《瓦斯地質(zhì)講座》PPT課件

1、瓦斯地質(zhì)講座,張子戌,2000-2002年我國煤礦災(zāi)害事故死亡人數(shù),1 瓦斯地質(zhì)學(xué)科的發(fā)展歷史,瓦斯地質(zhì)是應(yīng)用地質(zhì)學(xué)理論和方法，研究煤層瓦斯的賦存、運移和分布規(guī)律，礦井瓦斯涌出和煤與瓦斯突出的地質(zhì)條件及其預(yù)測方法，直接應(yīng)用于資源、環(huán)境和煤礦安全生產(chǎn)的一門新的邊緣學(xué)科。 60年代初 撫順煤研所對峰峰礦區(qū)的瓦斯賦存規(guī)律進行了研究。 1965年 楊力生教授對焦作礦務(wù)局焦西礦進行了調(diào)研。 19721978年 焦作礦業(yè)學(xué)院及國內(nèi)不少單位開展了瓦斯突出地質(zhì)條件的研究工作。 1978年底 焦作礦業(yè)學(xué)院和焦作礦務(wù)局在焦作聯(lián)合召開了我國煤炭史上第一次“瓦斯地質(zhì)學(xué)術(shù)座談會”，首次提出了瓦斯地質(zhì)這一名稱，肯定了瓦斯

2、地質(zhì)研究的理論意義和實踐意義,1982年6月 煤炭部在四川天池召開的全國第三次煤與瓦斯突出機理和預(yù)測預(yù)報工作會議上，焦作礦院的瓦斯地質(zhì)研究成果受到很高的評價。 1983年8月 受煤炭部委托，焦作礦院在秦皇島舉辦了全國第一期瓦斯地質(zhì)工作方法學(xué)習(xí)班。同年，楊力生教授開始主持全國煤礦瓦斯地質(zhì)編圖項目。 1983年12月 煤炭部頒發(fā)了“關(guān)于加強瓦斯地質(zhì)工作的通知”。隨后，煤炭部在1986年頒布的煤礦安全規(guī)程中加入了瓦斯地質(zhì)的工作內(nèi)容。 1985年8月 中國煤炭學(xué)會成立了瓦斯地質(zhì)專業(yè)委員會，掛靠在焦作礦業(yè)學(xué)院，并創(chuàng)辦了瓦斯地質(zhì)期刊。有關(guān)院校開始開設(shè)瓦斯地質(zhì)課，并開始招收瓦斯地質(zhì)研究生。至此，瓦斯地質(zhì)已逐

3、步發(fā)展為一門新的邊緣學(xué)科,從七十年代開始，焦作工學(xué)院長期致力于瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用技術(shù)研究，在瓦斯地質(zhì)研究領(lǐng)域處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，推動了瓦斯地質(zhì)學(xué)科的創(chuàng)立和發(fā)展。 出版了我國第一部瓦斯地質(zhì)學(xué)術(shù)專著瓦斯地質(zhì)概論 在國內(nèi)率先招收培養(yǎng)了瓦斯地質(zhì)碩士研究生 出版了我國第一幅中國煤層瓦斯地質(zhì)圖 “瓦斯地質(zhì)新學(xué)科與課程建設(shè)“獲優(yōu)秀教學(xué)成果國家級二等獎 承擔(dān)了國家“七五”、“八五”、“九五”、“十五”科技攻關(guān)項目，國家自然科學(xué)基金項目等數(shù)十項瓦斯地質(zhì)研究課題,2 瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ),2.1 礦井瓦斯 礦井瓦斯是指從煤層及煤層圍巖中涌出的，以及在煤礦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種氣體的統(tǒng)稱。 礦井瓦斯成分很復(fù)雜，其主要成

4、分是甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(CO2)和氮氣(N2)，還含有少量或微量的重?zé)N類氣體、氫（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO2)、硫化氫(H2S)等。 2.2 瓦斯的成因 煤層瓦斯是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，是在成煤過程中形成的,泥炭化階段 泥炭化階段早期，植物遺體暴露在空氣中或處于沼澤淺部富氧的條件下，遭受氧化和分解，可生成二氧化碳(CO2)、一氧化氮(NO)等氣態(tài)產(chǎn)物。 這一階段的晚期，由于地殼下降、沼澤水面上升和植物遺體堆積厚度的增加，使正在分解的植物遺體逐漸與空氣隔絕，從而出現(xiàn)弱氧環(huán)境或還原環(huán)境。在缺氧條件下，細菌作用可分解出甲烷、重碳氫化合物、氫及其它氣體。 泥炭化階段所生成的瓦斯，

