專利名稱：一種現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的方法，特別是一種能提高預(yù) 測(cè)準(zhǔn)確度的現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的方法。
背景技術(shù)：
煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)前選用的判斷參數(shù)有鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法，鉆
屑量(S)法，鉆孔瓦斯涌出初速度法(q) ，R值法等。上述各種方 法都為我國(guó)的法定判斷方法與指標(biāo)。這些方法除鉆屑量法外，都是建 立在瓦斯解吸原理上的。
以鉆屑瓦斯解吸法為例，Ah2是采用測(cè)試后煤樣2min內(nèi)的每克煤 的瓦斯在變?nèi)萑萜髦兴纬傻呐c大氣壓力的差值作為判斷標(biāo)準(zhǔn)。而另 一個(gè)指標(biāo)Ki值是采用5min內(nèi)的解吸值(每0. 5min測(cè)量一次)通過 煤的解吸平方根方程式計(jì)算出的第一 miri內(nèi)的瓦斯每克煤的瓦斯解 吸量來判斷，其計(jì)算公式如下
式中
g------時(shí)間為T時(shí)的瓦斯解吸總量，cm3/g;
r----時(shí)間，min;
『i---測(cè)試前煤樣的損失瓦斯量，cm3/g;
&——常數(shù)，當(dāng)7 = 1時(shí)，為煤樣暴露后第lmin內(nèi)的解吸量，cm3/g。 從Ah2和Ki定義來看，它們都與煤層的瓦斯含量有密切的關(guān)聯(lián)， 但是我們仔細(xì)研究了煤的解吸特征之后，不難看出上述兩個(gè)指標(biāo)同時(shí)還要受到煤的解吸速度的影響。同樣瓦斯含量的煤，解吸速度高會(huì)促 使上述兩種判斷指標(biāo)增大。因而在使用判斷過程中會(huì)出現(xiàn)高指標(biāo)煤層 不突出低指標(biāo)突迚的反?，F(xiàn)象，影響判斷效果。
因此，要解決上述問題，必須做進(jìn)一步的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的 方法，解決現(xiàn)有的預(yù)測(cè)方法中準(zhǔn)確度不夠的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出 的方法，包括以下步驟
第一步，采用AQ / T 1 0 6 5- 2 0 0 8規(guī)定的鉆屑瓦斯解吸 指標(biāo)法測(cè)定方法測(cè)定出煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)初步指標(biāo)Ki值；
第二步，引入預(yù)測(cè)判斷指標(biāo)i值，
其計(jì)算公式如下
式中
2......時(shí)間r的瓦斯解吸總量，c附3 /g
71----時(shí)間，min
『工---測(cè)試前煤科煤的損失瓦斯量，cm3/g 《3--_常數(shù)
第三步，測(cè)定i值，可按如下步驟，
1) 取煤樣置于煤樣罐內(nèi)；
2) 通過與煤樣罐連接的壓力傳感器將煤樣的的瓦斯解吸量所形成 的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送至放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，然后送至單片機(jī) 用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；具體測(cè)定過程如下a)時(shí)間間隔T采用0. 5' 1. 0， 1. 5, 2. 0， 2. 5， 3. 0, 3. 5， 4. 0， 4. 5, 5. 0，其相 應(yīng)的解吸量為， N為測(cè)定序號(hào)，為1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10.,采用
乘冪公式計(jì)算
每個(gè)測(cè)定點(diǎn)有io個(gè)數(shù)據(jù)(即一個(gè)測(cè)定點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù))就可計(jì)算
出10個(gè)ez，"p分別為&,"。込,"2、 &,"3、 &,"4、仏,"5、込,W,6、
(即N由1-10)，其相應(yīng)的時(shí)間為n =0. 5、 T2=l、 r3=1.5、 r4=2、 r5=2.5、 r6=3、 T7=3. 5、 T8=4、 T9=4. 5、 T10=5 將込,,,^ = A7^,^變成直線方程式，公式等號(hào)兩端取對(duì)數(shù)，公式 改寫為
1n&,",iv =l"3+/ln7; 將備注中的測(cè)定數(shù)據(jù)帶入上式就有10個(gè)公式，即
lnX3十!ln7;
2 = ln K 3 + / ln T2
ln2Z",3 =
lnL/，4 =ln《3 +zlnr4
ln《3 +/lnr5
ln2z"，6 =ln《3 +"nr6
7 = ln《3 + / ln T7
ln《3 +/lnr8
1"3 +/inr9
ln2z,",io =
