一種煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)方法，具體涉及一種通過(guò)得到不突出 和突出試驗(yàn)的臨界瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象和對(duì)應(yīng)試驗(yàn)中煤層的瓦斯含量來(lái)確定瓦斯含量突出臨界 值的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中的一種極其嚴(yán)重的煤礦動(dòng)力災(zāi)害，其 表現(xiàn)為在短時(shí)間內(nèi)噴出大量煤巖和瓦斯，突出發(fā)生后人員很難迅速發(fā)生反應(yīng)并逃生，故該 事故嚴(yán)重威脅著煤礦工人的生命安全，是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素。我國(guó)是世界上煤 與瓦斯突出最嚴(yán)重的國(guó)家之一，我國(guó)煤與瓦斯突出礦井占世界突出礦井總數(shù)的45%，為全 世界煤與瓦斯突出次數(shù)之最。近年來(lái)，隨著開(kāi)采深度的加深，突出危險(xiǎn)性也日益增大。準(zhǔn)確 預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性刻不容緩。
[0003] 為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，防治煤與瓦斯突出災(zāi)害的發(fā)生，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì) 煤與瓦斯突出機(jī)理進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，結(jié)果表明瓦斯是影響煤與瓦斯突出的重要因素之一， 為此將煤層瓦斯含量作為預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)之一。我國(guó)于2009年開(kāi)始 實(shí)施的《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》說(shuō)明，當(dāng)采用瓦斯含量進(jìn)行煤層區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)時(shí)， 預(yù)測(cè)所依據(jù)的臨界值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)考察確定，在確定前可暫按以下方法進(jìn)行預(yù)測(cè)：當(dāng)瓦斯含 量小于8m3/t時(shí)，預(yù)測(cè)為無(wú)突出危險(xiǎn)性煤層，而當(dāng)瓦斯含量大于8m3/t時(shí)，則預(yù)測(cè)為突出危 險(xiǎn)煤層。盡管《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》給出了瓦斯含量突出臨界值8m3/t這個(gè)推薦值，但 來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，而指標(biāo)敏感程度對(duì)于不同的煤層存在差異。在實(shí)際情況下，對(duì)于指 標(biāo)的臨界值，礦井由于種種原因都沒(méi)有進(jìn)行考察工作，而是直接采納《防治煤與瓦斯突出規(guī) 定》推薦的臨界值，但它不一定適用于礦井或煤層的實(shí)際。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 鑒于目前應(yīng)用于煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的瓦斯含量突出臨界值為經(jīng)驗(yàn)值，本發(fā)明提 供了一種瓦斯含量突出臨界值的確定方法，通過(guò)該臨界值的判斷來(lái)準(zhǔn)確判定煤層突出危險(xiǎn) 性。
[0005] 本發(fā)明提供的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)方法，首先進(jìn)行煤與瓦斯突出模擬試 驗(yàn)，圍繞突出模擬試驗(yàn)，一方面對(duì)突出模擬試驗(yàn)中的煤層瓦斯含量進(jìn)行定量化，另一方面對(duì) 突出模擬試驗(yàn)的瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象進(jìn)行分級(jí)；然后，研究不突出和突出試驗(yàn)的臨界瓦斯動(dòng)力現(xiàn) 象，得出對(duì)應(yīng)試驗(yàn)中煤層的瓦斯含量，從而確定瓦斯含量突出臨界值；通過(guò)比較煤層中瓦斯 含量與突出臨界值的比較，預(yù)測(cè)出煤層瓦斯是否具有突出危險(xiǎn)性。
[0006] 本發(fā)明提供了一種煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1.模擬煤層：
[0008] 將質(zhì)量為m的煤樣放入模具，采用壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)其進(jìn)行壓制，設(shè)定壓制煤層的壓 力大于3〇MPa;
[0009] 步驟2.抽真空、充氣并計(jì)算瓦斯含量：