5、由于接近地表，大部分已擴散到空氣中，保存在泥炭中的很少,煤化作用階段 在溫度、壓力和作用持續(xù)時間的影響下，泥炭物質(zhì)產(chǎn)生熱分解，引起一系列的物理化學(xué)變化，使泥炭轉(zhuǎn)變?yōu)楹置海M一步可轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o煙煤。在這一過程中可生成大量的以甲烷為主的氣態(tài)產(chǎn)物。 形成一噸煤的產(chǎn)氣量,2.3 瓦斯在煤體中的賦存狀態(tài) 吸附狀態(tài)（80%-90%） 吸著瓦斯：附著在煤體孔隙表面的瓦斯 吸收瓦斯：進入煤體內(nèi)部的瓦斯 游離狀態(tài)（10%-20,2.4 煤層瓦斯的帶狀分布 自上而下可劃分為四個帶： 二氧化碳氮氣帶 氮氣帶 瓦斯風(fēng)化帶 氮氣甲烷帶 甲烷帶,按瓦斯成分劃分瓦斯帶的標(biāo)準(zhǔn),確定瓦斯風(fēng)化帶下界的其它指標(biāo): 煤層中所含瓦斯

6、的CH4成分達80%； 煤層瓦斯壓力為0.10.15MPa； 在同樣自然條件下（水分和溫度等），與煤層瓦斯壓力0.10.15MPa 相當(dāng)?shù)耐咚购浚?礦井相對瓦斯涌出量為2m3/t。 2. 5 礦井瓦斯涌出量 礦井瓦斯涌出量是指在礦井生產(chǎn)過程中涌入采掘空間的瓦斯數(shù)量。 (1) 絕對瓦斯涌出量：礦井在單位時間內(nèi)涌出的瓦斯體積，單位是m3/min 或m3/d,2) 相對瓦斯涌出量：是指在礦井正常生產(chǎn)條件下平均每采一噸煤所涌出 的瓦斯體積，單位是m3/t。 2.6 礦井瓦斯等級 根據(jù)礦井相對瓦斯涌出量、礦井絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分為三類： (1) 低瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10

7、m3/t且礦井絕對瓦斯 涌出量小于或等于40m3/min。 (2) 高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量 大于40m3/min。 (3) 煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井,2.7 煤與瓦斯突出 煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦井下的一種復(fù)雜的瓦斯動力現(xiàn)象，表現(xiàn)為在很短時間（幾秒至數(shù)十秒）內(nèi)，大量的煤（幾噸至數(shù)千噸）和瓦斯（數(shù)百至數(shù)百萬米）由煤體向采掘巷道噴出，伴隨著強大的沖擊力，破壞煤壁，摧毀巷道，使風(fēng)流逆轉(zhuǎn)，煤流埋人，甚至造成嚴重的爆炸事故。煤與瓦斯突出是煤礦井下嚴重的自然災(zāi)害之一。 1) 煤與瓦斯突出分類 (1) 按突出特征分類：突出、壓出和傾出 (2) 按突出強度

8、分類 突出強度是指突出發(fā)生過程中拋出的煤量和涌出的瓦斯量。但由于突出時瓦斯涌出量的計量工作尚存在一些技術(shù)問題，目前按突出強度分類主要依據(jù)拋出的煤量。按突出強度一般分為五類,小型突出（50t）; 中型突出（50，100t）; 次大型突出（100，500t）; 大型突出（500，1000t）; 特大型突出（1000t）。 (3)按突出發(fā)生地點分類 石門突出、平巷突出、上山突出、下山突出、回采工作面突出 2)煤與瓦斯突出區(qū)劃 按突出的分布范圍：突出區(qū)、突出帶、突出點 按突出的嚴重程度：突出危險區(qū)、突出威脅區(qū)、非突出區(qū),瓦斯是地質(zhì)作用的產(chǎn)物，瓦斯的形成和保存、運移與富集同地質(zhì)條件有密切關(guān)系，瓦斯的賦存

