CN103643996B - 基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测方法，首先在煤巷掘进工作面向前方煤体施工钻孔，钻孔每钻进1m收集、测定该1m段的全部钻屑量，并在暂停钻孔钻进后2分钟内测定钻孔瓦斯涌出初速度，然后将数据进行收集、整理，建立数据库，并输入MATLAB软件，将所输入的指标测值生成散点图，在生成散点图的过程中，将有突出征兆与无突出征兆的点分别生成不同的散点图，回归分析后所得曲线图即为拟合曲线，回归分析后所得拟合公式即为新综合指标公式，该拟合曲线取值即为新构建的综合指标的临界值，根据图形对掘进工作面瓦斯突出危险性进行预测。本发明优点在于能够将瓦斯突出三要素进行综合考虑，提高预测的准确性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域，尤其涉及一种基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测方法。
背景技术
我国是世界上煤与瓦斯突出灾害最为严重的国家。截至目前，已发生煤与瓦斯突出事故近2万起，并且以每年近百次的速度递增。近年来，随着我国已有煤矿不断向深部延伸以及新建矿井大多集中在井田深部，使得煤层瓦斯压力、地应力、瓦斯含量等参数不断增大，煤与瓦斯突出灾害越来越严重。煤与瓦斯突出事故本身会破坏矿井生产、通风等系统，严重危害矿工的人身安全；同时，瓦斯突出还容易诱发瓦斯爆炸、煤尘爆炸等次生灾害，造成灾害的扩大化，极易造成群死群伤事故，给矿井带来严重的经济问题和恶劣的社会影响。
我国将突出危险性预测分为区域突出危险性预测和工作面突出危险性预测两类。工作面突出危险性预测中主要采用的预测指标包括：钻屑瓦斯解吸指标（K1，△h2）、复合指标法（S，q）、R值指标法、综合指标法（D、K值）等。这些指标均由前苏联瓦斯突出预测指标引进、改造而来，这些指标大多侧重于瓦斯突出的某一方面（如地应力、瓦斯压力等），且指标的测定方法和临界值大多根据我国20世纪70-80年代的生产实际所确定。基于我国矿井采深不断加大的实情，采用新的瓦斯突出预测指标及临界值就显得尤为迫切。
理想的瓦斯突出预测指标应是能够较为全面地反映诱发煤与瓦斯突出的三大因素（瓦斯压力、地应力及煤的物理力学性质），而目前常用的瓦斯突出预测指标仅是间接或部分的反映这三个因素；对不同矿井、煤层或区域，突出的主导因素会有所不同，三种因素在导致突出作用中的贡献比重有所不同。所以，主要反映瓦斯突出三因素中某一方面因素或两方面因素的不同指标，其预测突出危险的敏感性会有所不同。瓦斯突出预测指标还在一定程度上或多或少地受到现场测试条件、仪器性能、操作人员责任心等非突出危险因素的影响，使得测定出的预测指标值影响因素非常复杂，从而影响瓦斯突出预测指标的敏感性。
我国工作面瓦斯突出预测指标对“综合假说”中的三因素各有侧重，主要体现其中一项或两项因素，很难全面概括瓦斯突出三因素。同时，瓦斯突出又是受多种因素影响，只靠某个单项进行突出预测，预测突出的准确率较低，难免会造成误报甚至错报，最终导致瓦斯突出事故的发生。
为了克服单项指标的缺陷，按照《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，新构建的煤巷掘进工作面突出预测综合指标将瓦斯突出三因素考虑在内，从而提高预测结果的的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测方法，能够将瓦斯突出三要素进行综合考虑，提高预测的准确性和稳定性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测方法，包括如下步骤：
1）在近水平或缓倾斜的煤巷掘进工作面向前方煤体至少施工3个钻孔，在倾斜或急倾斜煤层至少施工2个钻孔，所述近水平的倾斜角度为大于0°、小于8°，所述缓倾斜的倾斜角度为大于等于8°、小于25°，所述倾斜的倾斜角度为大于等于25°、小于45°，所述急倾斜的倾斜角度为大于等于45°、小于90°，钻孔的直径为42毫米、孔深为8～10米，钻孔应当尽可能布置在软煤分层中，其中一个钻孔位于掘进巷道断面正中部，并且平行于煤巷掘进工作面掘进方向，其他钻孔的终孔点位于巷道断面两侧轮廓线外2～4米处，其他钻孔的起孔点位于巷道断面两侧轮廓线内0.5米处；
2）钻孔每钻进1m收集、测定该1m段的全部钻屑量S，并在暂停钻孔钻进后2分钟内测定钻孔瓦斯涌出初速度q，测定钻孔瓦斯涌出初速度q指标时，要求测量室的长度为1.0米；
3）对已测定的S指标值和q指标值进行收集、整理，建立数据库，并输入MATLAB软件；
4）将所输入的指标测值生成散点图，在生成散点图的过程中，将有突出征兆与无突出征兆的点分别生成不同的散点图；
5）以出现瓦斯突出征兆时最小的S指标测值和q指标测值作为边界，对所有有突出征兆的散点进行回归分析，回归分析所得曲线图为拟合曲线，回归分析所得拟合公式为新综合指标公式，该拟合曲线取值即为新构建的综合指标的临界值；
