突出礦井必須對突出煤層進行區(qū)域突出危險性預(yù)測(簡稱區(qū)域預(yù)測)和工作面突出危險性預(yù)測(簡稱工作面預(yù)測)。
突出礦井必須對突出煤層進行區(qū)域突出危險性預(yù)測(簡稱區(qū)域預(yù)測)和工作面突出危險性預(yù)測(簡稱工作面預(yù)測)。
突出煤層經(jīng)區(qū)域預(yù)測可劃分為突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)和無突出危險區(qū)。采掘工作面經(jīng)工作面預(yù)測可劃分為突出危險工作面和無突出危險工作面。對采掘工作面實施防治突出措施后，應(yīng)按工作面預(yù)測方法進行措施效果檢驗。措施效果檢驗指標都在該煤層突出危險臨界值以下的，認為措施有效。
【解讀】本條是關(guān)于對突出煤層進行區(qū)域和工作面突出危險程度預(yù)測及劃分的規(guī)定。
煤層突出預(yù)測的方法和指標很多，各國不盡相同，各主要突出礦區(qū)也不一樣。這里介紹的是我國以法規(guī)形式確定指標和方法。
1.突出危險性預(yù)測分類
煤層突出危險性預(yù)測主要分為區(qū)域性預(yù)測和工作面預(yù)測。
1)區(qū)域性預(yù)測
主要預(yù)測煤層和煤層區(qū)域危險性。區(qū)域預(yù)測應(yīng)在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)、新水平開拓和新采區(qū)開拓或準備時進行;也可以在開采過程中進行區(qū)域預(yù)測。
根據(jù)區(qū)域預(yù)測結(jié)果一般劃分為：
(1)突出危險區(qū)。區(qū)內(nèi)工作面進行采掘時，應(yīng)進行工作面預(yù)測。經(jīng)預(yù)測后可劃分為突出危險工作面和無突出危險工作面。劃分為突出危險工作面的要采取"四位一體"措施。
(2)突出威脅區(qū)。區(qū)內(nèi)采掘工作面每推進30～100m，應(yīng)用工作面預(yù)測方法連續(xù)進行不少于兩次的預(yù)測驗證。其中任何一次驗證有突出危險性，該區(qū)域改劃為突出危險區(qū)。連續(xù)兩次預(yù)測驗證都為無突出危險時，該區(qū)仍為突出威脅區(qū)。
(3)無突出危險區(qū)。可不采取防突措施。無突出危險區(qū)域確定，要有可靠的預(yù)測資料，確切掌握煤層突出危險區(qū)域分布規(guī)律，經(jīng)礦總工程師劃定不同區(qū)域突出危險程度，經(jīng)局總工程師批準后，方可確認為無突出危險區(qū)。
2)工作面預(yù)測
主要是指石門和立、斜井揭煤工作面：煤掘工作面和采煤工作面的危險性預(yù)測。工作面預(yù)測應(yīng)在工作面推進中進行。
根據(jù)工作面預(yù)測結(jié)果一般劃分為：
(1)突出危險工作面。進行采掘作業(yè)時，必須采取"四位一體"綜合防突措施。即先進行采掘工作面預(yù)測，然后采取防治突出措施，再按照工作面預(yù)測的方法進行效果檢驗，其檢驗指標都在該煤層突出危險臨界值以下時，方可認為所采取的措施有效，確認為無突出危險后，還要采取安全防護措施，才能進行采掘作業(yè)。每執(zhí)行一次防治突出措施作業(yè)循環(huán)(預(yù)測、措施、檢驗、保護、采掘作業(yè))后，須重復(fù)進行上述循環(huán)，來推進工作面前進。
(2)無突出危險工作面。突出煤層采掘工作面，經(jīng)連續(xù)兩次工作面預(yù)測為無突出危險時，可視該工作面為無突出危險。但工作面仍要進行工作面預(yù)測和采取安全防護措施。
