區(qū)域預(yù)測(cè)新技術(shù)在采面突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用

區(qū)域預(yù)測(cè)新技術(shù)在采面突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)中的應(yīng)用
文光才,趙旭生,康建寧
(煤炭科學(xué)研究總院重慶分院,重慶!"""#$)
摘要:介紹了基于電磁波透視技術(shù)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律相結(jié)合的突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù),通過(guò)在采煤工
作面的應(yīng)用試驗(yàn),證明該技術(shù)是可行的,預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)單,準(zhǔn)確性高,為我國(guó)采煤工作面突出危險(xiǎn)區(qū)
域預(yù)測(cè)提供了一種新的方法和手段.
關(guān)鍵詞:采煤工作面;區(qū)域預(yù)測(cè);電磁波透視;統(tǒng)計(jì)規(guī)律

1.概述
煤與瓦斯突出是嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)和影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的一種主要災(zāi)害,多年來(lái),各主要產(chǎn)煤國(guó)家對(duì)此都比較重視,進(jìn)行了大量而廣泛的研究.根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查統(tǒng)計(jì),突出煤層中只有'"BC#"B的采掘面積真正屬于突出危險(xiǎn)區(qū)域,所以在開(kāi)采前,對(duì)突出煤層進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè),劃分出非突出危險(xiǎn)區(qū),突出威脅區(qū)和突出危險(xiǎn)區(qū),把有限的人力和物力重點(diǎn)用于突出危險(xiǎn)區(qū),可以起到解放生產(chǎn)力的目的.以前的區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù)主要采用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法和綜合指標(biāo)法,僅根據(jù)少數(shù)幾個(gè)鉆孔資料和一些對(duì)構(gòu)造等的推測(cè)來(lái)判斷突出危險(xiǎn)性,缺乏大量獲取超前探測(cè)煤層瓦斯,地質(zhì)等資料的技術(shù)手段,預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性較差,可靠性較低.尤其在采煤工作面,我國(guó)絕大多數(shù)突出礦井未進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè),對(duì)整個(gè)采面通常都執(zhí)行統(tǒng)一的防突管理辦法,在非突出危險(xiǎn)區(qū)和突出威脅區(qū)也投入了大量的人力,物力和財(cái)力,不必要地增加了防突措施工程量,并影響了防突技術(shù)管理和措施施工質(zhì)量,降低了防突措施的可靠程度,嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn).為此,對(duì)突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù)和裝備進(jìn)行了進(jìn)一步研究,提出了電磁波透視技術(shù)同指標(biāo)法,瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)相結(jié)合,規(guī)律性預(yù)測(cè)和手段預(yù)測(cè)相結(jié)合的突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)方法,經(jīng)過(guò))個(gè)采面的試驗(yàn),結(jié)果證明,該方法用于采面區(qū)域預(yù)測(cè)是有效的,成功的."電磁波透視煤層突出危險(xiǎn)性理論基礎(chǔ)電學(xué)性質(zhì)差異是電磁波探測(cè)技術(shù)的物理基礎(chǔ).電磁波透視技術(shù)是通過(guò)接受發(fā)射機(jī)發(fā)射的無(wú)線電波信號(hào)實(shí)現(xiàn)探測(cè)目的的,通過(guò)電磁波衰減場(chǎng)的分布確
定異常區(qū)的范圍.煤的電阻率,介電常數(shù)和地質(zhì)構(gòu)造是電磁波衰減的主要影響因素,突出煤和非突出煤的電阻率和介電常數(shù)存在著明顯差別,地質(zhì)構(gòu)造與突出有著密切的關(guān)系,因此突出危險(xiǎn)區(qū)和非突出危險(xiǎn)區(qū)的電磁波衰減也存在明顯差別.煤的破壞類型,煤中瓦斯和承受的地應(yīng)力是決定煤層突出危險(xiǎn)性的主要因素.煤的電阻率隨煤的變質(zhì)程度,破壞類型,地應(yīng)力,煤層厚度及煤中瓦斯等的增高而降低,煤層的電阻率越低,電磁波衰減越厲害,電磁波穿過(guò)煤層后損失越厲害.同時(shí),突出危險(xiǎn)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的界面也會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生反射,折射現(xiàn)象,造成電磁波能量的損耗,當(dāng)電磁波穿越原生結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞的煤層時(shí),煤層中存在的各種規(guī)則和不規(guī)則界面對(duì)電磁波吸收造成更大的損失,電磁波能量就會(huì)明顯減弱或屏蔽掉而形成陰影,陰影區(qū)域就是突出危險(xiǎn)性較大的區(qū)域.
