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关于瓦斯隧道揭煤突出危险性预测方法的探讨

文档作者：吕贵春文档来源：中煤科工集团重庆研究院有限公司		点击数：	更新时间： 2022年08月31日
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Vo1．41 No．4
Aug．2014
矿业安全与环保
MINING SAFETY＆ ENVIR0NMENTAL PROTECTION
第41卷第4期
2014年8月
吕贵春．关于瓦斯隧道揭煤突出危险性预测方法的探讨[J]．矿业安全与环保，2014，41(4)：118—122
文章编号：1008-4495(2014)04一Ol18—05
关于瓦斯隧道揭煤突出危险性预测方法的探讨
吕贵春
(中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400037)
摘要：当隧道穿过煤系地层时，准确可靠地预测揭煤工作面的突出危险性，是大断面隧道实现安全
揭穿煤层的关键环节。以贵州某公路瓦斯隧道揭6号和2号煤层突出危险性预测为例，采用瓦斯含量
指标与突出预测指标相互验证的方法，有效杜绝了因客观地质条件或因垂直距离不足，导致瓦斯压力指
标测定结果不可靠，进而当选择瓦斯压力作为突出预测指标之一时，突出预测结果出现误判的缺陷，同
时对现行规范存在的问题进行了探讨。实践表明，在垂直距离5 m处测定煤层瓦斯压力，垂直距离偏
小，对于无烟煤，综合指标(D、K值)不宜作为突出预测的主要指标。
关键词：隧道揭煤；瓦斯含量；瓦斯压力；综合指标；垂直距离
中图分类号：TD713 ．2 文献标志码：C 网络出版时间：2014—07—25 09：34
网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／50．1062．TD．20140725．0934．031．html
Discussion on Prediction M ethod for Gas Outburst Hazard in
Driving through Outburst Coal Seams in a Tunnel
U Guichun
(China Coal Technology and Engineering Group Chongqing Research Institute，Chongqing 400037，China)
Abstract：When a tunnel was driven through the coal—bearing strata，the accurate and reliable prediction of outburst hazard
in the working face driving through an outburst coal sean'l is a key link to safely drive through outburst coal seams in the largebore
tunne1．By taking the prediction of outburst hazard in driving through No．6 and No．2 outburst coal seams in a highway
tunnel in Guizhou Province as an example and using the inter—verification of gas content index and outburst prediction index，
unreliable measurement results of gas pressure which were caused by objective geologic conditions and insuficient vertical distance
were effectively eliminated；then when gas pressure Was chosen as one of the outburst prediction index，misjudgment of the
outburst prediction index presented；in addition，discussion was made on the problems existing in the current specifications．The