2.突出危險性預(yù)測方法
1)區(qū)域突出危險性預(yù)測
表2-4-4 煤的破壞類型分類表
| 破壞類型 | 光澤 | 構(gòu)造與構(gòu)造特征 | 節(jié)理性質(zhì) | 節(jié)理面性質(zhì) | 斷口性質(zhì) | 強度 |
| Ⅰ類 (非破壞煤) |
亮與半亮 | 層狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造、條帶清晰明顯 | 一組或二、三組節(jié)理、節(jié)理系統(tǒng)發(fā)達，有次序 | 有充填物（方解石）次生面少，節(jié)理、劈理面平整 | 叁差附狀、波浪狀、貝狀 | 堅硬，用手難以掰開 |
| Ⅱ類 (破壞類) |
亮與半亮 | 1.尚未失去層狀，較有次序 2.條帶明顯，有時扭曲，有錯動 3.不規(guī)則塊狀，多棱角 4.有劉壓特征 |
次生節(jié)理面多，且不規(guī)則，與原生節(jié)理面呈網(wǎng)狀節(jié)理 | 節(jié)理面有擦紋、滑皮，節(jié)理不正，易瓣開 | 參差多角 | 用手極易剝成小塊，中等破度 |
| Ⅲ類 (強烈破壞煤) |
半亮與半暗 | 1.彎曲呈透鏡體構(gòu)造 2.小片狀構(gòu)造 3.細小碎塊，層理較紊無次序 |
節(jié)理不清、系統(tǒng)不發(fā)達，次生節(jié)理密度大 | 有大量擦痕 | 參差及粒狀 | 用手捻之成粉末，硬度低 |
| Ⅳ類 (粉碎煤) |
暗淡 | 粒狀或小顆粒膠結(jié)而成，形似天然煤團 | 節(jié)理失去意義，成粘塊狀 | 粒狀 | 用手捻之成粉末，偶爾較硬 | |
| Ⅴ類 (全粉煤) |
暗淡 | 1.土狀構(gòu)造，似土質(zhì)煤 2.如斷層泥狀 |
土狀 | 用手捻之成粉琳，疏松 |
區(qū)域突出危險性預(yù)測有以下幾種方法：
(1)單項指標法。采用煤的破壞類型，瓦斯放散初速度(△p)，煤的堅固性系數(shù)(f)和煤層瓦斯壓務(wù)(P)作為預(yù)測指標，各和中指標的突出危險臨界值應(yīng)根據(jù)實測資料確定，無實測資料時可參考表2-4-4和表2-4-5所列數(shù)據(jù)。只有全部指標達到或超過其臨界值時方可劃為突出煤層。
表2-4-5預(yù)測煤層突出危險性單項臨界指標值
| 煤層突出危險性 | 煤的破壞類型 | 瓦斯放散初速度△p | 煤的堅固性系數(shù)f | 煤層瓦斯壓力P/MPa |
| 突出危險 | ⅢⅣⅤ | ≥10 | ≤0.5 | ≥0.74 |
| 無突出危險 | ⅠⅡ | ＜10 | ＞0.5 | ＜0.74 |
(2)瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計法。根據(jù)已開采區(qū)域的煤層賦存和地質(zhì)構(gòu)造情況以及突出分布規(guī)律，劃分出突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)。
突出危險區(qū)應(yīng)符合下列條件：
?、偕纤桨l(fā)生過一次突出的區(qū)域;下水平的垂直對應(yīng)區(qū)域應(yīng)預(yù)測為突出危險區(qū);
?、诟鶕?jù)上水平突出點頒布;地質(zhì)構(gòu)造情況;;突出點距離層最遠距離線情況，結(jié)合上水平地質(zhì)構(gòu)造分布，推測下水平或下采區(qū)的突出危險性(圖2-4-1);