9、和分布受地質(zhì)條件的影響和制約。 3.1 煤的變質(zhì)程度 在煤化作用過程中，不斷地產(chǎn)生瓦斯，煤化程度越高，生成的瓦斯量越多。因此，在其它因素相同的條件下，煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量越大。 煤的變質(zhì)程度不僅影響瓦斯的生成量，還在很大程度上決定著煤對瓦斯的吸附能力,3 影響瓦斯賦存的地質(zhì)條件,3.2 煤層圍巖的透氣性 煤層圍巖是指煤層直接頂、老頂和直接底板等在內(nèi)的一定厚度范圍的層段。煤層圍巖對瓦斯賦存的影響，決定于它的隔氣、透氣性能。 一般來說，當(dāng)煤層頂板巖性為致密完整的巖石，如頁巖、油母頁巖時，煤層中的瓦斯容易被保存下來；頂板為多孔隙或脆性裂隙發(fā)育的巖石，如礫巖、砂巖時，瓦斯容易逸散。 煤層圍巖

10、的透氣性不僅與巖性特征有關(guān)，還與一定范圍內(nèi)的巖性組合及變形特點有關(guān)。不同力學(xué)性質(zhì)的巖層具有不同的構(gòu)造表象。下圖是煤層頂板的幾種變形類型,幾種不同的頂板變形,在不同類型的巖層中，裂隙發(fā)育情況也有差異，對瓦斯賦存條件產(chǎn)生不同的影響。硬巖層產(chǎn)生大致垂直于層面的破劈理；軟巖層則產(chǎn)生密集的、與層面斜交或大致平行的流劈理；在相鄰軟、硬巖層中裂隙出現(xiàn)折射現(xiàn)象（圖,不同巖性的巖層中節(jié)理的特點,3.3 地質(zhì)構(gòu)造 1) 褶皺構(gòu)造 向斜盆地構(gòu)造的礦區(qū)，頂板封閉條件良好時，瓦斯沿垂直地層方向運移是比較困難的，大部分瓦斯僅能沿兩翼流向地表。 封閉的背斜有利于瓦斯的儲存，是良好的儲氣構(gòu)造，或者稱圈閉構(gòu)造。 2) 斷裂構(gòu)造

11、 有的斷層有利于瓦斯排放，也有的斷層對瓦斯排放起阻擋作用，成為逸散的屏障。前者稱開放型斷層，后者稱封閉型斷層。斷層的開放與封閉性決定于下列條件： a. 斷層的性質(zhì)和力學(xué)性質(zhì)。 b. 斷層與地表或與沖積層的連通情況,c. 斷層將煤層斷開后，煤層與斷層另一盤接觸的巖層性質(zhì)。 d. 斷層帶的特征,焦作礦區(qū)大煤瓦斯地質(zhì)圖,3.4 煤層的埋藏深度 在瓦斯風(fēng)化帶以下，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力和瓦斯涌出量都與深度的增加有一定的比例關(guān)系。 一般情況下，煤層中的瓦斯壓力隨著埋藏深度的增加而增大。隨著瓦斯壓力的增加，煤與巖石中游離瓦斯量所占的比例增大，同時煤中的吸附瓦斯逐漸趨于飽和。因此從理論上分析，在一定深度范圍

12、內(nèi)，煤層瓦斯含量亦隨埋藏深度的增大而增加。但是如果埋藏深度繼續(xù)增大，瓦斯含量增加的速度將要減慢。下表是前蘇聯(lián)學(xué)者黎金作的一個計算實例,煤層甲烷含量與深度的關(guān)系,據(jù)黎金，1962,個別礦井的煤層，隨著埋藏深度的增大，瓦斯涌出量反而相對減小。例如徐州礦務(wù)局大黃山礦位處較淺的有限煤盆地，煤層傾角大，在新老不整合面上有厚層低透氣性蓋層。當(dāng)從盆地四周由淺部向深部開采時，瓦斯涌出量隨著開采深度增加而減小,3.5 煤田的暴露程度 暴露式煤田，煤系地層出露于地表，煤層瓦斯往往沿煤層露頭排放，瓦斯含量大為減少。隱伏式煤田，如果蓋層厚度較大，透氣性又差，煤層瓦斯常積聚儲存；反之，若覆蓋層透氣性好，容易使煤層中的瓦

