区域预测新技术在采面突出危险预测中的应用

区域预测新技术在采面突出危险预测中的应用
文光才,赵旭生,康建宁
(煤炭科学研究总院重庆分院,重庆!"""#$)
摘要:介绍了基于电磁波透视技术和统计规律相结合的突出危险性区域预测技术,通过在采煤工
作面的应用试验,证明该技术是可行的,预测方法简单,准确性高,为我国采煤工作面突出危险区
域预测提供了一种新的方法和手段.
关键词:采煤工作面;区域预测;电磁波透视;统计规律

1.概述
煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产和影响企业经济效益的一种主要灾害,多年来,各主要产煤国家对此都比较重视,进行了大量而广泛的研究.根据国内外的调查统计,突出煤层中只有'"BC#"B的采掘面积真正属于突出危险区域,所以在开采前,对突出煤层进行区域预测,划分出非突出危险区,突出威胁区和突出危险区,把有限的人力和物力重点用于突出危险区,可以起到解放生产力的目的.以前的区域预测技术主要采用瓦斯地质统计法和综合指标法,仅根据少数几个钻孔资料和一些对构造等的推测来判断突出危险性,缺乏大量获取超前探测煤层瓦斯,地质等资料的技术手段,预测的准确性较差,可靠性较低.尤其在采煤工作面,我国绝大多数突出矿井未进行区域预测,对整个采面通常都执行统一的防突管理办法,在非突出危险区和突出威胁区也投入了大量的人力,物力和财力,不必要地增加了防突措施工程量,并影响了防突技术管理和措施施工质量,降低了防突措施的可靠程度,严重影响了矿井的安全生产.为此,对突出危险区域预测技术和装备进行了进一步研究,提出了电磁波透视技术同指标法,瓦斯地质统计相结合,规律性预测和手段预测相结合的突出危险区域预测方法,经过)个采面的试验,结果证明,该方法用于采面区域预测是有效的,成功的."电磁波透视煤层突出危险性理论基础电学性质差异是电磁波探测技术的物理基础.电磁波透视技术是通过接受发射机发射的无线电波信号实现探测目的的,通过电磁波衰减场的分布确
定异常区的范围.煤的电阻率,介电常数和地质构造是电磁波衰减的主要影响因素,突出煤和非突出煤的电阻率和介电常数存在着明显差别,地质构造与突出有着密切的关系,因此突出危险区和非突出危险区的电磁波衰减也存在明显差别.煤的破坏类型,煤中瓦斯和承受的地应力是决定煤层突出危险性的主要因素.煤的电阻率随煤的变质程度,破坏类型,地应力,煤层厚度及煤中瓦斯等的增高而降低,煤层的电阻率越低,电磁波衰减越厉害,电磁波穿过煤层后损失越厉害.同时,突出危险区域地质构造的界面也会对电磁波产生反射,折射现象,造成电磁波能量的损耗,当电磁波穿越原生结构受到严重破坏的煤层时,煤层中存在的各种规则和不规则界面对电磁波吸收造成更大的损失,电磁波能量就会明显减弱或屏蔽掉而形成阴影,阴影区域就是突出危险性较大的区域.
对一具体煤层的某一区域,其变质程度和温度变化不大,对电磁波衰减场的影响很小.选用一定的测试频率,在资料解释时区分煤层高含水区,避开水的影响,就可以测定由煤的破坏类型,煤中瓦斯和承受的地应力综合作用下煤的电性参数的变化引起的电磁波衰减异常,反映了煤层突出危险性.
!采煤工作面区域预测方法
回采工作面的突出危险区域预测从某种意义上来说是回采工作面范围内的突出危险区域电磁波探测,这种区域预测是在工作面进,回风巷都已形成的情况下进行的.预测首先参考邻近工作面突出情况,收集进,回风巷掘进过程的突出危险性工作面
日常预测指标,揭露的地质构造情况,防突技术措施执行情况,掘进过程中的动力现象及突出情况,将突出点,工作面日常预测指标超过临界值的地点,巷道掘进中出现过动力显现(施工钻孔时喷孔,夹钻,顶钻)及突出预兆等地点一定范围内,突出危险构造破坏带,煤层赋存条件急剧变化区域,采掘应力叠加区域等区域划分为突出危险区域.由此确定了突出危险区域的巷道条带.然后利用!"#$%型突出煤层电磁波透视仪对采面范围进行透视,探测巷道突出危险条带向采面深部的延伸情况和采面内部的突出危险区域.最后综合各种因素划分采面的突出危险条带.
应用试验
"#$试验面突出危险区域的巷道条带
在平顶山十矿戊