practice proved that when the gas pressure was measured at the place with 5 m vertical distance，the vertical distance was on the
small side，and for anthracite，the comprehensive index(D，K value)should not be as the main index of outburst prediction．
Key words：driving through outburst coal seams in a tunnel；gas content；gas pressure；aggregative indicator；vertical
distance
由于客观地质条件的原因，公路、铁路等隧道往
往需要穿过煤系地层。隧道揭煤前，准确可靠地预
测煤层的突出危险性，是准确判定隧道瓦斯等级、按
实际瓦斯等级进行施工和隧道揭煤前实施针对性安
全技术措施的重要依据⋯ 。
目前瓦斯隧道揭煤突出危险性预测方法，执行
收稿日期：2013—12—18；2014—03—30修订
作者简介：吕贵春(1979一)，男，黑龙江齐齐哈尔人，工程
师，主要从事瓦斯防治方面的研究和技术咨询工作。Tel：
65239013，E—mail：147621079@ qq．con。
· ll8 ·
借鉴煤炭行业《防治煤与瓦斯突出细则》 (已废
止)相关规定的基础上制定的《铁路瓦斯隧道技术规
范》 (TB 10120-2002，以下简称《技术规范》)，但
由于煤炭行业技术和装备水平的发展，《技术规范》
并未按照现行的《防治煤与瓦斯突出规定》 (以下
简称《防突规定》)进行修正和完善，因此可能因预
测指标选择不合理，导致瓦斯隧道揭煤突出危险性
预测结果不可靠。由此，一方面可能造成安全隐患、
冒险作业；另一方面可能因措施工程量过多，影响工
程进度。
借鉴煤炭行业煤层突出危险性预测方法，将具
第41卷第4期
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Vo1．41 No．4
Aug．2014
有灵活布置测点、不受地质条件限制、测定工艺简单
和成功率较高为优点的瓦斯含量作为辅助判别指
标，一方面可以克服当选择由于客观地质条件和测
定工艺复杂及测定周期长等因素影响导致成功率不
高的瓦斯压力指标、由于不同煤种原因导致参考意
义不大的综合指标法(D、K值)等，在准确判定突出
危险性方面存在的缺陷；另一方面，还可以完善瓦斯
隧道揭煤突出危险性预测方法。
1 瓦斯含量测定方法
瓦斯含量是指标准状态下单位质量的煤中所含
的瓦斯气体体积量，单位为m ／t。煤层瓦斯含量测
定，分为取样和测定两部分，可按照《煤矿井下煤层瓦
斯含量直接测定方法》(GB／T 23250-2009)进行 j。
在距离煤层适当垂距处施工钻孔采取煤层煤样，
当超前钻孔探测的煤层较硬时，宜采用岩心管取样，
当煤层较软时，宜采用定点快速取样。
将采集的新鲜煤样装入煤样罐进行密封，在隧
道内测定常压自然解吸量，并做好记录；将解吸后的
煤样罐送入地面实验室，进行粉碎前常压自然解吸，
之后进行粉碎常压自然解吸，记录地面瓦斯解吸量；
根据煤样瓦斯解吸模型、井下瓦斯解吸速度、采样损
失时间计算取样过程中的瓦斯损失量；根据实验室
工业分析、孔隙率等参数，计算常压不可解吸瓦斯含
量；将常压可解吸瓦斯含量校正后，与常压不可解吸
瓦斯含量相加即为煤层瓦斯含量。
煤层瓦斯含量 可由下式进行计算：
IV=IVk+ (1)
IVK=1V1+ + + (2)
式中 — —可解吸瓦斯量，Ill ／t；
1— — 损失瓦斯量，m ／t；
— — 井下解吸瓦斯量，m ／t；
— — 粉碎前瓦斯解吸量，m ／t；
— — 粉碎后瓦斯解吸量，m ／t；
— — 常压不可解吸瓦斯量，m ／t， 采用
式(3)进行计算：
= 1 bp” + · 1 00 · 1 +03 1M + (3)
．
‘
o、6——瓦斯吸附常数；
p——大气压力，0．1 MPa；
A ——煤的灰分，％；
d— — 煤的水分，％ ；
卜煤的孔隙率，m ／m ；
— — 煤的视密度，t／m 。
2 应用实例
在贵州某公路瓦斯隧道揭煤前，实测了煤层瓦
斯压力、综合指标(D、 值)及钻屑瓦斯解吸指标
值，并利用瓦斯压力测定钻孔采取煤样测定了煤层
瓦斯含量，通过煤层瓦斯含量辅助综合分析，准确可
靠地进行了煤层突出危险性预测。
2．1 隧道揭煤工作面概况
贵州某瓦斯隧道，等级为双线(左线和右线，间
距17 m)4车道公路隧道，单线双车道设置，右线全
长1 432 m，左线全长1 396 1TI。开挖断面105 m ，隧
道施工方式为进、出口独头相向掘进。