6）对照瓦斯突出危险性预测指标测值，该测值位于拟合曲线之上的点为具有突出危险的测点，位于拟合曲线之下的点为无瓦斯突出危险性的测点，完成基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测。
本发明优点在于通过基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测方法，所有具有突出危险的测点，均位于拟合曲线之上，而位于拟合曲线之下的点，一定没有突出危险性，以此确保其预测不突出准确率达到100%的要求。由拟合公式所得的新综合指标Z是由q指标和S指标共同产生，这就在很大程度上将瓦斯突出三要素进行了综合考虑，可以提高预测的准确性和稳定性。
附图说明
图1是本发明所采用的钻孔布置及施工图；
图2是本发明中确定新综合指标公式的拟合曲线图。
具体实施方式
如图1和图2所示，具体以潘一矿13-1煤层为例，对本发明的基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测方法做具体说明，包括如下步骤：
1）如图1所示，在潘一矿的4条近水平煤巷掘进工作面1向前方煤体至少施工3个直径42毫米、孔深b为8～10米的钻孔3、钻孔4、钻孔5，钻孔3、钻孔4、钻孔5应当尽可能布置在软煤分层中，其中钻孔4位于掘进巷道断面正中部，并且平行于煤巷掘进工作面1掘进方向，钻孔3和钻孔5的终孔点与煤巷掘进工作面1的巷道断面两侧轮廓线的距离c为2～4米，钻孔3和钻孔5的起孔点与煤巷掘进工作面1的巷道断面两侧轮廓线的距离d为0.5米；
2）钻孔3、钻孔4、钻孔5每钻进1m收集、测定该1m段的全部钻屑量S，并在暂停钻孔钻进后2分钟内测定钻孔瓦斯涌出初速度q，测定钻孔瓦斯涌出初速度q指标时，要求测量室2的长度a为1.0米；
3）对潘一矿4条煤巷掘进工作面测定的S指标值和q指标值进行收集、整理，建立数据库，并输入MATLAB软件；
4）将所输入的指标测值生成散点图，在生成散点图的过程中，将有突出征兆与无突出征兆的点分别生成不同的散点图；
5）以出现瓦斯突出征兆时最小的S指标测值和q指标测值作为边界，对所有有突出征兆的散点进行回归分析，回归分析所得的曲线图即为拟合曲线，回归分析所得拟合公式即为新综合指标公式，对潘一矿预测指标跟踪考察基础数据的整理和拟合，拟合曲线图如图2所示，图2中圆形黑点为无动力现象时测值，三角形黑点为有动力现象时测值，黑色曲线为拟合曲线，建立的瓦斯突出预测的新综合指标公式为：
Z=(Smax-2.5)(qmax-4.1)
式中：Smax—每个钻孔沿孔长最大钻屑量，kg/m；
qmax—每个钻孔沿孔长最大钻孔瓦斯涌出初速度，L/min；
新突出预测综合指标临界值的确定，根据图2可知，潘一矿13-1煤层新的突出预测综合指标临界值为5；
6）当任何一个钻孔的Z≥5时，该工作面预测为突出危险工作面；当Z＜5时，该工作面预测为无突出危险工作面。当Z为负值时，用复合指标进行瓦斯突出危险性预测，复合指标为S指标和q指标，复合指标的临界值为SL=6.0kg/m、qL=5.0L/min，完成基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测。
Claims (1)
1.基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）在近水平或缓倾斜的煤巷掘进工作面向前方煤体至少施工3个钻孔，在倾斜或急倾斜煤层施工2个钻孔，所述近水平的倾斜角度为大于0°、小于8°，所述缓倾斜的倾斜角度为大于等于8°、小于25°，所述倾斜的倾斜角度为大于等于25°、小于45°，所述急倾斜的倾斜角度为大于等于45°、小于90°，钻孔的直径为42毫米、孔深为8～10米，钻孔应当尽可能布置在软煤分层中，其中一个钻孔位于掘进巷道断面正中部，并且平行于煤巷掘进工作面掘进方向，其他钻孔的终孔点位于巷道断面两侧轮廓线外2～4米处，其他钻孔的起孔点位于巷道断面两侧轮廓线内0.5米处；
2）钻孔每钻进1m收集、测定该1m段的全部钻屑量S，并在暂停钻孔钻进后2分钟内测定钻孔瓦斯涌出初速度q，测定钻孔瓦斯涌出初速度q指标时，要求测量室的长度为1.0米；
3）对已测定的S指标值和q指标值进行收集、整理，建立数据库，并输入MATLAB软件；
4）将所输入的指标测值生成散点图，在生成散点图的过程中，将有突出征兆与无突出征兆的点分别生成不同的散点图；
5）以出现瓦斯突出征兆时最小的S指标测值和q指标测值作为边界，对所有有突出征兆的散点进行回归分析，回归分析所得曲线图为拟合曲线，回归分析所得拟合公式为新综合指标公式，该拟合曲线取值即为新构建的综合指标的临界值；
6）对照瓦斯突出危险性预测指标测值，该测值位于拟合曲线之上的点为具有突出危险的测点，位于拟合曲线之下的点为无瓦斯突出危险性的测点，完成基于图形法的掘进工作面瓦斯突出预测。
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