煤层的)('*(工作面和)('((工作面分别进行了区域预测试验.戊煤层)('*(工作面标高$+,($-.(/,有效走向长,-*/,斜长'0,/,煤厚-1)/.)('((工作面标高$)+($+&(/,走向长',((/,斜长'*(/.根据戊
煤层突出分布规律,戊组煤的所有
突出均在北翼二水平,标高$)-(/以下,)个采面都进入了突出危险区,区域预测的主要任务是突出危险区域的走向条按带划分.在)个采面煤巷掘进中,突出日常预测指标钻孔瓦斯涌出初速度!/23多次超标,实验室测定的瓦斯放散初速度!",煤的普氏系数#,综合指标$,煤的孔隙容积比%4等指标超过《煤与瓦斯突出防治细则》推荐的临界值,瓦斯涌出量在一些区段比
较高.在)('*(采面巷道,实施防突措施时有喷孔,卡钻和响煤炮现象,巷道揭露了'.条断层,并在机巷和开切眼掘进过程中发生过)次突出;在)('((采面巷道,共揭露).条断层,最大落差*/,煤层结构破坏严重.这些在一定程度上反映了
采面的突出危险性及其巷道分布情况.
"#%电磁波探测
对采面采用定点观测方法进行探测.用(1*567频率进行探测,测点间距为'(/,发射点间距为*(/.对应每一个发射点,接收机测量相应
的'(8'*个测点,接收范围与发射点之间所形成的扇形夹角不大于-(9,这样,在)个采面分别完成:#成像布网-(((和'()((个网格.对探测结
果经分析处理,分别打印出'幅:#成像图,'幅:;<分析图,+-幅综合曲线图.综合分析探测结果,在)('*(采面划分出瓦斯地质异常区&个(如
图').其中'*号为严重异常区,0&号区域为一般异常区.在)('((采面划分出瓦斯地质异常区0个,其中)个为严重异常区.
图')('*(采面电磁波探测结果示意
"#!突出危险条带划分
在十矿突出分布统计规律的基础上,根据试验区钻屑解吸指标$'和取煤样进行区域预测综合指标$等突出危险基本参数测定的结果巷道绝对
瓦斯涌出量掘进工作面突出预测指标防突技术措施突出情况巷道揭露煤层构造及采面电磁波探测结果对采面进行突出危险区域划分.)('*(采
面的划分结果如图)所示,阴影区域为突出危险区域,占采面总面积的-,=.对)('((采面应用相同方法进行了采面突出危险性区域划分,划分出的突
出危险面积占试验面积的+.=.图))('*(工作面突出危险条带划分结果示意"#"应用效果)('*(采面的回采验证工作分为)个阶段进行,
第一阶段为试验考察阶段,考察范围为距开切眼(8)0(/的条带,其中(8)-(/为预测的突出危险区.在(8)-(/条带的回采中,新揭露的断层共
'0条,最大断距'1*/,隆起高度'1)/的背斜'个,煤层破坏类型为"8#.回采初期,经常出现0'第+(卷第+期煤炭科学技术)(()年+

严重的片帮现象,而且在采取了预抽瓦斯的防突措施后,效果检验中仍出现了检验指标超标的情况,经补充措施后,才安全采过.而在!"#$!%#&的
条带内,未揭露到断层,煤体破坏类型为!$".第二阶段为应用考察阶段,在距切眼!%#&以外的整个采面回采中,采用该条带划分结果,对突
出危险区执行"四位一体"的防突措施,突出威胁区按每推进'#$(#&进行不少于!次的区域预测验证.在突出危险区域的回采中,采取预抽防突措
施后效果检验时仍出现了指标超标现象,经补充措施后,才安全采过,而在突出威胁区,未出现这种现象.这样,在保证安全的前提下,大大减少了预
测工程量,提高了掘进速度,使突出危险预测从平均每推进!)*+&预测*次减少到平均每推进!#&预测*次,使采面平均日推进度从第一阶段的*),*
&提高到了!)++&,提高了"(-.在回采过程中未发生突出等动力现象,预测不突出准确率达*##-.在!#*(#采面区域预测的基础上,对!#*##采
面的回采验证中,在突出威胁区按每推进(#$*##&进行不少于!次的检验性预测,大大提高了回采速度,使整个采面的回采速度提高到")",&,与
!#*(#采面初期的速度相比,提高了*'(-,采面的回采过程中都未发生煤与瓦斯突出等动力现象,预测不突出准确率达*##-.
!结论
(*)突出危险煤体和非突出危险煤体之间在电性参数上存在着明显的差异,地质构造和影响电性参数的煤体特征与突出危险性之间有着密切的联
系,这是电磁波透视煤层突出危险性的物质基础.电磁波衰减指标综合反映了煤体结构,煤中瓦斯和地质构造等因素,可以作为突出危险区域预测的一
种指标.
(!)电磁波透视法,瓦斯地质统计法相结合的突出危险区域预测技术,不仅提供了掌握煤体深部大量瓦斯地质资料的手段,提高了对地质因素的预
知性,同时也使工作面突出危险区域预测的准确性得到进一步提高.
(')通过!个工作面的试验和验证,证明电磁波透视法,瓦斯地质统计法相结合的突出危险区域预测技术是可靠的,成功的.
参考文献:
[*]文光才,吴燕清,康建宁,等.矿井突出危险区域预测技术
及装备的研究[/].重庆:煤炭科学研究总院重庆分院,
*,,,.
作者简介:文光才(*,%'0),男,四川富顺人,研究员,所
长,完成各种科研课题及技术咨询项目数十项,发表论文"#余篇.