，所述危险评价指标包括瓦斯类指标、地质类指标、应力类指标和防突措施类指标；所述瓦斯类指标、地质类指标、应力类指标和防突措施类分别采用当前工作面采集瓦斯赋存数据实测值与各自的预设临界值的比例来确定突出危险评价等级；所述瓦斯类指标、地质类指标、应力类指标和防突措施类指标合并生成整个区域的危险等级。

进一步，所述瓦斯类指标的指标包括区域效检指标、区域验证指标和瓦斯涌出指标；

所述区域效检指标通过获取残存瓦斯压力P和瓦斯含量W，然后分别与其参考临界值的比例关系来确定；

所述区域验证指标通过获取综合指标D、K值，钻屑瓦斯解吸指标△h2或K1值，钻屑量S值，钻孔瓦斯涌出初速度q，R值指标，然后分别与其参考临界值的比例关系来确定；

所述瓦斯涌出指标通过获取的瓦斯涌出浓度与瓦斯浓度临界值的比例关系来确定。

进一步，所述地质类指标包括煤层厚度变化率指标、软分层厚度指标、断层影响范围指标、陷落柱影响范围指标、火成岩侵入范围指标、夹矸尖灭处指标和围岩性质及厚度指标；

所述煤层厚度变化率指标通过将工作面区段范围内全部煤厚测点的平均值作为基准计算煤厚变化率，确定危险等级变化值；

所述软分层厚度指标通过工作面区段范围内软分层厚度与临界值的比例关系来确定；

所述断层影响范围指标根据断层交面线上下盘形成的缓冲区域的实测值与临界值的比例关系来确定；

所述陷落柱影响范围指标根据实测陷落柱边界实测值进行危险等级确定；

所述火成岩侵入范围指标根据岩浆岩侵入区边界实测值进行危险等级确定；

所述夹矸尖灭处指标根据夹矸尖灭处边界实测值进行危险等级确定；

所述围岩性质及厚度指标根据透气性低的围岩厚度实测值与临界值的比例关系来确定突出危险等级。

进一步，所述地应力类指标通过测量煤的坚固性系数来确定。

进一步，所述工作面区段范围的危险等级是根据危险评价指标与预设评价指标临界值的比例关系来确定的。

进一步，所述防突措施类指标包括保护层保护范围指标、抽放措施执行情况指标和局部措施执行情况指标；

所述保护层保护范围指标根据保护层保护范围实测值的卸压角和煤层倾角之间的关系来确定；

所述抽放措施执行情况指标根据和局部措施执行情况指标根据措施钻孔的开孔参数、措施钻孔的抽排放半径以及与措施作用地点的位置关系来确定措施钻孔在措施作用地点的有效范围和空白带比例；

所述开孔参数包括钻孔开孔高、方位角、偏角和倾角。

本发明的优点在于：本发明在研究矿井回采工作面瓦斯赋存规律的基础上，将工作面突出危险动态评价指标分为瓦斯类、地质类、应力类和防突措施类，实时掌握并智能分析各项评价指标的变化规律，综合形成工作面突出评价结果，自动生成不同等级的突出危险预警，并能随着突出预测评价指标的变化实时更新；本发明提供的工作面突出危险评价指标体系可更加准确地、实时地确定突出区域的等级及范围，为突出危险性预测提供多种手段，有助于更加合理地制定及实施防突措施、减少防突工作的盲目性、节约防突工程费用，保障矿井的安全生产。

在研究矿井回采工作面瓦斯赋存规律的基础上，将工作面突出危险动态评价指标分为瓦斯类、地质类、应力类和防突措施类等，实时掌握并智能分析各项评价指标的变化规律，综合形成工作面突出评价结果，结合基于栅格的结果表达方式，自动生成回采工作面范围内不同等级的突出危险预测图，并能随着突出预测评价指标的变化实时更新。