该隧道需穿过二叠系龙潭组煤系地层段，该地
层段赋存可采煤层2层，为2号和6号煤层，煤种均
为无烟煤，2号煤层较硬、6号煤层较软，2号煤层厚
度1．4 m，6号煤层厚度2．9 m，煤层倾角29。，层间
距55 m。勘探期间探明，在隧道左右线穿6号煤层
位置上方赋存一落差为3 m的逆断层，其中右线顶
部距离断层面层面距离为12 m，左线顶部距离断层
面层面距离为35 m，煤层赋存、断层赋存及隧道相对
位置剖面如图1所示。
(a)右线
右线进口段
● — 一
掘进方向
(b)左线
图1 煤层、断层及隧道位置剖面图
根据煤层赋存与隧道设计的相对位置，揭煤段
均处于左右线进口施工段内，按照施工进度，右线施
工进度超前左线80 m，因此，右线先于左线揭穿6号
和2号煤层。
2．2 突出预测指标测定
在隧道右线和左线揭6号和2号煤层前，采用
《技术规范》规定的方法，分别测定了煤层瓦斯压力
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钻屑瓦斯解吸指标K 值，同时利用钻孔采集了煤
样，实验室进行了瓦斯放散初速度△P、煤的坚固性
系数厂值及瓦斯吸附常数(口、b值)及工业分析指标
等参数的测定，在施工瓦斯压力测定钻孔过程中，利
用深孔快速定点取样装置采集煤样(取样时间
2～3 min)，同时测定了煤层瓦斯含量。
右线和左线6号、2号煤层突出预测钻孔布置如
图2所示，突出预测指标测定结果见表1～2。
图2 左右线分别揭6号和2号煤层预测钻孔布置示意图
2．3 预测指标及结果分析
2．3．1 左右线揭6号煤层突出预测指标及结果分析
从左右线揭6号和2号煤层前，现场实测的突
出预测指标结果来看，右线6号煤层实测瓦斯压力
偏小，一方面可能因为钻孔距离地质构造(断层)较
· 120 ·
近，导致测定结果偏小；另一方面可能由于在距离煤
层垂距5 m处进行瓦斯压力测定，其岩孔长度较小，
封孑L有效深度不足，导致测定结果偏小。而同时利
用测压钻孔实测的煤层瓦斯含量表明，6号煤层瓦
斯含量较高，依据公式(3)间接测算的煤层瓦斯压力
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鬈 线别 钻孔编号 瓦斯放散初速度△P 煤的坚固性系数厂m D— 丝堂 一 备注
右线
6号
左线
6—1
6—2
6-3
6—1
6-2
6-3
35
38
34
39
32
37
O．33
0．27
0．29
O．38
0．47
0．42
— 1．11
— 0．98
— 1．16
0．09
— 0．O1
一O．01
106．1
140．7
117．2
102．6
68．1
88．1
右线
2号
左线
2—1
2—2
2-3
2—1
2-2
2—3
39
29
37
34
30
38
0．78
0．80
0．7l
0．66
0．73
0．59
0．08
0．16
O．01
O．02
O．13
一O．19
50．O
36．3
52．1
51．5
41．1
64．4
均
有
突
出
危
险
应为0．73～0．94 MPa，最大瓦斯压力超过0．74 MPa
临界值。因此，依据《技术规范》，采用瓦斯含量辅助
K．值、综合指标进行突出危险性预测，判定右线揭
6号煤层工作面为突出危险工作面。
后期左线揭6号煤层前，在工作面与煤层垂距
10 m处(加大垂距)开展突出预测工作，由于距离地
质构造较远，实测的煤层瓦斯压力最大值为
0．83 MPa，最大煤层瓦斯含量为l3．02 m ／t，最大
值为0．48 mL／(g·min )，判定左线揭6号煤层工
作面为突出危险工作面。
左线实测瓦斯压力明显大于右线，瓦斯含量最
大值则相当，由此可以说明右线实测的煤层瓦斯含
量是准确可靠的。
邻近矿井6号煤层在开采过程中曾经发生过煤
与瓦斯动力现象，在突出鉴定过程中实测的煤层最
大瓦斯压力达到1．06 MPa(埋深231 m)，说明6号
煤层具有突出危险性。由此说明，隧道左右线揭
6号煤层前依据瓦斯含量辅助其他预测指标判定为
突出危险工作面，结论是准确可靠的，在实施了防突
措施后，安全揭穿6号煤层。
2．3．2 左右线揭2号煤层突出预测指标及结果分析
在左右线揭2号煤层前，为了杜绝由于垂距较
小导致封孔深度不足，进而可能导致瓦斯压力测定
结果不可靠，因而，选择均在垂距10 m处开展突出
预测工作。
2号煤层左右线实测的煤层瓦斯含量均不高，
按公式(3)间接测算的煤层瓦斯压力与实测的煤层
瓦斯压力基本相当，说明瓦斯压力测定结果相对准
确可靠。
虽然综合指标K值超过了《技术规范》规定的
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I临界值，但根据实测的煤层瓦斯压力、钻屑瓦斯解吸
