新版郑州矿区三软煤层突出敏感指标研究

1 前言
• 1.2 研究的目的意义
• 针对掘进工作面突出危险性预测存在的问题，郑煤集 团公司委托河南理工大学进行“突出煤层煤巷掘进突 出敏感指标及其临界值研究”，并将其列入国家“十 五”科技攻关项目“豫西‘三软’不稳定突出煤层防 突示范技术研究”的组成部分，通过综合研究确定郑 州矿区二1煤层的突出敏感指标及其临界值，并研制和 配套预测仪表，制订预测方法操作规范，使掘进工作 面的突出危险性预测实现预测指标敏感、临界值可靠、 预测仪表配套、预测方法及管理规范，提高突出危险 带预测准确率，减少防突费用，保证突出煤层掘进工 作面的安全生产。
定； • （7）预测仪表的开发研制和操作规范； • （8）煤巷突出危险性预测方法及管理规范。
2 煤与瓦斯突出区域性规律
➢ （放1散）初二速1煤度层及瓦甲斯烷含的量自、然吸组附分常等数随、采瓦深斯的压加力大、有瓦明斯显 增大的趋势，瓦斯垂直分带性明显；煤层的坚固性系 数却有随采深的加大而出现减小的趋势。
27.6% 8<q
大平煤矿S值区间分布
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0.5%
0% 0≤S≤2
64.6% 2<S≤3
33.9%
3<S≤4
0.5% 4<S≤5
0.5% 5<S
大平煤矿R值区间分布概率
50%
43%
40%
30%
20%
10%
5%
14%
17%
7%
Байду номын сангаас
0% R<0 0≤Rq≤3 3<R≤4 4<R≤5 5<R≤6
工作面名称
R值超标次数
q值超标次数
22081排放巷
4
4
22121上副巷
19
11
22081上副巷
22
22
23轨道下山
4
4
23皮带下山
8
8
22121内迁巷
1
1
22121下迁巷
5
5
81下副巷水仓
3
3
二水平水仓
6
6
21091下副巷西段
3
3
23回风下山
2
2
21091下车场
8
8
21091西高抽巷
2
2
22081疏水巷
3 矿井原预测资料的统计分析
➢ 3.4 超化矿
超化煤矿q值区间分布概率
50% 47.5%
40%
30%
20%
12.3%
10%
8.8%
7.7%
6.0%
0% 0≤q<5 5≤q<6 6≤q<7 7≤q<8 8≤q<9
17.6% 9≤q
超化煤矿S值区间分布
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0.1%
4 WY-Ⅰ型瓦斯q值测定仪的研制
➢4.2 WY-Ⅰ型瓦斯q值测定仪技术性能
• ①流量测量范围0.5～30L/min； • ②精度等级2.5%； • ③仪表重量0.97Kg； • ④外形尺寸长×宽×高=155×100×125mm。
4 WY-Ⅰ型瓦斯q值测定仪的研制
压力 （KPa）
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0
国家“十五”科技攻关项目 专题编号2005BA813B07-07
郑州矿区突出敏感指标研究
汇报内容
一、主要研究内容 二、进展情况 三、阶段成果 四、存在问题 五、下一步计划
1 前言
• 1.1 立项背景 • （1）郑州矿区位于河南省中部，主要开发新密煤田和
登封煤田，郑煤集团公司现有7对主要生产矿井，主采 豫西三软不稳定煤层——二1煤层。二1煤层为半亮型 煤，由于受滑动构造的影响，常呈粉末状、鳞片状、 糜棱状，煤层流变现象非常明显，机械强度极低，手 捻即碎成粉末，原生结构不复存在。在地质赋存方面， 二1煤层呈厚薄相见的复煤包体，厚度变化很大，具有 突然增厚、变薄以至尖灭、挤灭现象。二1煤层坚固性 系数极低，瓦斯放散速度快，瓦斯吸附能力强，为典 型的煤与瓦斯突出煤体。
35% 30.6%
30%
25%
22.6%
22.4%
20%
19.5%
15%
10%
5%
0%
0.8% 0≤q<1
1≤q<2
2≤q<3
3≤q<4
4≤q<5
0.9% 5≤q<6
0.4% 6≤q<7
0.4% 7≤q<8
2.4% 8≤q
告成煤矿S值区间分布 79.7%
80%
60%
40%
20% 0.0%
0% 0≤S≤2
1 前言
• 1.1 立项背景