工作面级的突出危险动态预测图可更加直观地、准确地、实时地确定突出区域的等级及范围，是区域预测的补充和深化。

通过工作面级的突出危险动态预测图可更加准确地、实时地确定突出区域的等级及范围，有助于更加合理地制定及实施防突措施、减少防突工作的盲目性、节约防突工程费用，保障矿井的安全生产。

本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明实施例提供的工作面突出危险评价指标体系分析系统图；

图2为本发明实施例提供的保护层工作面沿倾斜方向的保护范围的示意图；

图3为本发明实施例提供的保护层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围的示意图；

图4为本发明实施例提供的工作面突出危险动态预测图形成系统图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的工作面突出危险评价指标体系分析系统图，图2为本发明实施例提供的保护层工作面沿倾斜方向的保护范围的示意图，图3为本发明实施例提供的保护层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围的示意图，图4为本发明实施例提供的工作面突出危险动态预测图形成系统图，如图所示：本发明提供的一种工作面突出危险动态预测图形成方法，包括以下步骤：

S1：采集矿井回采工作面瓦斯赋存数据；并将瓦斯赋存数据传输给数据处理器；

S2：所述瓦斯赋存数据通过数据处理器处理分析后，形成判断工作面突出危险的危险评价指标，并将危险评价指标存储于判据指标库；

S3：将危险评价指标与预设评价指标临界值进行处理来确定工作面区段范围的危险等级；

S4：将原始突出危险区结果作为初始阶段导入，并设置初始阶段突出危险区初始值；

原始突出危险区结果，通常是由矿方做的煤层突出鉴定，然后将其导入初始阶段，评价值的范围为0-100，初始阶段突出危险区设置为50，非突出危险区设置为20，使用评价值来表征某个区域的突出危险性程度。

S5：根据工作面区段范围的危险等级计算相关指标，在上述危险级别基础上进行加减，形成指标对应区域的突出危险等级；

S6：合并突出危险评价值生成整个区域的危险等级及范围，结合基于栅格的结果表达方式，生成回采工作面范围内不同等级的突出危险预测图；

合并突出危险评价值生成整个区域的危险等级，根据每个指标值与临界值的比例关系确定危险等级的范围，结合基于栅格的结果表达方式，生成回采工作面范围内不同等级的突出危险预测图，

S7：重复循环步骤S1至步骤S6，采集矿井不同采掘进度的工作面的瓦斯赋存数据，形成不同采掘进度的突出预测评价指标。

所述危险评价指标包括瓦斯类指标、地质类指标、应力类指标和防突措施类指标；通过每个指标值与临界值的比例关系来分别确定突出等级及影响范围。所述瓦斯类指标、地质类指标、应力类指标和防突措施类分别采用当前工作面采集瓦斯赋存数据实测值与各自的预设临界值的比例来确定突出危险评价等级；所述瓦斯类指标、地质类指标、应力类指标和防突措施类指标合并生成整个区域的危险等级。