13、斯緩慢逸散，煤層瓦斯含量一般不大。 在評價一個煤田的暴露情況時，不僅要注意煤田當(dāng)前的暴露程度，還要考慮到成煤后整個地質(zhì)時期內(nèi)煤系地層的暴露情況及瓦斯風(fēng)化過程的延續(xù)時間,紅陽三井地質(zhì)剖面圖,例如，紅陽煤田三井開采石炭二疊系煤層，煤層露頭上部有巨厚的侏羅系及第三、第四系沉積地層覆蓋，13號煤層隱伏露頭的埋藏深度達7001100m。自778孔向西至隱伏露頭，煤層瓦斯含量均在2m3/t以下，而向東至856孔，煤層瓦斯含量增大至15m3/t,3.6 水文地質(zhì)條件 地下水與瓦斯共存于煤層及圍巖之中,由于地下水的運移，一方面驅(qū)動著裂隙和孔隙中瓦斯的運移，另一方面又帶動溶解于水中的瓦斯一起流動。盡管瓦斯在水中

14、的溶解度僅為14%，但在地下水交換活躍的地區(qū)，水能從煤層中帶走大量的瓦斯，使煤層瓦斯含量明顯減少。因此，地下水的活動有利于瓦斯的逸散。 遍布湘中及湘東南地區(qū)的龍?zhí)睹合担合迪路貙訛槊┛诨規(guī)r，屬巖溶裂隙發(fā)育的強含水層。由于在形成過程中沉積環(huán)境的差異，明顯地分為“南型”和“北型”。 “北型”的茅口灰?guī)r與上部煤層間距010m，礦井涌水大于1000m3/h，形成一些水大瓦斯小的礦井；“南型”的茅口灰?guī)r與煤層的間距增大為300400m，礦井涌水量小于1003/h，各生產(chǎn)礦井均為高瓦斯和突出礦井,漣邵煤田瓦斯地質(zhì)圖,4 礦井瓦斯涌出量預(yù)測研究,4.1 現(xiàn)有的礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法 從國內(nèi)外研究現(xiàn)狀來看，

15、礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法可分為兩類：一類是建立在數(shù)理統(tǒng)計基礎(chǔ)上的礦山統(tǒng)計法，這種方法依據(jù)礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的統(tǒng)計規(guī)律，外推到預(yù)測的新區(qū)；另一類是以煤層瓦斯含量為基本預(yù)測參數(shù)的瓦斯含量法。 1）礦山統(tǒng)計法 （1）瓦斯梯度法,所謂瓦斯梯度，是指甲烷帶內(nèi)相對瓦斯涌出量平均每增加1m3/t時深度的增加量,式中 H1、H2瓦斯風(fēng)化帶以下兩次測定涌出量的深度，m，H2H1； q1、q2對應(yīng)于H1、H2的相對瓦斯涌出量，m3/t,利用求得的瓦斯梯度，可對深部的瓦斯涌出量進行預(yù)測,式中 q待求深度的相對瓦斯涌出量，m3/t； H對應(yīng)于q的深度，m,2） 一元回歸法 如果已采區(qū)域內(nèi)有比較多的瓦斯涌出量實

16、測數(shù)據(jù)，采用回歸分析方法建立瓦斯涌出量對深度的一元線性回歸方程，可得到更高的預(yù)測精度。 瓦斯涌出量實測數(shù)據(jù),統(tǒng)計檢驗,相關(guān)系數(shù),曲線回歸,令,則,q,H,2）瓦斯含量法 這種方法以煤層瓦斯含量為基本的預(yù)測參數(shù)，通過計算井下各涌出源的瓦斯涌出量 。得到礦井或某一預(yù)測范圍的瓦斯涌出量預(yù)測值。 （1）礦井瓦斯涌出來源 礦井瓦斯的涌出來源如圖所示，包括7個基本涌出源,a. 開采煤層瓦斯涌出 開采煤層瓦斯涌出量的大小主要受以下一些因素的影響： 煤層瓦斯含量 煤層瓦斯含量越大，涌出的瓦斯量越多。 煤的殘存瓦斯含量 煤中的瓦斯全部解吸需要較長的時間。煤炭運至地表后仍然含有部分瓦斯。運至地表后單位重量的煤中所