指标墨值，辅助煤层瓦斯含量，最终判定左右线揭
2号煤层工作面均为无突出危险工作面。
邻近矿井2号煤层在开采过程中未发生过煤与
瓦斯突出及瓦斯动力现象，在突出鉴定过程中实测
的煤层最大瓦斯压力为0．22 MPa(埋深226 m)，鉴
定结果为2号煤层无突出危险性。隧道左右线在未
实施防突措施的情况下，安全揭穿2号煤层。由此
说明，隧道左右线揭2号煤层前实测的突出预测指
标是准确可靠的，结论是正确的。
3 突出危险性预测方法的探讨
贵州某隧道揭2号和6号煤层突出危险性预测
工作的实施表明，现行的《技术规范》在揭煤工作面
突出预测方面存在几个问题值得探讨。
1)《技术规范》中规定在垂距5 m处测定煤层
瓦斯压力，垂距偏小。
由于煤炭行业瓦斯防治技术的发展，《防突规
定》将石门(与隧道揭煤相同)揭煤前实测煤层瓦斯
压力的垂距规定为不小于10 m处实施，一是保证测
定的煤层瓦斯压力结果具有可靠性；二是保证揭煤
前工作面前方具有一定宽度的安全岩柱；三是保证
在有突出危险的情况下，能够较容易施工措施要求
控制范围内的钻孔；四是能够保证实施预抽煤层瓦
斯钻孔的有效封孑L深度。
而隧道断面相对煤矿井下石门断面(10余m )而
言要大得多，从煤炭行业石门揭煤技术要求的垂距以
及隧道揭煤安全及技术措施角度来看，隧道揭煤在垂
距5 m处测定煤层瓦斯压力的规定，垂距偏小。
2)煤层瓦斯含量指标应作为辅助验证指标进行
隧道揭煤突出危险性预测。
从表1中可以看出，在未测定煤层瓦斯含量的
情况下，当按《技术规范》要求，选择瓦斯压力和
值作为突出预测判别指标时，则预测结果应为无突
出危险工作面。而实际由于煤层瓦斯压力测定结果
偏小，在未测定煤层瓦斯含量也未实测实验室参数
的情况下，就无法与其他指标间相互验证。结论不
具可靠性和指导性，导致存在冒险作业的风险。
3)瓦斯压力、 值和瓦斯含量宜作为隧道揭煤
突出预测主要指标，其他指标宜作为参考指标。
从表1中隧道揭左右线2号煤层前实测的突出
预测指标来看，瓦斯压力、K 值均未超过《技术规范》
中规定的临界值，瓦斯含量间接测算的瓦斯压力也未
超过临界值，但从表2中可以看出，综合指标(D、K
值)未完全处于《技术规范》规定的临界值以下，而依
． 122 ．
据《技术规范》，当选择综合指标与瓦斯压力或K 值
进行突出危险性预测时，则结论应为具有突出危险。
由此，必须实施防突措施方可进行揭煤作业，可能导
致因施工过多的措施工程量，影响工程进度。
而对于无烟煤来说，在严格按照规范进行测定瓦
斯放散初速度△P和煤的坚固性系数 值的情况下，
综合指标中的K值绝大多数情况下会大于临界值。
因此，瓦斯压力、 值和瓦斯含量宜作为隧道
揭煤突出预测主要指标，其他指标宜作为参考指标。
4 结论
隧道因断面大，揭穿突出煤层的风险相对更高，
准确可靠地进行突出危险性预测是实现安全揭煤和
施工的重要环节。通过贵州某隧道揭6号和2号煤
层前实施突出危险性预测，并对现行的《技术规范》
进行了技术讨论，可以得到如下结论：
1)在瓦斯含量指标的辅助验证下，隧道揭6号
煤层为突出危险工作面，揭2号煤层为无突出危险
工作面。
2)在地质构造处或在垂距5 1TI处测定煤层瓦斯
压力，可能因构造影响或有效封孔深度不足，导致瓦
斯压力测定结果不可靠，进而当选择煤层瓦斯压力
指标作为突出预测的指标之一时，容易对预测结果
产生误判。
3)瓦斯含量宜作为隧道揭煤突出危险性预测的
主要辅助验证指标。
4)《技术规范》中规定在距离煤层垂距5 fl处
测定煤层瓦斯压力，垂距偏小。
5)对于无烟煤来说，综合指标(D、K值)宜作为
突出预测参考指标。
参考文献：
[1]陈家清，胡运兵，朱一坚，等．瓦斯隧道施工期间的瓦斯
防治与管理[J]．矿业安全与环保，2009，36(2)：60—61．
[2]中华人民共和国煤炭工业部．防治煤与瓦斯突出细则
[S]．北京：煤炭工业出版社，1995．
[3]中华人民共和国铁道部．TB 10120—2002，铁路瓦斯隧道
技术规范[S]．北京：中国铁道出版社，2003．
[4]国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局．防
治煤与瓦斯突出规定[S]．北京：煤炭工业出版社，2009．
[5] 中国人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家
标准化管理委员会．GB／T 23250-2009，煤矿井下煤层
瓦斯含量直接测定方法[S]．北京：中国标准出版社，
2009．
(责任编辑：吴自立)

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