③未劃定的其他區(qū)域為突出威脅區(qū)。
(3)綜合指標。綜合指標，是指將多項單項指標綜合考慮，經(jīng)理論分析、實驗室實驗和實踐證明建立起來的數(shù)學(xué)表達式。
如綜合指標D，是考慮煤層埋藏深度、煤堅固程度、瓦斯壓力建立起來的數(shù)學(xué)模型;綜合指標K是考慮瓦斯含量、煤的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)建立起來的數(shù)學(xué)模型。
D=(0.0075H/f-3)(P-0.74)
K=△p/f
式中 D——煤層突出危險性綜合指標;
K——煤的突出危險性綜合指標;
H——開采深度m;
P——煤層瓦斯壓力，取兩鉆孔瓦斯壓力最大值Mpa;
△p——軟分層煤的瓦斯放散初速度指標;
f——軟分層的煤的堅固性系數(shù)。
D、K臨界值，原則上應(yīng)根據(jù)本礦區(qū)實測和其他因素綜合確定，無實測資料，可參照表2-4-6所列的臨界值確定區(qū)域突出的危險性。
表2-4-6 綜合指標預(yù)測煤層區(qū)域突出危險性的臨界指標
| 煤層突出危險性綜合指標 | 突出危險性 | ||
| D | K | ||
| 無煙煤 | 其他煤種 | ||
| ≥0.25 | ≥20 | ≥15 | 突出危險 |
| ＜0.25 | ＜20 | ＜15 | 無突出危險 |
注：①如果D=(0.0075H/f－3)(P－0.74)式中，兩括號內(nèi)計算都為負值時，不論D值大小，都為突出威脅區(qū)。
②地質(zhì)勘探和新建井進行突出預(yù)測時，突出威脅區(qū)視為無突出危險煤層。
采用綜合指標法對煤層進行區(qū)域預(yù)測時，應(yīng)符合下列要求：
①在巖石工作面向突出煤層至少打兩個測壓孔，測定瓦斯壓力（P），取其最大值；
②在打測壓孔過程中，每米煤鉆孔采取一個煤樣，測定煤的堅固性系數(shù)（f），將兩個測壓孔所測得的堅固性系數(shù)量最小值加以平均，作為該煤層平均堅固性系數(shù)；
③將堅固性系數(shù)最小的兩個煤樣混合后，測定煤的瓦斯放散速度指標（△p）；
④測定后，填寫綜合指標法預(yù)測區(qū)域突出危險性報告表，見表2-4-7。
表2-4-7 綜合指標預(yù)測區(qū)域突出危險性報告表
| 局 礦 井 | |||||||||||
| 煤層 | 水平 | 石門 | 距地表垂深/m | ||||||||
| 煤層瓦斯壓力測定 | |||||||||||
| 鉆孔編號 | 鉆孔直徑/mm | 孔長/m | 鉆孔傾角 | 瓦斯壓力隨時間變化曲線 | |||||||
| 巖孔 | 煤孔 | 合計 | |||||||||
| 封孔長度/m | 封孔日期 (年、月、日) |
安設(shè)瓦斯壓力表日期(年、月、日) | 最大瓦斯壓力/MPa | ||||||||
| 煤的堅固性系數(shù) | 煤的瓦斯散放初速度指標△p | ||||||||||
| 煤層突出危險性綜合指標D | |||||||||||
| 煤層突出危險性綜合指標K | |||||||||||
| 突出危險性預(yù)測評價 | |||||||||||
| 預(yù)測人 | 通風科長 | ||||||||||
| 地測科長 | 礦總工程師 | ||||||||||
?、鹊刭|(zhì)構(gòu)造指標法。煤與瓦斯突出與地質(zhì)構(gòu)造有明顯關(guān)系，這實踐證明的。但是，由于煤與瓦斯突出機理比較復(fù)雜，各地區(qū)、礦區(qū)、礦地質(zhì)構(gòu)造又有很大不同性，做出準確的宣判斷很困難。