上述10個(gè)公式中未知數(shù)為&K、 I ，，可用最小二乘法解出. 最小二乘法使用公式(ina")2=￡(inez," )*> -
=1
10
lnT = id-
(inr)2 = f>7;)
10
lnUnr-Z(ln7;)xln2z
&=(lna,w)2-Mna,人/
= (In a，人,In r) - ^ ii^)
j =《at
—&_ —
In= In 2Z j, — J x In r ln&取反ln后得出&值。
將測(cè)得的數(shù)據(jù)i存入存儲(chǔ)單元
第四步，結(jié)合i值和K工值對(duì)瓦斯突出進(jìn)行判定。 采用上述方案，由于引入了新的預(yù)測(cè)指標(biāo)i，克服了現(xiàn)有預(yù)測(cè)方 法中，預(yù)測(cè)指標(biāo)Ki只與煤層的瓦斯含量有密切的關(guān)聯(lián)而未考慮煤的瓦 斯解吸速度的影響的缺陷，提高預(yù)測(cè)精度，避免判斷失誤。當(dāng)i值小 于0.5時(shí)，煤層的突出危險(xiǎn)大增，當(dāng)大于0.5時(shí)，突出危險(xiǎn)性會(huì)明顯 的降低。


下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。 圖1是本發(fā)明測(cè)定i值用的電路原理方框圖；
具體實(shí)施例方式
第一步，采用AQ / T 1 0 6 5- 2 0 0 8規(guī)定的鉆屑瓦斯解吸 指標(biāo)法測(cè)定方法測(cè)定出煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)初步指標(biāo)Ki值；
8第二步，引入新的預(yù)測(cè)判斷指標(biāo)i值，其計(jì)算公式如下2 = ^-^式中Q......時(shí)間為r時(shí)的瓦斯解吸總量，cmVg;T----時(shí)間，min測(cè)試前煤樣的損失瓦斯量，cm3/g; 《3---常數(shù)第三步，測(cè)定i值，可按如下步驟1) 取煤樣置于煤樣罐內(nèi)；2) 通過與煤樣罐連接的壓力傳感器將煤樣的解吸速度換算用時(shí)從 煤層中取出煤樣，經(jīng)煤樣篩制樣后放入煤樣罐，傳感器將煤樣罐的速 度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送至放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，然后送至單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；具體測(cè)定過程如下a)時(shí)間間隔T采用0. 5， 1. 0， 1. 5, 2. 0， 2. 5, 3. 0, 3. 5， 4. 0, 4. 5， 5. 0，其 相應(yīng)的解吸量為&"w， N為測(cè)定序號(hào)，為1， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8， 9， 10.，采 用乘冪公式計(jì)算每個(gè)測(cè)定點(diǎn)有io個(gè)數(shù)據(jù)(即一個(gè)測(cè)定點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù))就可計(jì)算出10個(gè)&,W,;V，分別為Qz,",、込,"2、 2z,"3、 &",4、 2z，W，5、 &，"6、、 &,"8、 &,"9、 (即N由1-10)，其相應(yīng)的時(shí)間為h 二O. 5、r2=i、 r3=1.5、 r4=2、 r5=2.5、 r6=3、 T7=3. 5、 T8=4、 T9=4. 5、 T10=5 將込，w =《7^ 變成直線方程式，公式等號(hào)兩端取對(duì)數(shù)，公式改寫為將備注中的測(cè)定數(shù)據(jù)帶入上式就有10個(gè)公式，即ln2z"，3=ln《+ /lnr31n仏w =ln"/lnr8ln込,，=ln"/Inri0 上述10個(gè)公式中未知數(shù)為K、 最小二乘法使用公式10I ，，可用最小二乘法解出.in 2Z,"=工10一 Zln V(inr)2 =2(inrw)Sx = (lnT)2 — 7V(ln7)2= (In 2Z,A/ In r)-邪n ez,A/ x In r)—In A: = In gz,, - / x In T In A取反In后得出A值。將測(cè)得的數(shù)據(jù)i、存入存儲(chǔ)單元 第三步，結(jié)合i值和Id值對(duì)瓦斯，出進(jìn)行判定。圖1是測(cè)定i值的儀器電路原理圖，如圖1所示，圖2給出的是本實(shí)用 新型的電路原理方框圖。在本圖中，傳感器2是可以將煤樣解吸瓦斯的速度 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的壓力傳感器，傳感器2將所獲得的電信號(hào)送至放大電路3進(jìn) 行信號(hào)放大，進(jìn)而送至單片機(jī)4進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片機(jī)4內(nèi)設(shè)有專業(yè)分析軟 件，通過與單片機(jī)4連接的顯示器10顯示最后瓦斯突出預(yù)測(cè)結(jié)果。為便于手 動(dòng)輸入數(shù)據(jù)，單片機(jī)上還連接有鍵盤5。