17、含的瓦斯量稱為煤的殘存瓦斯含量。殘存瓦斯含量的大小主要與煤的變質(zhì)程度有關(guān)。通常，煤的變質(zhì)程度越高，其殘存瓦斯含量越大，這是由于不同變質(zhì)程度的煤其孔隙結(jié)構(gòu)不同。 煤層厚度與采高的比值 相對瓦斯涌出量是根據(jù)絕對瓦斯涌出量和采出的煤量計算的。如果煤層厚度大，不能一次采全高，沒有采出的煤也會向采掘空間涌出瓦斯。所以，煤層厚度與采高的比值越大，相對瓦斯涌出量也越大,掘進巷道排放瓦斯的影響 工作面回采之前，已掘進的回風(fēng)巷和運輸巷會使工作面內(nèi)沿巷道方向形成一定寬度的瓦斯排放帶。瓦斯排放帶越寬，回采過程中涌出的瓦斯量將越小,工作面丟煤的影響 回采工作面的煤并不能全部開采出來，都用一定的回采率。丟失在工作面內(nèi)的

18、煤也會涌出瓦斯。而相對瓦斯涌出量是根據(jù)采出的煤量計算的，所以工作面丟煤越多，相對瓦斯涌出量越大,b. 圍巖的瓦斯涌出 煤層的圍巖中也含有一定數(shù)量的瓦斯，它們以游離狀態(tài)存在于圍巖的孔隙和裂隙之中。煤層開采過程中，圍巖中的瓦斯會很快從巖層中涌出。但由于圍巖的瓦斯含量目前還難以準(zhǔn)確測定，因而煤層圍巖的瓦斯涌出量通常采用比例系數(shù)來估算，一般按開采層涌出量的5%-25%估算煤層圍巖的瓦斯涌出量,2）前蘇聯(lián)提出的預(yù)測公式 開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量 qk,式中 k1圍巖瓦斯涌出系數(shù)。全部陷落法管理頂板，k1=1.25； 局部充填法，k1=1.20；全部充填法，k1=1.10； m0煤層厚度，m；

19、m煤層采高，m； k2掘進巷道瓦斯排放系數(shù)，k2=(L-2h)/L。前進式開采時， k2=(L+2h+2b)/(L+2b)。 L采煤工作面長度，m；h瓦斯排放帶寬度，無 煙煤及貧煤h=10m，瘦煤及焦煤h=14m，其它煤種h=18m,k3煤柱瓦斯涌出系數(shù)，k3=l/L； l煤柱沿傾斜方向的寬度，m；L同上； x0煤層瓦斯含量，m3/t； x1煤的殘存瓦斯含量，m3/t。不同變質(zhì)程度煤的殘存瓦斯含量見下表。 運到地表的煤中殘存瓦斯含量,表中的殘存瓦斯含量x，應(yīng)用時應(yīng)按下式換算為煤層原始瓦斯含量x1,4.2 對現(xiàn)有預(yù)測方法的討論 瓦斯含量法 經(jīng)過近一、二十年不斷的研究發(fā)展，目前已基本上達到實用化階

20、段。在實際應(yīng)用中還存在的問題是： （1）由于瓦斯含量法以煤層瓦斯含量作為預(yù)測的基礎(chǔ)依據(jù)，因而對煤層瓦斯含量測定值的可靠性和含量點的分布及密度有較高的要求。如果預(yù)測區(qū)內(nèi)只有很少或沒有的瓦斯含量測定點（這種情況在地方煤礦是比較普遍的），那么第一步的瓦斯含量預(yù)測就不可靠，由此而進行的瓦斯涌出量預(yù)測，其精度將難以保證。 （2）國內(nèi)外這類預(yù)測方法有近十種，由于各種方法所考慮的影響因素不同，或采用的物理模型不一樣，因而形成了不同的計算公式。對同一礦井采用不同的瓦斯含量法，其預(yù)測結(jié)果相差較大,礦山統(tǒng)計法 由于礦山統(tǒng)計法僅考慮瓦斯涌出量與開采深度一個因素之間的關(guān)系，故其適用范圍受到一定的限制。對于地質(zhì)條件簡單