所述瓦斯类指标的指标包括区域效检指标、区域验证指标和瓦斯涌出指标；

所述区域效检指标通过获取残存瓦斯压力P和瓦斯含量W，然后分别与其参考临界值的比例关系来确定；

所述区域验证指标通过获取综合指标D、K值，钻屑瓦斯解吸指标△h2或K1值，钻屑量S值，钻孔瓦斯涌出初速度q，R值指标，然后分别与其参考临界值的比例关系来确定；

所述瓦斯涌出指标通过获取的瓦斯涌出浓度与瓦斯浓度临界值的比例关系来确定。

所述地质类指标包括煤层厚度变化率指标、软分层厚度指标、断层影响范围指标、陷落柱影响范围指标、火成岩侵入范围指标、夹矸尖灭处指标和围岩性质及厚度指标；

所述煤层厚度变化率指标通过将工作面区段范围内全部煤厚测点的平均值作为基准计算煤厚变化率，确定危险等级变化值；

所述软分层厚度指标通过工作面区段范围内软分层厚度与临界值的比例关系来确定；

所述断层影响范围指标根据断层交面线上下盘形成的缓冲区域的实测值与临界值的比例关系来确定；

所述陷落柱影响范围指标根据实测陷落柱边界实测值进行危险等级确定；

所述火成岩侵入范围指标根据岩浆岩侵入区边界实测值进行危险等级确定；

所述夹矸尖灭处指标根据夹矸尖灭处边界实测值进行危险等级确定；

所述围岩性质及厚度指标根据透气性低的围岩厚度实测值与临界值的比例关系来确定突出危险等级。

所述地应力类指标通过测量煤的坚固性系数来确定。

所述工作面区段范围的危险等级是根据危险评价指标与预设评价指标临界值的比例关系来确定的。

所述防突措施类指标包括保护层保护范围指标、抽放措施执行情况指标和局部措施执行情况指标；

所述保护层保护范围指标根据保护层保护范围实测值的卸压角和煤层倾角之间的关系来确定；

所述抽放措施执行情况指标根据和局部措施执行情况指标根据措施钻孔的开孔参数、措施钻孔的抽排放半径以及与措施作用地点的位置关系来确定措施钻孔在措施作用地点的有效范围和空白带比例；

所述开孔参数包括钻孔开孔高、方位角、偏角和倾角。

瓦斯类指标获取方法见表1

表1

（1）区域效检指标计算方法

依照《防突规定》区域效检指标为残存瓦斯压力P和瓦斯含量W，其参考临界值分别为P=0.74MPa和W=8m3/t，根据实测值与临界值的比例关系，以基准范围100m按下表2计算不同区域的危险等级。

表2区域效检指标算法

（2）区域验证指标计算方法

依照《防突规定》区域验证指标分别为综合指标D、K值，钻屑瓦斯解吸指标△h2或K1值，钻屑量S值，钻孔瓦斯涌出初速度q，R值指标，其参考临界值见表4。根据实测值与临界值的比例关系，以基准范围20m按表3计算不同范围内的危险等级。

表3区域验证指标算法

表4区域验证指标参考临界值

（3）日常预测指标计算方法

依照《防突规定》日常预测指标与区域验证指标基本一致，其计算方法同上。

（4）瓦斯涌出指标计算方法

依照《煤矿安全规程》，瓦斯涌出浓度超过0.8%为异常，将瓦斯涌出异常点一定范围（默认前后10m，沿倾向划分到另一条平巷）计算危险等级变化值，见表5。

表5瓦斯涌出指标算法

（5）突出预兆指标计算方法

依照《防突规定》，作业时若发现了喷孔、顶钻及其他明显突出预兆时，发生明显突出预兆的位置周围半径100m内的预抽区域判定为措施无效，所在区域煤层仍属突出危险区。

地质类及应力类指标获取方法见表6

表6

指标类别	指标符号	获取方法
			煤层厚度及变化率	μh	地勘钻孔分析及井下观测
软分层厚度	hr	地勘钻孔分析及井下观测
			断层影响范围	Ld	地勘钻孔分析及井下观测
陷落柱影响范围	Lx	地勘钻孔分析及井下观测
			火成岩倾入范围	Lh	地勘钻孔分析及井下观测
夹矸尖灭处	Lg	地勘钻孔分析及井下观测