電池組8的功能是為電路提供電源。為了顯示時(shí)間，還設(shè)置有與單片機(jī)4連接的時(shí)鐘電路6，開機(jī)后時(shí)鐘常 駐顯示屏右上方，時(shí)鐘為24小時(shí)制。關(guān)機(jī)后時(shí)鐘應(yīng)正常運(yùn)行。為了給電路提供穩(wěn)定的工作電流，設(shè)置有穩(wěn)壓電路7。同時(shí)為便于檢査 電池組的電壓，設(shè)有電池容量監(jiān)視電路9，電池容量監(jiān)視電路9分別連接電 池組8和單片機(jī)4，其作用是起到電池容量監(jiān)視功能，開機(jī)后隨時(shí)檢測(cè)電池 的容量，并在屏幕左上角顯示電池容量提示標(biāo)志，當(dāng)電池欠壓時(shí)，電池容量 提示標(biāo)志閃爍，同時(shí)每隔1分鐘在屏幕上顯示"電池電量不足，請(qǐng)及時(shí)充電！" 的漢字警告提示，顯示時(shí)間長(zhǎng)度為ls或更長(zhǎng)。為便于提醒、警示使用者，電路中設(shè)有蜂鳴器ll，比如本儀器自檢失敗 或運(yùn)行中診斷出部件有故障時(shí)，能進(jìn)行聲報(bào)警，同時(shí)顯示故障內(nèi)容和處理方 法。輸入設(shè)置錯(cuò)誤時(shí)，能進(jìn)行聲報(bào)警，同時(shí)顯示錯(cuò)誤內(nèi)容和處理方法。儀器 開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)，有提示聲響。不同類型的報(bào)警和提示，其聲響有所區(qū)別，聲 響聲級(jí)不小于40dB。與單片機(jī)4連接的通訊接口電路12，其作用是便于與PC機(jī)等外用數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)處理設(shè)備連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分析及報(bào)表打印等。下面詳細(xì)敘述具體的工作過程。將1 3rnm的煤樣放入定量煤樣瓶中(裝滿)放入具有傳感器2的定容容 器中，并將容器封閉c啟動(dòng)測(cè)量程序。煤中的瓦斯是在環(huán)境壓力降低而產(chǎn)生解吸瓦斯現(xiàn)象，煤中解吸出來的瓦 斯充滿密封的煤樣罐，導(dǎo)致罐內(nèi)氣體壓力高于環(huán)境壓力。通過壓力傳感器變 換成電信號(hào)，進(jìn)入單片機(jī)4，用專用的軟件進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果輸出到 顯示器或其他的附屬裝置(經(jīng)通訊接口與PC機(jī)相連、蜂鳴器ll)。傳感器2 每0. 5min采取壓力數(shù)值一個(gè)，共10個(gè)，采用平方根公式用最小二乘方求出 Ki值，同時(shí)還采用乘冪公式，用上述最小二乘方求出i值。用測(cè)出的K與i 值，與經(jīng)驗(yàn)的臨界值比較，可得工作面參考的突出危險(xiǎn)程度。當(dāng)法定的與經(jīng) 驗(yàn)的判斷工作面危險(xiǎn)程度有差異時(shí)，為安全起見，采用最高級(jí)別。
權(quán)利要求
1.一種現(xiàn)場(chǎng)預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，采用AQ/T1065-2008規(guī)定的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法測(cè)定方法測(cè)定出煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)初步指標(biāo)K1值；第二步，引入預(yù)測(cè)判斷指標(biāo)i值，其計(jì)算公式如下Q＝K3T′-WL式中Q------時(shí)間為T時(shí)的瓦斯解吸總量，cm3/g；T----時(shí)間，minWL---測(cè)試前煤樣的損失瓦斯量，cm3/g；K3---常數(shù)第三步，測(cè)定i值，可按如下步驟，1)取煤樣置于煤樣罐內(nèi)；2)通過與煤樣罐連接的壓力傳感器將煤樣的的瓦斯解吸量所形成的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送至放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，然后送至單片機(jī)用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；具體測(cè)定過程如下a)時(shí)間間隔T采用0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0，其相應(yīng)的解吸量為QZ，J，I，N，N為測(cè)定序號(hào)，為1，2，3，4，5，6，7，8，9，10.