21、的礦井，瓦斯涌出量的變化主要受開采深度的影響，預(yù)測結(jié)果可以滿足生產(chǎn)要求。而在很多生產(chǎn)礦井，由于礦井地質(zhì)條件的變化，瓦斯涌出量除了與開采深度有關(guān)以外，與其它地質(zhì)因素也存在較密切的關(guān)系。在這種情況下，只考慮開采深度的預(yù)測方法將難以達到生產(chǎn)要求的預(yù)測精度,4.3 瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型預(yù)測方法 礦山統(tǒng)計法不適用于地質(zhì)條件變化較大的生產(chǎn)礦井，因此，研究一種能綜合考慮多因素影響的預(yù)測方法有著更廣泛的適用性。瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法就是從這一思想出發(fā)提出的一種新的礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法。 1）基本原理 瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法的基本原理是：通過瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究，分析瓦斯涌出量的變化規(guī)律，篩選影響瓦斯涌出量變化的主要地質(zhì)因素

22、；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井已采地區(qū)的瓦斯涌出量實測資料和相關(guān)的地質(zhì)資料，綜合考慮包括開采深度在內(nèi)的多種影響因素，采用一定的數(shù)學(xué)方法，建立預(yù)測瓦斯涌出量的多變量數(shù)學(xué)模型（預(yù)測方程）；利用所建立的數(shù)學(xué)模型，對礦井未采區(qū)域的瓦斯涌出量進行預(yù)測,瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法采用數(shù)量化理論作為建模工具。數(shù)理化理論是數(shù)量化理論的方法之一，用于解決從定性的或兼有定量的自變量出發(fā)對因變量的預(yù)測問題。 在瓦斯地質(zhì)相關(guān)因素定量分析中，某些地質(zhì)因素難以定量化，如煤層的頂、底板巖性，只是某種屬性的描述，而沒有量的概念，這類變量稱為定性變量。某些定性變量有時是影響瓦斯涌出量變化的主要因素。另外，在實際應(yīng)用中如果某些定量變量對瓦斯涌出

23、的影響是趨勢性的，將其轉(zhuǎn)化為定性變量參加建立數(shù)學(xué)模型可能會得到更好的預(yù)測效果。 2）預(yù)測方法及步驟 （1）分析瓦斯涌出的影響因素,2） 建立預(yù)測瓦斯涌出量的數(shù)學(xué)模型 確定統(tǒng)計單元 選擇變量 建立數(shù)學(xué)模型,式中，xu(u=1,2,h)為第u個定量變量的數(shù)據(jù)，(j,k) （j =1，2，m;k=1，2， rj）為第 j個項目第k各類目上的反應(yīng)。 統(tǒng)計檢驗 （3）未采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測 未采區(qū)域有完整的設(shè)計圖 未采區(qū)只有規(guī)劃設(shè)計，無完整的設(shè)計圖,3）瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型預(yù)測軟件 采用瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法進行礦井瓦斯涌出量預(yù)測，需要進行大量的計算工作， 為此，我們采用VC+6.0語言開發(fā)了瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法預(yù)

24、測軟件。 軟件的主對話框由兩個組合框和6個按鈕組成。兩個組合框用來初始化變量和輸出運行結(jié)果。6個按鈕的主要功能如下如下： (1) 提示按鈕 (4) 詳細資料按鈕 (2) 輸入或修改數(shù)據(jù)文件按鈕 (5) 預(yù)測位置單元按鈕 (3) 運行數(shù)據(jù)文件按鈕 (6) 退出按鈕,瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型軟件主對話框,按下預(yù)測位置單元按鈕，程序?qū)⑦M入預(yù)測對話框，在預(yù)測對話框里可以對未知樣品的因變量進行預(yù)測,預(yù) 測 對 話 框,4）應(yīng)用實例 我們對焦作礦區(qū)某礦采用應(yīng)用瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法進行了瓦斯涌出量預(yù)測。選定17個回采工作面作為已知統(tǒng)計單元。根據(jù)瓦斯地質(zhì)分析得出的規(guī)律并經(jīng)過統(tǒng)計檢驗，選擇了煤層底板標(biāo)高、頂板砂巖比、煤層