對(duì)一具體煤層的某一區(qū)域,其變質(zhì)程度和溫度變化不大,對(duì)電磁波衰減場(chǎng)的影響很小.選用一定的測(cè)試頻率,在資料解釋時(shí)區(qū)分煤層高含水區(qū),避開(kāi)水的影響,就可以測(cè)定由煤的破壞類型,煤中瓦斯和承受的地應(yīng)力綜合作用下煤的電性參數(shù)的變化引起的電磁波衰減異常,反映了煤層突出危險(xiǎn)性.
!采煤工作面區(qū)域預(yù)測(cè)方法
回采工作面的突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)從某種意義上來(lái)說(shuō)是回采工作面范圍內(nèi)的突出危險(xiǎn)區(qū)域電磁波探測(cè),這種區(qū)域預(yù)測(cè)是在工作面進(jìn),回風(fēng)巷都已形成的情況下進(jìn)行的.預(yù)測(cè)首先參考鄰近工作面突出情況,收集進(jìn),回風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程的突出危險(xiǎn)性工作面
日常預(yù)測(cè)指標(biāo),揭露的地質(zhì)構(gòu)造情況,防突技術(shù)措施執(zhí)行情況,掘進(jìn)過(guò)程中的動(dòng)力現(xiàn)象及突出情況,將突出點(diǎn),工作面日常預(yù)測(cè)指標(biāo)超過(guò)臨界值的地點(diǎn),巷道掘進(jìn)中出現(xiàn)過(guò)動(dòng)力顯現(xiàn)(施工鉆孔時(shí)噴孔,夾鉆,頂鉆)及突出預(yù)兆等地點(diǎn)一定范圍內(nèi),突出危險(xiǎn)構(gòu)造破壞帶,煤層賦存條件急劇變化區(qū)域,采掘應(yīng)力疊加區(qū)域等區(qū)域劃分為突出危險(xiǎn)區(qū)域.由此確定了突出危險(xiǎn)區(qū)域的巷道條帶.然后利用!"#$%型突出煤層電磁波透視儀對(duì)采面范圍進(jìn)行透視,探測(cè)巷道突出危險(xiǎn)條帶向采面深部的延伸情況和采面內(nèi)部的突出危險(xiǎn)區(qū)域.最后綜合各種因素劃分采面的突出危險(xiǎn)條帶.
應(yīng)用試驗(yàn)
"#$試驗(yàn)面突出危險(xiǎn)區(qū)域的巷道條帶
在平頂山十礦戊

煤層的)('*(工作面和)('((工作面分別進(jìn)行了區(qū)域預(yù)測(cè)試驗(yàn).戊煤層)('*(工作面標(biāo)高$+,($-.(/,有效走向長(zhǎng),-*/,斜長(zhǎng)'0,/,煤厚-1)/.)('((工作面標(biāo)高$)+($+&(/,走向長(zhǎng)',((/,斜長(zhǎng)'*(/.根據(jù)戊
煤層突出分布規(guī)律,戊組煤的所有
突出均在北翼二水平,標(biāo)高$)-(/以下,)個(gè)采面都進(jìn)入了突出危險(xiǎn)區(qū),區(qū)域預(yù)測(cè)的主要任務(wù)是突出危險(xiǎn)區(qū)域的走向條按帶劃分.在)個(gè)采面煤巷掘進(jìn)中,突出日常預(yù)測(cè)指標(biāo)鉆孔瓦斯涌出初速度!/23多次超標(biāo),實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的瓦斯放散初速度!",煤的普氏系數(shù)#,綜合指標(biāo)$,煤的孔隙容積比%4等指標(biāo)超過(guò)《煤與瓦斯突出防治細(xì)則》推薦的臨界值,瓦斯涌出量在一些區(qū)段比
較高.在)('*(采面巷道,實(shí)施防突措施時(shí)有噴孔,卡鉆和響煤炮現(xiàn)象,巷道揭露了'.條斷層,并在機(jī)巷和開(kāi)切眼掘進(jìn)過(guò)程中發(fā)生過(guò))次突出;在)('((采面巷道,共揭露).條斷層,最大落差*/,煤層結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重.這些在一定程度上反映了
采面的突出危險(xiǎn)性及其巷道分布情況.
