西部矿区煤与瓦斯突出敏感指标与测定方法

In order to improve the accuracy of coal and gas outburst prediction,this projectcarries out the research on the relationship of dynamic spatial-temporal evolution among coal and rock mass containing gasdamage, gas pressure and crustal stressin the mining process and establishescoal and gas outburst critical criterion model. Fuzzy cluster analysis method and critical value approaching degree function distributionare adopted to comprehensivelydistinguish outburst sensitivity of differentpredictive indicatorsand set up its corresponding comparison method and evaluation standard. The damage zone range around large diameter boreholes and the stress distribution law are studied to determine the critical value of drilling cuttings and its gas desorption index.The feasibility of working face outburst prediction by directly using large diameter boreholes is demonstrated, which enlarges the control range of point prediction. Finally，this project develops assessment technology and theoretical system of rapid outburst fatalness prediction in working face by means of drilling -measuringintegrated technology.

为提高煤与瓦斯突出预测准确性，本项目开展采掘过程中含瓦斯煤岩体损伤、瓦斯压力和地应力之间的动态时空演化关系研究，建立煤与瓦斯突出的临界判据模型；采用模糊聚类数学分析方法、临界值迫近度函数分布综合判别不同预测指标的突出危险敏感性，建立不同突出预测指标的敏感性比较方法和评价标准；研究大直径钻孔周围破坏圈的范围和应力分布规律，确定大直径钻孔钻屑量、钻屑瓦斯解吸指标临界值；研究直接利用大直径措施钻孔对工作面的突出危险性进行预测的可行性，增加“点”预测孔的控制范围，最终建立工作面突出危险性钻测一体化快速预测评价技术及理论体系。

煤与瓦斯突出危险性预测是四位一体防突工作的首要环节，选择合理的突出预测敏感指标及准确地确定其临界值，是有效防治突出灾害的关键技术基础。本项目针对目前广泛使用的钻孔式突出危险性预测指标的敏感性辨识、预测钻孔布置和预测指标临界值确定等存在的问题，开展了煤与瓦斯突出敏感指标与测定方法研究。主要研究内容：（1）建立了瓦斯-地应力型突出预测模型，提出了相应的煤与瓦斯突出临界判据，揭示了突出煤层开采过程中扰动对煤与瓦斯动力现象的诱导作用及其动力现象的发生过程；（2）推导得出双向、不等压应力场条件下钻孔围岩塑性区的边界方程，分析了不同侧压系数和不同直径钻孔的塑性区分布特征和应力变化规律，塑性区的大小与钻孔直径有关，大直径措施孔代替Φ42mm钻孔进行突出预测是可行的；（3）揭示了大直径钻孔周围破坏圈的范围和应力分布规律，确定了大直径钻孔钻屑量、钻屑瓦斯解吸指标临界值，推导出单位长度钻孔排出钻屑质量的理论公式，研究得出钻孔周边煤体变形增量△S与钻孔直径呈幂函数增长关系；（4）通过对△S实验数据进行线性回归分析，拟合得出不同直径下的钻屑量S的经验公式，大直径钻孔钻屑预测指标和声发射特性对工作面突出危险性更敏感；（5）建立了大直径钻头钻进过程中受力情况和能量转化数学模型，揭示了不同直径钻孔钻屑指标吸附解吸特征。研究成果实现了直接利用大直径措施钻孔对工作面的突出危险性的钻进、预测一体化，减少了防突工程量，增加了预测孔的控制范围，提高了突出危险性预测的准确率，在保障工作面的生产安全的同时，可以大幅度提高工作效率。