區域預測新技術在采麵突出危險預測中的應用

區域預測新技術在采麵突出危險預測中的應用
文光才,趙旭生,康建寧
(煤炭科學研究總院重慶分院,重慶!"""#$)
摘要:介紹了基於電磁波透視技術和統計規律相結合的突出危險性區域預測技術,通過在采煤工
作麵的應用試驗,證明該技術是可行的,預測方法簡單,準確性高,為我國采煤工作麵突出危險區
域預測提供了一種新的方法和手段.
關鍵詞:采煤工作麵;區域預測;電磁波透視;統計規律

1.概述
煤與瓦斯突出是嚴重威脅煤礦安全生產和影響企業經濟效益的一種主要災害,多年來,各主要產煤國家對此都比較重視,進行了大量而廣泛的研究.根據國內外的調查統計,突出煤層中隻有'"BC#"B的采掘麵積真正屬於突出危險區域,所以在開采前,對突出煤層進行區域預測,劃分出非突出危險區,突出威脅區和突出危險區,把有限的人力和物力重點用於突出危險區,可以起到解放生產力的目的.以前的區域預測技術主要采用瓦斯地質統計法和綜合指標法,僅根據少數幾個鑽孔資料和一些對構造等的推測來判斷突出危險性,缺乏大量獲取超前探測煤層瓦斯,地質等資料的技術手段,預測的準確性較差,可靠性較低.尤其在采煤工作麵,我國絕大多數突出礦井未進行區域預測,對整個采麵通常都執行統一的防突管理辦法,在非突出危險區和突出威脅區也投入了大量的人力,物力和財力,不必要地增加了防突措施工程量,並影響了防突技術管理和措施施工質量,降低了防突措施的可靠程度,嚴重影響了礦井的安全生產.為此,對突出危險區域預測技術和裝備進行了進一步研究,提出了電磁波透視技術同指標法,瓦斯地質統計相結合,規律性預測和手段預測相結合的突出危險區域預測方法,經過)個采麵的試驗,結果證明,該方法用於采麵區域預測是有效的,成功的."電磁波透視煤層突出危險性理論基礎電學性質差異是電磁波探測技術的物理基礎.電磁波透視技術是通過接受發射機發射的無線電波信號實現探測目的的,通過電磁波衰減場的分布確
定異常區的範圍.煤的電阻率,介電常數和地質構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存在著明顯差別,地質構造與突出有著密切的關係,因此突出危險區和非突出危險區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力是決定煤層突出危險性的主要因素.煤的電阻率隨煤的變質程度,破壞類型,地應力,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,電磁波穿過煤層後損失越厲害.同時,突出危險區域地質構造的界麵也會對電磁波產生反射,折射現象,造成電磁波能量的損耗,當電磁波穿越原生結構受到嚴重破壞的煤層時,煤層中存在的各種規則和不規則界麵對電磁波吸收造成更大的損失,電磁波能量就會明顯減弱或屏蔽掉而形成陰影,陰影區域就是突出危險性較大的區域.
對一具體煤層的某一區域,其變質程度和溫度變化不大,對電磁波衰減場的影響很小.選用一定的測試頻率,在資料解釋時區分煤層高含水區,避開水的影響,就可以測定由煤的破壞類型,煤中瓦斯和承受的地應力綜合作用下煤的電性參數的變化引起的電磁波衰減異常,反映了煤層突出危險性.
!采煤工作麵區域預測方法
回采工作麵的突出危險區域預測從某種意義上來說是回采工作麵範圍內的突出危險區域電磁波探測,這種區域預測是在工作麵進,回風巷都已形成的情況下進行的.預測首先參考鄰近工作麵突出情況,收集進,回風巷掘進過程的突出危險性工作麵
日常預測指標,揭露的地質構造情況,防突技術措施執行情況,掘進過程中的動力現象及突出情況,將突出點,工作麵日常預測指標超過臨界值的地點,巷道掘進中出現過動力顯現(施工鑽孔時噴孔,夾鑽,頂鑽)及突出預兆等地點一定範圍內,突出危險構造破壞帶,煤層賦存條件急劇變化區域,采掘應力疊加區域等區域劃分為突出危險區域.由此確定了突出危險區域的巷道條帶.然後利用!"#$%型突出煤層電磁波透視儀對采麵範圍進行透視,探測巷道突出危險條帶向采麵深部的延伸情況和采麵內部的突出危險區域.最後綜合各種因素劃分采麵的突出危險條帶.
應用試驗
"#$試驗麵突出危險區域的巷道條帶
在平頂山十礦戊