我國研究煤與瓦斯突出的校所，摸索出一整套方法，通過地質(zhì)構(gòu)造進行預(yù)測，雖然不能做出準確預(yù)測，但在作為定性判斷，還是很有參考價值的。
①傾角標準差：
用煤層傾角變化，反映局部褶曲發(fā)育情況。α越大越危險。
式中 α——傾角標準差;
Xi——每一測量點的傾角;
——統(tǒng)計地區(qū)平均傾角;
n——測量點數(shù)。
?、谧冃蜗禂?shù)：
用煤層相對變形大小，判斷突出可能性。越大越危險。
式中 KB——變形系數(shù);
L′——剖面中煤層頂(底)板上兩點實際變形長度;
L——兩點的水平變形長度。
③小斷層密度：
用單位面積或長度內(nèi)的小斷層個數(shù)，判斷突出危險性。越大越危險。
?、苊汉?a href=http://www.treasurewfy.com/fgbz/mabz/ target=_blank class=infotextkey>標準差：
用煤的厚度變化，判斷突出危險性。越大越危險。
式中 Hm——煤厚標準差;
Hmi——某一測點煤厚;
——統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)平均煤厚;
n——觀測點數(shù)。
?、菝汉褡儺愊禂?shù)：
用煤厚變化幅度，判斷突出危險性。
?、廾簩尤喟櫹禂?shù)：
用煤層被揉皺情況，判斷突出危險性。
式中 K10——揉皺系數(shù);
h2——二類結(jié)構(gòu)煤厚度;
h3-4——三、四類結(jié)構(gòu)煤厚度和;
M——煤層總厚度。
2)工作面突出危險性預(yù)測
工作面突出危險性預(yù)測，也稱局部預(yù)測。它主要是對石門揭煤、煤掘工作面和采煤工作面的危險性進行預(yù)測。
局部預(yù)測指標主要有：鉆孔鉆屑量(S)、瓦斯解吸指標(△h2或K1)、鉆孔瓦斯涌出初速度(q)、R值及鉆屑溫度、煤體溫度、煤層瓦斯涌出量等。最常用的指標有：S、△h2或K1、q、R。
下面分別介紹石門揭煤工作面、煤巷掘進工作面和采煤工作面的突出危險性預(yù)測方法。
?、攀T揭煤工作面突出危險性預(yù)測。石門揭煤工作面可采用綜合指標法、鉆屑瓦斯解吸指標法或經(jīng)過實驗證實有效的其他方法預(yù)測突出危險性。
①綜合指標法。見區(qū)域突出危險性預(yù)測方法。
?、阢@屑瓦斯解吸指標法。鉆孔瓦斯解吸指標是反應(yīng)瓦斯壓力，瓦斯含量和煤層特征的一個指標。當煤層瓦斯壓務(wù)大，瓦斯含量高，煤層吸附瓦斯能力強時，更容易突出。但直接測定煤層這種瓦斯解吸能力又很困難。人們通過研究，采用試驗?zāi)M方法，間接進行測量，擔出了△h2或K1概念。
在石門工作面距煤層最小垂距為～10m，利用探明煤層賦存條件和瓦斯情況的鉆孔或至少打兩個直徑為50～75mm的預(yù)測鉆孔，在其鉆進煤層時，用1～3mm的篩子篩分鉆屑，測定其瓦斯解吸指標△h2或K1。
△h2：即在固定炭粒度(1～3mm)，固定煤炭重量(10g)，固定暴露時間(3min)和固定測量時間(2min)情況下，測定瓦斯解吸量。但直接測量解吸量很困難，而測量產(chǎn)生的瓦斯壓力更容易，于是就產(chǎn)生了△h2。
K1：是煤樣從煤體脫落暴露后，第1分鐘內(nèi)，每克煤的累積瓦斯解吸量。它的理論依據(jù)是：
式中 Q——煤樣解吸測定開始后，t分鐘時，解吸每克煤樣累積瓦斯解吸量;
W1——解吸測定開始前，煤樣在暴露時間內(nèi)損失的瓦斯解吸量，mL/g;
t1——取樣到啟動儀時間，min;
t2——解吸測定時間，min;
t3——煤樣從煤體脫落到鉆孔口時間(一般取0.1L。L為鉆孔長度，m)。