"#%電磁波探測(cè)
對(duì)采面采用定點(diǎn)觀測(cè)方法進(jìn)行探測(cè).用(1*567頻率進(jìn)行探測(cè),測(cè)點(diǎn)間距為'(/,發(fā)射點(diǎn)間距為*(/.對(duì)應(yīng)每一個(gè)發(fā)射點(diǎn),接收機(jī)測(cè)量相應(yīng)
的'(8'*個(gè)測(cè)點(diǎn),接收范圍與發(fā)射點(diǎn)之間所形成的扇形夾角不大于-(9,這樣,在)個(gè)采面分別完成:#成像布網(wǎng)-(((和'()((個(gè)網(wǎng)格.對(duì)探測(cè)結(jié)
果經(jīng)分析處理,分別打印出'幅:#成像圖,'幅:;<分析圖,+-幅綜合曲線圖.綜合分析探測(cè)結(jié)果,在)('*(采面劃分出瓦斯地質(zhì)異常區(qū)&個(gè)(如
圖').其中'*號(hào)為嚴(yán)重異常區(qū),0&號(hào)區(qū)域?yàn)橐话惝惓^(qū).在)('((采面劃分出瓦斯地質(zhì)異常區(qū)0個(gè),其中)個(gè)為嚴(yán)重異常區(qū).
圖')('*(采面電磁波探測(cè)結(jié)果示意
"#!突出危險(xiǎn)條帶劃分
在十礦突出分布統(tǒng)計(jì)規(guī)律的基礎(chǔ)上,根據(jù)試驗(yàn)區(qū)鉆屑解吸指標(biāo)$'和取煤樣進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)綜合指標(biāo)$等突出危險(xiǎn)基本參數(shù)測(cè)定的結(jié)果巷道絕對(duì)
瓦斯涌出量掘進(jìn)工作面突出預(yù)測(cè)指標(biāo)防突技術(shù)措施突出情況巷道揭露煤層構(gòu)造及采面電磁波探測(cè)結(jié)果對(duì)采面進(jìn)行突出危險(xiǎn)區(qū)域劃分.)('*(采
面的劃分結(jié)果如圖)所示,陰影區(qū)域?yàn)橥怀鑫ｋU(xiǎn)區(qū)域,占采面總面積的-,=.對(duì))('((采面應(yīng)用相同方法進(jìn)行了采面突出危險(xiǎn)性區(qū)域劃分,劃分出的突
出危險(xiǎn)面積占試驗(yàn)面積的+.=.圖))('*(工作面突出危險(xiǎn)條帶劃分結(jié)果示意"#"應(yīng)用效果)('*(采面的回采驗(yàn)證工作分為)個(gè)階段進(jìn)行,
第一階段為試驗(yàn)考察階段,考察范圍為距開(kāi)切眼(8)0(/的條帶,其中(8)-(/為預(yù)測(cè)的突出危險(xiǎn)區(qū).在(8)-(/條帶的回采中,新揭露的斷層共
'0條,最大斷距'1*/,隆起高度'1)/的背斜'個(gè),煤層破壞類型為"8#.回采初期,經(jīng)常出現(xiàn)0'第+(卷第+期煤炭科學(xué)技術(shù))(()年+

嚴(yán)重的片幫現(xiàn)象,而且在采取了預(yù)抽瓦斯的防突措施后,效果檢驗(yàn)中仍出現(xiàn)了檢驗(yàn)指標(biāo)超標(biāo)的情況,經(jīng)補(bǔ)充措施后,才安全采過(guò).而在!"#$!%#&的
條帶內(nèi),未揭露到斷層,煤體破壞類型為!$".第二階段為應(yīng)用考察階段,在距切眼!%#&以外的整個(gè)采面回采中,采用該條帶劃分結(jié)果,對(duì)突
出危險(xiǎn)區(qū)執(zhí)行"四位一體"的防突措施,突出威脅區(qū)按每推進(jìn)'#$(#&進(jìn)行不少于!次的區(qū)域預(yù)測(cè)驗(yàn)證.在突出危險(xiǎn)區(qū)域的回采中,采取預(yù)抽防突措