围岩性质及厚度	hw	地勘钻孔分析及井下观测
			煤的坚固性系数	f	井下取样，实验室测定

2.2地质类指标

（1）煤层厚度变化率指标计算方法

根据工作面区段范围内全部煤厚测点计算平均值作为基准计算煤厚变化率，按表7确定危险等级变化值。

表7煤厚变化率指标算法

（2）软分层厚度指标计算方法

根据工作面区段范围内软分层厚度超过临界值（默认0.3m）的比例计算影响范围并确定危险等级变化值，见表8。

表8软分层厚度指标算法

（3）断层影响范围指标计算方法

对于断层交面线首先将上下盘围成一个区域，按表9做缓冲区计算危险等级变化值；对于实测断层轴线直接以轴线做缓冲区计算危险等级变化值。

表9断层影响范围指标算法

以断层区域做缓冲区	10	15	20	30	50
						危险等级变化值	+50	+40	+30	+20	+10

（4）陷落柱影响范围指标计算方法

根据实测陷落柱边界按表10计算危险等级变化值。

表10陷落柱影响范围指标算法

以陷落柱做缓冲区	0	5	10	20	30
						危险等级变化值	+50	+40	+30	+20	+10

（5）火成岩侵入范围指标计算方法

根据岩浆岩侵入区边界按表11计算危险等级变化值。

表11火成岩侵入范围指标算法

以火成岩侵入区做缓冲区	0	5	10	20	30
						危险等级变化值	+50	+40	+30	+20	+10

（6）夹矸尖灭处指标计算方法

根据夹矸尖灭处边界按表12计算危险等级变化值。

表12夹矸尖灭处指标算法

以火成岩侵入区做缓冲区	0	5	10	20	30
						危险等级变化值	+50	+40	+30	+20	+10

（7）围岩性质及厚度指标计算方法

透气性低的围岩（泥岩或页岩）厚度超过临界值2.0m区域为突出危险区。

2.3地应力类指标

依照《防突规定》，煤的坚固性系数f值默认临界值为0.5，按表13计算危险级别变化值。

表13坚固性系数指标算法

防突措施类指标获取方法见表14

表14

（1）保护层保护范围计算方法

保护层保护范围以外的区域均为突出区域。

保护层工作面沿倾斜方向的保护范围应根据卸压角δ划定，如图2所示。图2为本发明实施例提供的保护层工作面沿倾斜方向的保护范围的示意图；A表示保护层；B表示被保护层；C表示保护范围边界线。

表15保护层沿倾斜方向的卸压角

若保护层采煤工作面停采时间超过3个月、且卸压比较充分，则该保护层采煤工作面对被保护层沿走向的保护范围对应于始采线、采止线及所留煤柱边缘位置的边界线可按卸压角δ₅＝56°～60°划定，如图3所示。图3为本发明实施例提供的保护层工作面始采线、采止线和煤柱的影响范围的示意图；A表示保护层；B表示被保护层；C1表示煤柱；D表示采空区；E表示保护范围；F表示始采线、采止线。在没有本矿井实测的卸压角时，可参考表15的数据。

保护层影响范围也可根据现场实际考察结果确定。

（2）抽放措施执行情况指标计算方法

利用措施钻孔的开孔参数（钻孔开孔高，方位角或偏角，倾角，钻孔长度等）、措施钻孔的抽放（排放）半径以及与措施作用地点的位置关系计算出措施钻孔在措施作用地点的有效范围和空白带比例以及空白带位置，有效范围之外及空白带区域为突出区域。

（3）局部措施执行情况指标计算方法

利用措施钻孔的开孔参数（钻孔开孔高，方位角或偏角，倾角，钻孔长度等）、措施钻孔的抽放（排放）半径以及与措施作用地点的位置关系计算出措施钻孔在措施作用地点的有效范围和空白带比例以及空白带位置，有效范围之外空白带区域为突出区域。

在研究矿井回采工作面瓦斯赋存规律的基础上，将工作面突出危险评价指标四大类十四小项，即瓦斯类包括区域效检指标异常、区域验证指标异常、日常预测指标异常、瓦斯涌出异常、突出预兆影响等五项，地质类包括煤层厚度变化率、软分层厚度、夹矸尖灭处、断层影响范围、陷落柱影响范围、火成岩侵入范围、围岩性质及厚度等七项，应力类一项为煤的坚固性系数，防突措施类包括保护层保护范围、抽放措施执行情况、局部措施执行情况等三项，共设定0、1、2、3、4为五个危险等级，0级为无突出危险，依次类推，4级为最高危险级别，每一项指标实测值与临界值的比例关系来确定对应区域的突出危险级别和影响范围，最后综合分析形成工作面区段范围的危险等级。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种工作面突出危险动态预测图形成方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：采集矿井回采工作面瓦斯赋存数据；并将瓦斯赋存数据传输给数据处理器；