由于式中有兩個未知數(shù)，K1和W1，需要用作圖法或試算法獲得。
鉆屑瓦斯解吸指標的突出臨界值，應(yīng)根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定;如無實測出數(shù)據(jù)可參照《細則》規(guī)定：兩項指標滿足表2-4-8規(guī)定值，為突出危險工作面。
采用鉆屑指標法預(yù)測石門揭煤工作面突出危險性時，應(yīng)按照表2-4-9填寫記錄。
(2)煤巷掘進工作面突出危險性預(yù)測。在突出區(qū)域中的煤巷掘進工作面，可采用以下方法之一預(yù)測其突出危險生;鉆孔瓦斯涌出初衷速度法、值指標法、鉆屑指標法和其他經(jīng)實驗實有效的方法(如鉆屑溫度、煤體溫度、爆破后的瓦斯涌出量等)。
表2-4-8 鉆屑指標法預(yù)測石門工作面突出危險的臨界值
| 指標 | 干煤 | 濕煤 |
| △h2/Pa | ≥200 | ≥160 |
| K1/mL·g-1·min-1/2 | ≥0.5 | ≥0.4 |
表2-4-9 石門揭煤工作面突出危險性預(yù)測記錄表
| 石門 | 煤層 | 測定日期 | 年 月 日 | |||||||
| 鉆孔編號 | 鉆孔深度/m | 鉆屑瓦斯解吸指標 | ||||||||
| K1/mL·g-1·min-1/2 | △h2/Pa | 備注 | ||||||||
| 突出危險結(jié)論 | ||||||||||
| 總工程師批示 | ||||||||||
| 通風科（區(qū)）長 | 地測科長 | 預(yù)測人員 | ||||||||
?、巽@孔瓦斯涌出初速度法。鉆孔瓦斯涌出初速度是測定鉆孔自然涌出瓦斯多少的一個指標。它相當于間接地表明了瓦斯含量、瓦斯壓力及解吸能力等情況。它的定義是鉆孔打完后，立即封鉆孔，在2min內(nèi)，測得的自然涌出瓦斯流量(L/min)
采用鉆孔瓦斯涌出初速度預(yù)測煤巷掘進工作各打一個平行于巷道掘進方向，直徑42mm、深度為0.5m;
鉆孔瓦斯涌出初速度的測定，必須在打完鉆孔2min內(nèi)完成，測定數(shù)據(jù)按表2-4-10填寫;
鉆孔瓦斯涌出初速度的臨界值qm與煤的揮發(fā)分有前，應(yīng)根據(jù)實測資料分析確定;如無實測資料，可參照表2-4-11中的臨界值qm。當時測的q值等于或大于qm時，煤巷掘進工作面有突出危險;否則，預(yù)測為無突出危險工作面。
②R值指標法。R值是綜合預(yù)測指標。它是反應(yīng)地應(yīng)力、煤質(zhì)特征、瓦斯賦存善的指標。
采用R值指標預(yù)測煤巷掘進工作面突出危險性時，應(yīng)按下列步驟進行：
在煤掘工作面打2個(傾角和急傾斜煤層)或3個(緩傾斜煤層)直徑為42mm、孔深5.5～6.5m鉆孔。鉆孔應(yīng)布置在軟分層中。1個鉆孔打在工作面中部并平行掘進方向，另1個鉆孔的終孔點位于巷道輪廓線外2-4m處，如圖2-4-3所示。
表2-4-10 鉆孔瓦斯涌出初速度（qm）法預(yù)測資料記錄表
| 測定日期 | 工作面距主要巷道位置/m | 觀測鉆孔編號 | 瓦斯涌出初速度qm/min-1 | 預(yù)測結(jié)論 | 測定人員 | 防突專門機構(gòu)負責人 | ||
| 年 | 月 | 日 | ||||||
表2-4-11 鉆孔瓦斯涌出初速度臨界值
| 煤的揮發(fā)分/% | 3～15 | 15～20 | 20～30 | ＞30 | |
| 鉆孔瓦斯涌出初速度qm/min-1 | 5.0 | 4.5 | 4.0 | 4.5 |
鉆孔每打1m，測得一次鉆屑量和鉆孔瓦斯涌出初速度，測量室的長充取0.5m。