25、厚度、地質(zhì)構(gòu)造等4個與瓦斯涌出有密切關(guān)系的因素作為自變量，建立了如下瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型,式中,瓦斯涌出量預(yù)測值，m3/t； 煤層底板標(biāo)高，m（定量變量）； 砂巖比項目之0.4類目； 煤層厚度項目之35m類目； 煤層厚度項目之5m類目； 地質(zhì)構(gòu)造項目之地壘類目； 地質(zhì)構(gòu)造項目之地塹類目,經(jīng)統(tǒng)計檢驗，預(yù)測方程的F統(tǒng)計量為114.28，在0.01水平下顯著；計算了因變量對每個自變量的偏相關(guān)系數(shù)，其t統(tǒng)計量均在0.01水平下顯著，說明所建立的數(shù)學(xué)模型有實際意義。 利用所建立的數(shù)學(xué)模型，對深部28個設(shè)計工作面進行了瓦斯涌出量預(yù)測，預(yù)測結(jié)果從略。預(yù)測工作完成后，預(yù)測區(qū)25031、24061二個工作面已先后回

26、采完畢，利用其實測的瓦斯涌出量值對預(yù)測結(jié)果進行了實踐性檢驗。檢驗結(jié)果，二個工作面的平均預(yù)測誤差為13.75%，說明預(yù)測精度較高,5 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測,5.1 突出預(yù)測分類 突出預(yù)測可分為區(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）兩類。 區(qū)域預(yù)測又稱長期預(yù)測，其任務(wù)是確定礦井、煤層和煤層區(qū)域的突出危險性。區(qū)域預(yù)測應(yīng)在地質(zhì)勘探、新井建設(shè)、新水平和新采區(qū)開拓或準(zhǔn)備時進行。 工作面預(yù)測又稱日常預(yù)測或點預(yù)報，包括石門和豎、斜井揭煤工作面、煤巷掘進工作面和采煤工作面的突出危險性預(yù)測。其任務(wù)是預(yù)測工作面附近煤體的突出危險性，即該工作面繼續(xù)向前推進時有無突出的危險,5.2

27、區(qū)域突出危險性預(yù)測 1)臨界指標(biāo)法 根據(jù)防突細則，各指標(biāo)判斷突出危險的臨界值，應(yīng)根據(jù)礦井的實測資料確定。無實測數(shù)據(jù)時，可參考表中所列數(shù)據(jù)預(yù)測煤層的突出危險性，只有全部指標(biāo)達到或超過其臨界值時方可劃為突出煤層。 預(yù)測煤層突出危險性單項指標(biāo)臨界值,2)綜合指標(biāo)法 采用綜合指標(biāo)法對煤層進行區(qū)域預(yù)測，可按下列兩個綜合指標(biāo)來判斷： D(0.0075H/f-3)(p-0.74) Kp/f 式中 D煤層的突出危險性綜合指標(biāo)； K煤層的突出危險性綜合指標(biāo)； H開采深度，m； P煤層瓦斯壓力，取個測壓鉆孔實測瓦斯壓力的最大值，MPa； p軟分層煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)； f軟分層煤的平均堅固性系數(shù),用綜合指標(biāo)D和

28、K預(yù)測煤層區(qū)域突出危險性的臨界值,如果測壓孔所取得的煤樣粒度達不到測定f值所要求的粒度（2030mm），可采取粒度為13mm的煤樣進行測定（f13），并按下式換算成f值： 當(dāng)f130.25時：f1.57 f130.14 當(dāng)f130.25時：ff13,D值的來源 設(shè) d地層的平均容重，2500kg/m3； H煤層的埋藏深度，m。 于是，上覆巖層的重力為 dH（kg/m2）。 設(shè) 巷道周圍的應(yīng)力集中系數(shù)為3， 得到煤層所受應(yīng)力為 3dH/10000=0.75H（kg/cm2）。 由于煤的單軸抗壓強度近似為 100f（kg/cm2），則可用比值 0.75H/100f=0.0075H/f 來反映突出危