• （2）自1989年11月1日郑煤集团公司大平煤矿11111工 作面开切眼掘进发生突出以来，截止2005年底，在郑 煤集团公司大平煤矿、告成煤矿和超化煤矿共发生各 类瓦斯异常涌出和瓦斯动力现象36次，其中大平煤矿 16次，告成煤矿17次，超化煤矿3次。从突出发生的地 点看，岩巷揭穿断层和石门揭煤突出3次，煤巷突出13 次，上山（开切眼）突出20次。特别是大平煤矿21岩 石下山掘进工作面于2004年10月20日22时09分发生的 特大型煤与瓦斯突出事故，突出煤岩量为1894t，瓦斯 量约25万m3，造成巨大的经济损失和人员伤亡。
1 前言
• 1.1 立项背景
• （3）突出危险性预测存在一定问题： • ①各矿临界值不一致，相差很大。如告成煤矿R值临界值为4.5、q值临
界值为5L/m.min，大平煤矿R值临界值为5.3、q值临界值为8L/m.min， 超化煤矿R值临界值为6、q值临界值为9L/m.min。 • ②采用的玻璃浮子流量计不适合测定q值，测试结果误差大。玻璃浮子 流量计用于测定q值，存在两大缺点，一是仪表标校刻度为空气流量， 不是甲烷流量，测定甲烷流量必须进行换算，目前郑煤集团各矿测定的 q值均没有进行换算；二是钻孔内瓦斯压力较低，用浮子流量计测定q值 时，浮子跳动剧烈，难以稳定，读数困难。 • ③玻璃浮子流量计使用方法不一致，读数差距大。浮子流量计测定q值 时，转子跳动剧烈，各矿对此的读数方法不一样，如大平煤矿、超化煤 矿取浮子跳至最高处的读数作为预测结果，告成煤矿则利用浮子流量计 底部的调节阀，减小转子流量计进气口的面积，增大孔内瓦斯压力，使 转子降至稳定再读数，两种读数方法数值相差很大。 • ④个别矿井预测指标选用不当，对防突指导作用有限。如告成煤矿采用 的R值指标法，R＜0的预测次数占70%以上，造成利用R值无法判定工 作面的突出危险性。
14% 6<R
3 矿井原预测资料的统计分析
➢ 3.2 大平矿
大平煤矿R值超标时q值与S值超标次数统计表
工作面名称 11集中轨道巷 11集中皮带巷 14003 13051进风巷 13051下巷 13051上巷 11专用回风巷 13091运料巷 13091上巷 11310回联巷 13煤柱面 11310上回联巷 13运料联巷 合计
✓ ③根据超化矿资料，q值对动力现象的敏感性高于R值。
4 WY-Ⅰ型瓦斯q值测定仪的研制
➢4.1 WY-Ⅰ型瓦斯q值测定仪工作原理
• WY-Ⅰ型瓦斯q值测定仪为差压式瞬间流量计，
用于测定煤层钻孔瓦斯涌出初速度，预测采掘 工作面的突出危险性，按流量计原理工作。
• 瓦斯由进气管嘴经过连接尼龙胶管进入到流量 调节阀后，一路通流量调节阀喷孔，另一路经 过连接尼龙胶管进入到膜盒压力表中。由于流 量调节阀喷嘴的节流作用，密封室内瓦斯压力 升高，推动膜盒压力表指针摆动，从而测得煤 层钻孔瓦斯涌出初速度。
13.09
3.51
15.35
3.92
17.02
4.16
18.36
4.42
19.62
4.72
20.73
4.89
22.12
5.25
23.30
5.43
23.94
5.61
24.80
5.82
26.27
6.01
27.26
6.26
28.20
6.40
28.66
6.68
29.88
6.77
30.76
7.22
32.07
4#喷嘴 7.61 12.37 16.31 18.92 21.71 24.34 26.29 28.64 29.89 32.32 33.63 35.10 36.82 38.07 39.41 40.87
1#喷嘴 0.15 0.28 0.38 0.48 0.58 0.65 0.74 0.81 0.86 0.96 1.01 1.06 1.11 1.16 1.22 1.26 1.32 1.36 1.41 1.48
流量（L/min）
2#喷嘴
3#喷嘴
1.05
5.10
1.74
8.69
2.59
11.43
3.21
4
4
合计
91
83
S值超标次数 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3 矿井原预测资料的统计分析
➢3.4 超化矿
超化煤矿q值分布区间内发生动力现象的概率
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
8.3%
0% 0≤q<5
5.6% 5≤q<6
8.3% 6≤q<7
2.8% 7≤q<8
0% 0≤S<2