取每個鉆孔最大Smax和qmax，按下列公式算出Rmax：
R=(Smax-1.8)×(qmax-4)
式中 R——綜合指標;
Smax——測量鉆孔單位長度(m)最大鉆屑量(L/m);
qmax——測量鉆孔單位長度(m)最大瓦斯涌出初速度(L/m·min)。
判斷突出危險性的臨界指標Rm應(yīng)根據(jù)實測資料確定，如無實測資料，可取Rm=6，當任何一個鉆孔的R≥6時，工作面為突出危險工作面;當R≤6時為無突出危險工作面;當R為負值時，應(yīng)用正值項單項指標。
采用R值指標法預(yù)測為無突出危險時，每預(yù)測循環(huán)應(yīng)留有2m的預(yù)測超前距。
?、坫@屑量指標法。鉆孔鉆屑量指標(S)是反應(yīng)地應(yīng)力大小、煤的結(jié)構(gòu)特征的指標。地應(yīng)力大、煤質(zhì)松軟、鉆屑量就大。
一般正常鉆孔鉆屑量：
式中 S0——鉆孔正常鉆屑量，kg/m或L/m;
π——3.1416;
R——鉆空直徑，m;
d0——煤的密度，取1400kg/m3;
1.3——鉆頭在鉆孔中超切削系數(shù)。
當鉆頭為42mm時，正常鉆屑量為1.8L/m或2.4kg/m。
當鉆孔每米鉆屑量大于或等于3倍正常鉆屑量，即Smax≥3S0時(5.4L/m或6kg/m)，認為有突出危險。
采用鉆屑量指標法預(yù)測煤掘工作面突出危險性時，應(yīng)按下列步驟進行：
在煤掘工作面打2個(傾斜和急傾斜煤層)或3個(緩傾斜煤層)直徑為42mm、孔深8～10m的鉆孔。鉆孔應(yīng)布置在軟分層中，1個鉆孔打在工作中部并平行掘進方向，另1個鉆孔的終孔點位于巷道輪廓線外2～4m處。
鉆孔每打1m測定一次鉆屑量，每隔2m測定一次鉆屑解吸指標。根據(jù)每個鉆孔沿孔長每米最大鉆屑量Smax和鉆屑解吸指標K1或△h2預(yù)測工作面突出危險性。Smax、K1或△h2的突出危險臨界值，應(yīng)根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定，如無實測資料可參照2-4-12的數(shù)據(jù)判斷工作面的突出危險性。
表2-4-12 鉆屑量突出危險性臨界值
| 危險性 | △h2 | 最大鉆屑量 | K1 | |
| Pa | ㎏·m-1 | L·m-1 | mL·-1·min-1/2 | |
| 有突出危險 | ≥200 | ≥6 | ≥4 | ≥0.5 |
| 無突出危險 | ＜200 | ＜6 | ＜4 | ＜0.5 |
預(yù)測得到的任一指標Smax、K1或△h2值等于或大于臨界值時，該工作面預(yù)測為突出危險工作面。
采用鉆屑量指標法預(yù)測突出危險性，當預(yù)測為無突然危險時，每預(yù)測循環(huán)應(yīng)留有2m的預(yù)測超前距。
?、芷渌笜朔āＨ绫坪笸咚褂砍隽?、煤鉆屑溫度、煤體溫度等指標，可從實踐摸索中獲得。如德國曾使用爆破后瓦斯涌出量指標，他們認為爆破后30min內(nèi)，落地煤解吸出的瓦斯以噸煤計算量，當瓦斯含量大于40%～60%時，認為有突出威脅性，而大于60%時，認為有突出危險性。
?、遣擅汗ぷ髅嫱怀鑫ｋU性預(yù)測。采煤工作面突出危險性預(yù)測按下列步驟進行：
?、傺夭擅汗ぷ髅婷扛?0～15m布置一個預(yù)測鉆孔，鉆孔濃度根據(jù)工作面的條件而定，但不得小于3.5m;
②可采用煤巷掘進工作面突出危險性預(yù)測的方法，如鉆孔瓦斯涌出初速度法、R值指標法、鉆屑指標法等;
③當預(yù)測為無突出危險工作面時，每預(yù)測循環(huán)應(yīng)留有2m超前距。