29、險程度。 根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律，0.0075H/f3 且瓦斯壓力 p7.5kg/ cm2（0.74Mpa）時，煤層具有突出危險性，于是得到綜合指標(biāo)D的計算公式,3) 瓦斯地質(zhì)預(yù)測法 采用瓦斯地質(zhì)預(yù)測法進行區(qū)域突出危險性預(yù)測，其實質(zhì)是查明已開采區(qū)突出點分布與地質(zhì)條件的內(nèi)在聯(lián)系，進行瓦斯區(qū)劃和地質(zhì)區(qū)劃，確定控制突出分布的主導(dǎo)地質(zhì)因素，劃分不同級別的瓦斯地質(zhì)單元，根據(jù)已知規(guī)律預(yù)測未采掘區(qū)域突出的可能性和危險程度。 (1) 研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造規(guī)律，進行應(yīng)力場分析 (2) 分析各種構(gòu)造形跡與突出的關(guān)系 (3) 研究煤層厚度變化，分析煤厚變化的原因 (4) 查明煤體結(jié)構(gòu)特征及其分布規(guī)律 (5) 測定、分析煤層的瓦斯壓力

30、和瓦斯含量 (6) 研究水文地質(zhì)情況,7) 分析頂、底板巖層對突出的影響 (8) 編制煤與瓦斯突出預(yù)測圖 4)用瓦斯地質(zhì)方法進行突出預(yù)測實例 地質(zhì)構(gòu)造是影響煤與瓦斯突出的重要因素。前蘇聯(lián)學(xué)者為了研究褶皺構(gòu)造對突出的影響程度，提出了褶皺變形系數(shù)的概念。 (1) 剖面變形系數(shù) 剖面變形系數(shù)是在地質(zhì)剖面圖上測算的，其表達式為： K=(L-L0)/ L0 式中 K剖面變形系數(shù)； L剖面上某一層面兩端點間的實際長度，m； L0該層面兩端點間的水平投影長度，m,變形系數(shù)K量測方法示意圖,2) 平面變形系數(shù) 前蘇聯(lián)學(xué)者扎比蓋洛在研究頓巴斯煤層突出的地質(zhì)條件時，提出了反映褶皺構(gòu)造復(fù)雜性的指標(biāo)KTC，即平面變形

31、系數(shù)。這一指標(biāo)是利用煤層構(gòu)造平面圖確定的。KTC值的計算由下面的關(guān)系式確定,式中 KTC褶皺構(gòu)造復(fù)雜性指標(biāo)，即平面變形系數(shù)； h相鄰等高線的標(biāo)高差，m； L平均計算單元內(nèi)等高線間的平均距離，m； 靠近單元中心的等高線轉(zhuǎn)變的角度，弧度； S計算單元的面積，m2。 式中各參數(shù)的取值是在煤層局部構(gòu)造圖上進行的。以鉆孔所揭露的煤層板標(biāo)高點為基礎(chǔ)，進行多項式趨勢面分析（通常采用二維一次、二次或三次趨勢面），可繪制趨勢面圖和偏差等值線圖。所謂局部構(gòu)造平面圖就是偏差等值線圖,KTC值計算方法示意圖,3) 關(guān)于變形系數(shù)的討論 改用煤層底板等高線圖計算煤層的平面變形系數(shù)。 改用等高線的彎曲度（L1L2）代替來反映褶皺面在平面上的彎曲程度，將平面變形系數(shù)的計算修改為如下公式,式中 Kp平面變形系數(shù) h相鄰等高線的標(biāo)高差，m； L1靠近計算單元中心的等高線在單元內(nèi)的實際長度，m； L2靠近計算單元中心的等高線在單元內(nèi)的割線長度，m； L3計算單元中心處兩條等高線間的平距，m,Kp值計算方法示意圖,魚田堡煤礦是一煤與瓦斯突出礦井。井田范圍內(nèi)褶皺構(gòu)造