[0010] 煤層壓制后，先用鉆頭對(duì)充氣孔以及壓力監(jiān)測(cè)孔打鉆，再對(duì)煤層抽真空，抽真空的 時(shí)間為12~24小時(shí)；抽真空后對(duì)煤層充入瓦斯，充氣時(shí)間為12~24小時(shí)；氣瓶與煤層之 間設(shè)置氣體流量計(jì)，氣體流量計(jì)采集的數(shù)據(jù)為充入煤層的氣體體積，計(jì)為v;瓦斯含量w計(jì) 算式為:w=v/m;
[0011] 步驟3.瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象分級(jí)：
[0012] 打開(kāi)突出口之前，至少2小時(shí)內(nèi)瓦斯壓力不發(fā)生變化海次打開(kāi)突出口后，無(wú)論是 否發(fā)生突出，都對(duì)打開(kāi)突出口后的情況進(jìn)行詳細(xì)的記錄，包括對(duì)煤樣拋出情況進(jìn)行拍照，并 對(duì)拋出煤樣進(jìn)行回收和稱重，對(duì)煤與瓦斯突出情況進(jìn)行分類；把瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象分為兩個(gè)級(jí) 另IJ;第一個(gè)級(jí)別是不突出，煤壁保持完好無(wú)損或有少量的煤體垮落，垮落的煤量占?jí)褐泼簩?所用總煤量的百分比? 5小于5% ;第二個(gè)級(jí)別是突出，煤壁遭受較嚴(yán)重的破壞，拋出的煤量 占總煤量的百分比贊達(dá)到5%以上；
[0013] 步驟4.獲得煤層瓦斯含量突出臨界值：
[0014] 對(duì)不同瓦斯含量下的煤層進(jìn)行煤與瓦斯突出試驗(yàn)，得到不突出和突出試驗(yàn)的臨界 瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，到達(dá)臨界狀態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)的值即為突出臨界值；
[0015] 具體操作方法為：首先進(jìn)行煤層瓦斯含量Wl=8m3/t的煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)，如 果不突出，則繼續(xù)按w1+0. 1的值進(jìn)行模擬，每次選取0. 1的遞增量，直到煤層瓦斯發(fā)生突出 現(xiàn)象時(shí)對(duì)應(yīng)的值即為突出臨界值；
[0016] 如果進(jìn)行煤層瓦斯含量^= 8m3/t的煤與瓦斯突出模擬試驗(yàn)時(shí)，發(fā)生了突出，則繼 續(xù)按^一 〇. 1的值進(jìn)行模擬，每次選取〇. 1的遞減量，直到煤層瓦斯發(fā)生突出現(xiàn)象時(shí)對(duì)應(yīng) 的值即為突出臨界值；
[0017] 步驟5.煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)：
[0018] 對(duì)于任一瓦斯含量下的煤層，當(dāng)瓦斯含量小于突出臨界值，則預(yù)測(cè)該煤層不具有 突出危險(xiǎn)性；當(dāng)瓦斯含量大于突出臨界值，則預(yù)測(cè)該煤層具有突出危險(xiǎn)性。
[0019] 進(jìn)一步地，所述步驟2中，充氣孔或壓力監(jiān)測(cè)孔的直徑為3. 5_或4_。
[0020] 本發(fā)明的有益效果：
[0021] 當(dāng)采用瓦斯含量進(jìn)行煤層區(qū)域突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)時(shí)，盡管《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》 給出了瓦斯含量突出臨界值8m3/t這個(gè)推薦值，但來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，而指標(biāo)敏感程度 對(duì)于不同的煤層存在差異，不一定適用于礦井或煤層的實(shí)際。本發(fā)明可通過(guò)煤與瓦斯突出 模擬試驗(yàn)獲得煤層瓦斯含量突出臨界值，根據(jù)該臨界值可判定任一瓦斯含量值下煤層的突 出危險(xiǎn)性。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。
[0023] 確定某煤樣瓦斯含量突出臨界值的步驟如下：
[0024] 步驟1.模擬煤層：
[0025] 將質(zhì)量為m的煤樣放入模具，采用壓力試驗(yàn)機(jī)對(duì)其進(jìn)行壓制，設(shè)定壓制煤層的壓 力大于30MPa;本實(shí)施例設(shè)定放入磨具中進(jìn)行壓制的煤樣為10kg。
[0026] 步驟2.抽真空、充氣并計(jì)算瓦斯含量：
[0027] 煤層壓制后，先用直徑為3. 5mm的鉆頭對(duì)充氣孔以及壓力監(jiān)測(cè)孔打鉆，再對(duì)煤層 抽真空，抽真空的時(shí)間為24小時(shí)；抽真空后對(duì)煤層充入瓦斯，充氣時(shí)間24小時(shí)；氣瓶與煤 層之間設(shè)置氣體流量計(jì)，氣體流量計(jì)采集的數(shù)據(jù)為充入煤層的氣體體積，計(jì)為v;煤層瓦斯 含量w計(jì)算式為：w=v/m;
[0028] 控制充入煤樣的氣體體積，首先進(jìn)行煤層瓦斯含量Wl=8m3/t的煤與瓦斯突出模 擬試驗(yàn)，經(jīng)計(jì)算應(yīng)對(duì)煤樣充入v