煤層的)('*(工作麵和)('((工作麵分別進行了區域預測試驗.戊煤層)('*(工作麵標高$+,($-.(/,有效走向長,-*/,斜長'0,/,煤厚-1)/.)('((工作麵標高$)+($+&(/,走向長',((/,斜長'*(/.根據戊
煤層突出分布規律,戊組煤的所有
突出均在北翼二水平,標高$)-(/以下,)個采麵都進入了突出危險區,區域預測的主要任務是突出危險區域的走向條按帶劃分.在)個采麵煤巷掘進中,突出日常預測指標鑽孔瓦斯湧出初速度!/23多次超標,實驗室測定的瓦斯放散初速度!",煤的普氏係數#,綜合指標$,煤的孔隙容積比%4等指標超過《煤與瓦斯突出防治細則》推薦的臨界值,瓦斯湧出量在一些區段比
較高.在)('*(采麵巷道,實施防突措施時有噴孔,卡鑽和響煤炮現象,巷道揭露了'.條斷層,並在機巷和開切眼掘進過程中發生過)次突出;在)('((采麵巷道,共揭露).條斷層,最大落差*/,煤層結構破壞嚴重.這些在一定程度上反映了
采麵的突出危險性及其巷道分布情況.
"#%電磁波探測
對采麵采用定點觀測方法進行探測.用(1*567頻率進行探測,測點間距為'(/,發射點間距為*(/.對應每一個發射點,接收機測量相應
的'(8'*個測點,接收範圍與發射點之間所形成的扇形夾角不大於-(9,這樣,在)個采麵分別完成:#成像布網-(((和'()((個網格.對探測結
果經03manbetx 處理,分別打印出'幅:#成像圖,'幅:;<03manbetx 圖,+-幅綜合曲線圖.綜合03manbetx 探測結果,在)('*(采麵劃分出瓦斯地質異常區&個(如
圖').其中'*號為嚴重異常區,0&號區域為一般異常區.在)('((采麵劃分出瓦斯地質異常區0個,其中)個為嚴重異常區.
圖')('*(采麵電磁波探測結果示意
"#!突出危險條帶劃分
在十礦突出分布統計規律的基礎上,根據試驗區鑽屑解吸指標$'和取煤樣進行區域預測綜合指標$等突出危險基本參數測定的結果巷道絕對
瓦斯湧出量掘進工作麵突出預測指標防突技術措施突出情況巷道揭露煤層構造及采麵電磁波探測結果對采麵進行突出危險區域劃分.)('*(采
麵的劃分結果如圖)所示,陰影區域為突出危險區域,占采麵總麵積的-,=.對)('((采麵應用相同方法進行了采麵突出危險性區域劃分,劃分出的突
出危險麵積占試驗麵積的+.=.圖))('*(工作麵突出危險條帶劃分結果示意"#"應用效果)('*(采麵的回采驗證工作分為)個階段進行,
第一階段為試驗考察階段,考察範圍為距開切眼(8)0(/的條帶,其中(8)-(/為預測的突出危險區.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,煤層破壞類型為"8#.回采初期,經常出現0'第+(卷第+期煤炭科學技術)(()年+

嚴重的片幫現象,而且在采取了預抽瓦斯的防突措施後,效果檢驗中仍出現了檢驗指標超標的情況,經補充措施後,才安全采過.而在!"#$!%#&的
條帶內,未揭露到斷層,煤體破壞類型為!$".第二階段為應用考察階段,在距切眼!%#&以外的整個采麵回采中,采用該條帶劃分結果,對突
出危險區執行"四位一體"的防突措施,突出威脅區按每推進'#$(#&進行不少於!次的區域預測驗證.在突出危險區域的回采中,采取預抽防突措
施後效果檢驗時仍出現了指標超標現象,經補充措施後,才安全采過,而在突出威脅區,未出現這種現象.這樣,在保證安全的前提下,大大減少了預
測工程量,提高了掘進速度,使突出危險預測從平均每推進!)*+&預測*次減少到平均每推進!#&預測*次,使采麵平均日推進度從第一階段的*),*
&提高到了!)++&,提高了"(-.在回采過程中未發生突出等動力現象,預測不突出準確率達*##-.在!#*(#采麵區域預測的基礎上,對!#*##采
麵的回采驗證中,在突出威脅區按每推進(#$*##&進行不少於!次的檢驗性預測,大大提高了回采速度,使整個采麵的回采速度提高到")",&,與
!#*(#采麵初期的速度相比,提高了*'(-,采麵的回采過程中都未發生煤與瓦斯突出等動力現象,預測不突出準確率達*##-.
!結論
(*)突出危險煤體和非突出危險煤體之間在電性參數上存在著明顯的差異,地質構造和影響電性參數的煤體特征與突出危險性之間有著密切的聯
係,這是電磁波透視煤層突出危險性的物質基礎.電磁波衰減指標綜合反映了煤體結構,煤中瓦斯和地質構造等因素,可以作為突出危險區域預測的一
種指標.
(!)電磁波透視法,瓦斯地質統計法相結合的突出危險區域預測技術,不僅提供了掌握煤體深部大量瓦斯地質資料的手段,提高了對地質因素的預
知性,同時也使工作麵突出危險區域預測的準確性得到進一步提高.
(')通過!個工作麵的試驗和驗證,證明電磁波透視法,瓦斯地質統計法相結合的突出危險區域預測技術是可靠的,成功的.
參考文獻:
[*]文光才,吳燕清,康建寧,等.礦井突出危險區域預測技術
及裝備的研究[/].重慶:煤炭科學研究總院重慶分院,
*,,,.
作者簡介:文光才(*,%'0),男,四川富順人,研究員,所
長,完成各種科研課題及技術谘詢項目數十項,發表論文"#餘篇.