S2：所述瓦斯赋存数据通过数据处理器处理分析后，形成判断工作面突出危险的危险评价指标，并将危险评价指标存储于判据指标库；

S3：将危险评价指标与预设评价指标临界值进行处理来确定工作面区段范围的危险等级；

S4：将原始突出危险区结果作为初始阶段导入，并设置初始阶段突出危险区初始值；

S5：根据工作面区段范围的危险等级计算相关指标，在上述危险等级基础上进行加减，形成指标对应区域的突出危险等级；

S6：合并突出危险等级生成整个区域的危险等级及范围，结合基于栅格的结果表达方式，生成回采工作面范围内不同等级的突出危险预测图；

S7：重复循环步骤S1至步骤S6，采集矿井不同采掘进度的工作面的瓦斯赋存数据，形成不同采掘进度的突出危险预测图；

所述危险评价指标包括瓦斯类指标、地质类指标、应力类指标和防突措施类指标；所述瓦斯类指标采用当前工作面采集瓦斯赋存数据实测值与各自的预设临界值的比例来确定突出危险评价等级；所述瓦斯类指标、地质类指标、应力类指标和防突措施类指标合并生成整个区域的危险等级；

所述瓦斯类指标的指标包括区域效检指标、区域验证指标和瓦斯涌出指标；

所述区域效检指标通过获取残存瓦斯压力P和瓦斯含量W，然后分别与其参考临界值的比例关系来确定；

所述区域验证指标通过获取综合指标D、K值，钻屑瓦斯解吸指标△h2或K1值，钻屑量S值，钻孔瓦斯涌出初速度q，R值指标，然后分别与其参考临界值的比例关系来确定；

所述瓦斯涌出指标通过获取的瓦斯涌出浓度与瓦斯浓度临界值的比例关系来确定；

所述地质类指标包括煤层厚度变化率指标、软分层厚度指标、断层影响范围指标、陷落柱影响范围指标、火成岩侵入范围指标、夹矸尖灭处指标和围岩性质及厚度指标；

所述煤层厚度变化率指标通过将工作面区段范围内全部煤厚测点的平均值作为基准计算煤厚变化率，确定危险等级变化值；

所述软分层厚度指标通过工作面区段范围内软分层厚度与临界值的比例关系来确定；

所述断层影响范围指标根据断层交面线上下盘形成的缓冲区域的实测值与临界值的比例关系来确定；

所述陷落柱影响范围指标根据实测陷落柱边界实测值进行危险等级确定；

所述火成岩侵入范围指标根据岩浆岩侵入区边界实测值进行危险等级确定；

所述夹矸尖灭处指标根据夹矸尖灭处边界实测值进行危险等级确定；

所述围岩性质及厚度指标根据透气性低的围岩厚度实测值与临界值的比例关系来确定突出危险等级；

所述地应力类指标通过测量煤的坚固性系数来确定；

所述工作面区段范围的危险等级是根据危险评价指标与预设评价指标临界值的比例关系来确定的；

所述防突措施类指标包括保护层保护范围指标、抽放措施执行情况指标和局部措施执行情况指标；

所述保护层保护范围指标根据保护层保护范围实测值的卸压角和煤层倾角之间的关系来确定；

所述抽放措施执行情况指标根据和局部措施执行情况指标根据措施钻孔的开孔参数、措施钻孔的抽排放半径以及与措施作用地点的位置关系来确定措施钻孔在措施作用地点的有效范围和空白带比例；

所述开孔参数包括钻孔开孔高、方位角、偏角和倾角。