，采用乘冪公式計(jì)算<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>Q</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi><mo>,</mo><mi>N</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>K</mi> <mn>3</mn></msub><msubsup> <mi>Y</mi> <mi>N</mi> <mi>i</mi></msubsup> </mrow>]]></math></maths>每個(gè)測(cè)定點(diǎn)有10個(gè)數(shù)據(jù)(即一個(gè)測(cè)定點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù))就可計(jì)算出10個(gè)QZ，J，I，N，分別為QZ，J，I，1、QZ，J，I，2、QZ，J，I，3、QZ，J，I，4、QZ，J，I，5、QZ，J，I，6、QZ，J，I，7、QZ，J，I，8、QZ，J，I，9、QZ，J，I，10(即N由1-10)，其相應(yīng)的時(shí)間為T1＝0.5、T2＝1、T3＝1.5、T4＝2、T5＝2.5、T6＝3、T7＝3.5、T8＝4、T9＝4.5、T10＝5將<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>Q</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi><mo>,</mo><mi>N</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><msub> <mi>K</mi> <mn>3</mn></msub><msubsup> <mi>T</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi><mo>,</mo><mi>N</mi> </mrow> <mi>i</mi></msubsup> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2009101042570003C1.tif" wi="33" he="4" top= "39" left = "43" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>變成直線方程式，公式等號(hào)兩端取對(duì)數(shù)，公式改寫為lnQZ，J，I，N＝lnK3+ilnTN將備注中的測(cè)定數(shù)據(jù)帶入上式就有10個(gè)公式，即lnQZ，J，I，1＝lnK3+ilnT1lnQZ，J，I，2＝lnK3+ilnT2lnQZ，J，I，3＝lnK3+ilnT3lnQZ，J，I，4＝lnK3+ilnT4lnQZ，J，I，5＝lnK3+ilnT5lnQZ，J，I，6＝lnK3+ilnT6lnQZ，J，I，7＝lnK3+ilnT7lnQZ，J，I，8＝lnK3+ilnT8lnQZ，J，I，9＝lnK3+ilnT9lnQZ，J，I，10＝lnK3+ilnT10上述10個(gè)公式中未知數(shù)為K3K、I，，可用最小二乘法解出.最小二乘法使用公式<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><mover> <mrow><mi>ln</mi><msub> <mi>Q</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi> </mrow></msub> </mrow> <mo>&OverBar;</mo></mover><mo>=</mo><mfrac> <mrow><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mn>10</mn></munderover><mi>ln</mi><msub> <mi>Q</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi><mo>,</mo><mi>N</mi> </mrow></msub> </mrow> <mi>N</mi></mfrac> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0004" num="0004" ><math><![CDATA[ <mrow><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>ln</mi><msub> <mi>Q</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi> </mrow></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mn>10</mn></munderover><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>ln</mi><msub> <mi>Q</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi><mo>,</mo><mi>N</mi> </mrow></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0005" num="0005" ><math><![CDATA[ <mrow><mover> <mrow><mi>ln</mi><mi>T</mi> </mrow> <mo>&OverBar;</mo></mover><mo>=</mo><mfrac> <mrow><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mn>10</mn></munderover><mi>ln</mi><msub> <mi>T</mi> <mi>N</mi></msub> </mrow> <mi>N</mi></mfrac> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0006" num="0006" ><math><![CDATA[ <mrow><msup> <mrow><mo>(</mo><mi>ln</mi><mi>T</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mn>10</mn></munderover><mrow> <mo>(</mo> <mi>ln</mi> <msub><mi>T</mi><mi>N</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0007" num="0007" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>ln</mi><msub> <mi>Q</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi> </mrow></msub><mi>ln</mi><mi>T</mi><mo>=</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>n</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mn>10</mn></munderover><mrow> <mo>(</mo> <mi>ln</mi> <msub><mi>T</mi><mi>N</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>&times;</mo><mi>ln</mi><msub> <mi>Q</mi> <mrow><mi>Z</mi><mo>,</mo><mi>J</mi><mo>,</mo><mi>I</mi><mo>,</mo><mi>N</mi> </mrow></msub> </mrow>]]></math></maths>SX＝(lnT)2-N(<overscore>lnT</overscore>)2SY＝(lnQZ，J，I)2-N<overscore>lnQZ，J，I</overscore>2SXY＝(lnQZ，J，IlnT)-N(<overscore>ln QZ，J，I</overscore>×<overscore>lnT</overscore>)<maths id="math0008" num="0008" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><mfrac> <msub><mi>S</mi><mi>XY</mi> </msub> <msub><mi>S</mi><mi>X</mi> </msub></mfrac> </mrow>]]></math></maths>lnK3＝<overscore>lnQZ，J，I</overscore>-I×<overscore>lnT</overscore>lnK3取反ln后得出K3值。將測(cè)得的數(shù)據(jù)i存入存儲(chǔ)單元第四步，結(jié)合i值和K1值對(duì)瓦斯突出進(jìn)行判定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，采用AQ/T1065-2008規(guī)定的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)法測(cè)定方法測(cè)定出煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)初步指標(biāo)K₁值；第二步，引入新的預(yù)測(cè)判斷指標(biāo)i值，其計(jì)算公式如下Q＝K₃Tⁱ-W_L式中Q-時(shí)間T的瓦斯解吸總量，cm³/gT-時(shí)間，minW_L-測(cè)試前煤樣的損失瓦斯量，cm³/gK₃-常數(shù)第三步，測(cè)定i值，可按如下步驟1)取煤樣置于煤樣罐內(nèi)；2)通過與煤樣罐連接的壓力傳感器將煤樣的瓦斯解吸量所形成的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，送至放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，然后送至單片機(jī)用最小二乘法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；得出i值第四步，結(jié)合i值和K₁值對(duì)瓦斯突出進(jìn)行判定。
文檔編號(hào)E21F7/00GK101598033SQ20091010425
公開日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者何金籌, 華福民, 渝 吳, 琪 吳, 東 徐, 李小榮, 渝 王, 蘇文叔 申請(qǐng)人:重慶俞科礦山設(shè)備有限公司