施后效果檢驗(yàn)時(shí)仍出現(xiàn)了指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象,經(jīng)補(bǔ)充措施后,才安全采過(guò),而在突出威脅區(qū),未出現(xiàn)這種現(xiàn)象.這樣,在保證安全的前提下,大大減少了預(yù)
測(cè)工程量,提高了掘進(jìn)速度,使突出危險(xiǎn)預(yù)測(cè)從平均每推進(jìn)!)*+&預(yù)測(cè)*次減少到平均每推進(jìn)!#&預(yù)測(cè)*次,使采面平均日推進(jìn)度從第一階段的*),*
&提高到了!)++&,提高了"(-.在回采過(guò)程中未發(fā)生突出等動(dòng)力現(xiàn)象,預(yù)測(cè)不突出準(zhǔn)確率達(dá)*##-.在!#*(#采面區(qū)域預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,對(duì)!#*##采
面的回采驗(yàn)證中,在突出威脅區(qū)按每推進(jìn)(#$*##&進(jìn)行不少于!次的檢驗(yàn)性預(yù)測(cè),大大提高了回采速度,使整個(gè)采面的回采速度提高到")",&,與
!#*(#采面初期的速度相比,提高了*'(-,采面的回采過(guò)程中都未發(fā)生煤與瓦斯突出等動(dòng)力現(xiàn)象,預(yù)測(cè)不突出準(zhǔn)確率達(dá)*##-.
!結(jié)論
(*)突出危險(xiǎn)煤體和非突出危險(xiǎn)煤體之間在電性參數(shù)上存在著明顯的差異,地質(zhì)構(gòu)造和影響電性參數(shù)的煤體特征與突出危險(xiǎn)性之間有著密切的聯(lián)
系,這是電磁波透視煤層突出危險(xiǎn)性的物質(zhì)基礎(chǔ).電磁波衰減指標(biāo)綜合反映了煤體結(jié)構(gòu),煤中瓦斯和地質(zhì)構(gòu)造等因素,可以作為突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)的一
種指標(biāo).
(!)電磁波透視法,瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法相結(jié)合的突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù),不僅提供了掌握煤體深部大量瓦斯地質(zhì)資料的手段,提高了對(duì)地質(zhì)因素的預(yù)
知性,同時(shí)也使工作面突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性得到進(jìn)一步提高.
(')通過(guò)!個(gè)工作面的試驗(yàn)和驗(yàn)證,證明電磁波透視法,瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法相結(jié)合的突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù)是可靠的,成功的.
參考文獻(xiàn):
[*]文光才,吳燕清,康建寧,等.礦井突出危險(xiǎn)區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù)
及裝備的研究[/].重慶:煤炭科學(xué)研究總院重慶分院,
*,,,.
作者簡(jiǎn)介:文光才(*,%'0),男,四川富順人,研究員,所
長(zhǎng),完成各種科研課題及技術(shù)咨詢項(xiàng)目數(shù)十項(xiàng),發(fā)表論文"#余篇.