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1、突出预测,1。概述 2。预测原理 3。 K1指标的含义与应用 4。h2与K1的,1.概述,突出预测根据预测区域范围的大小可分为区域预测和工作面预测。 区域预测采用单项指标，类比和综合指标法，或者采用瓦斯地质法对采取井田进行突出危险区划分，并根据我国“防治突出细则”采取对应的工作方法。判断的主要指标为煤层瓦斯压力，地质构造，煤层的物理力学性质。例如：煤层的瓦斯压力，煤层的坚固性系数（f)和煤的瓦斯放散初速度（ P)等。 工作面预测的范围较小，目前预测的范围一般为工作面前方10m内的距离。所采用的参数为应力参数（钻屑量）瓦斯解吸量（ h2 ）瓦斯解吸特征（ K1）与钻孔瓦斯涌出初速度（q)。因上述
2、方法都要打钻取样所以称为接触式突出预测。是目前 当采用微小地震（包括声发射），放炮后30min内的瓦斯涌出量，红外测量煤层变化，工作面煤层电磁辐射强度等都是连续不断的对工作面检测，因此称为非接触式突出预测。该类方法虽好，但仍处于研制摸索阶段。,2。预测原理,根据突出的三大要素在煤层中的变化情况，可以判断煤层的突出危险性。 （一）应力 在高应力区容易诱发突出，高应力区通常受到地质构造和人们采掘的影响所造成的。例如：在压扭性地质构造附近和煤柱区，采掘进工作面相向采掘时，两个工作面距离较仅时，在工作面前方都会形成高应力区。其次采掘工作面前方附近也有一段范围内有高应力存在。测定煤层绝对应力是一件麻烦的
3、工作，一般生产矿井无法做到经常性测定。世界各国多以钻屑量的多少来判断煤层受力状态，其指标为正常钻屑量的2。53倍。 当煤层或煤层周围的岩层受力时，当其超过其原有的应力状态时，就会出现凯萨尔效应。就会有声音（震动波）出现。捕捉并对此信号定位计算其能量就能了解工作面前方应力活动情况，并据此来判断煤层的突出危险型。另外一种了解工作面附近应力活动的指标就是电磁辐射强度。当岩石受力增加时，就会发生电磁辐射，接受并分析其强度变化，就能了解煤层的受力情况。但遗憾的是目前还未得出可供使用的判断指标值,2.1,（二）。瓦斯（1）瓦斯含量。煤层瓦斯含量大是造成突出煤层发生突出的主要原因。但应该指出的是不是所有瓦斯
4、含量高的煤层都会发生瓦斯突出。只有煤的破坏类型高，强度低的煤层才会发生煤与瓦斯突出。在有突出危险的煤层中一般煤层的瓦斯含量大于10m3/t时就容易发生煤与瓦斯突出。（2）瓦斯解吸量。,2.2,煤层中的可解吸瓦斯量的大小是突出煤层发生突出时的重要标志之一，可解吸瓦斯量大表明煤层结构松软，破坏类型高，强度低，瓦斯含量大。上述这些都表明该煤层具有突出的特征。可解吸瓦斯量大表明，发生突出时，有能提供搬运被破碎煤层的丰富动力气源和破碎煤层的动力。根据实践经验，当煤层可解吸瓦斯量超过8m3/t时，煤层已具备突出的条件。 在井下快速测定煤层可解吸量方法比较繁琐，不能满足生产的需要。一般采用在特定的条件下测定
5、钻屑的瓦斯解吸量，在井下使用的仪器MD-2型解吸仪测定h2，在试验室中测定P。或用WTC(ATY)仪器测定钻屑的解吸特征与K1。 放炮后30min内的瓦斯涌出量同样也能表明煤层的突出危险性，因为它也是反映煤层的瓦斯解吸性能。同样遗憾的是目前还未找到一种公认的操作方法。,2.3,（3）煤的强度指标 突出煤层都具有软分层，都有强度低的特征。测定煤层的强度目前只能取样在地面实验室中用落锤法测定。 若判断煤层总体的突出危险性，要测定煤层全部分层的坚固性系数，并相应测量各分层的厚度。用加权平均计算出加权平均的坚固性系数。当此加权平均值小于0.5时，煤层就具有突出危险。对单一软分层来讲，当软分层煤层厚度大
6、于0.2m，坚固性系数小于0.5时，仅从煤层的力学性质上看，此软分层就具备突出的条件。 （4）小结 A. 判断一个煤层是否具有突出危险性，应力大的地区，当瓦斯含量并未达到规定的指标，煤的坚固性系数小于0.5，此处虽不会发生煤与瓦斯突出，但有可能产生冲击地压的危险。 B. 当煤层的软分层厚度超过0.2m，坚固性系数小于0.5，瓦斯含量大于10m3/t,或可解吸瓦斯量大于8m3/t,就已经具备突出的条件。 C. 在高应力地区，软分层厚度超过超过0.2m，坚固性系数小于0.5，瓦斯含量大于10m3/t,或可解吸瓦斯量大于8m3/t,若不采取防治突出措施，就有可能产生较大的突出。,3、 K1指标的含义
7、与应用,3、 K1指标的含义与应用,（一）概述 K1是一种瓦斯解吸特征指标.采取粒径为13mm的钻屑煤样后,在5分钟(wtc仪器)或10 分钟(ATY仪器)内,分别每隔0.5分钟或1分钟测量一次每克钻屑的瓦斯解吸量,共10次.再根据估算出测定前的煤样暴露到大气中的时间, 用巴雷尔(R.M.barrer)公式(简称平方根公式), 推算出每克煤样自煤体暴露后第一分钟内的瓦斯解吸量就是K1指标。它是瓦斯含量和瓦斯解吸特征的综合指标(该指标适用于钻孔长度为10m、孔径为42mm麻花钻排粉,若用其他孔径与排粉方式,计算参数需重新设定),1.k1定义,接前页3.1,其公式如下:K1=（Qt +W）t-0。
8、5K1 钻屑解吸特征,ml/g.min-0.5;Qt 钻屑在t时间内的解吸瓦斯量,ml/min;t t=钻屑从煤体被切削下来计算到测定时的总时间(t= t1 + t2 + t3 ),min; t1 钻屑在钻内被运输的时间(用钻杆的转速, 钻杆的螺距和输送效率计算出钻屑，每输送1米所需要的时间,再乘以长度L加以校正,用42 毫米电煤钻打钻时通常采用0.1*L加以校正,若使用压缩空气或水作为排粉载体,因其流速高, t1 可以不考虑,若孔径加大,0.1*L必须校正)min;t2 煤样放入仪器中的准备时间(通常在2min之内),min;t3 煤样放入仪器后的测量时间,min;W 钻屑在t1+t2时间内
9、已解吸出来的瓦斯量,ml/g;上式可以写成直线方程式后为Qt= K1T-0.5-W用最小二乘方的方法计算出K1值.,接前页3.2,该指标为我国绝大多数突出矿井中采用工作面预测指标.在试验初期,经现场测试并经验证的判断突出临界指标值K1为0.5,应当指出的是实验煤层煤的坚固性系数f=0.2左右,后来推广到全国时,就出现了低于该指标值时也会发生突出的情况,例如:南桐矿务局鱼田堡煤矿的四号煤层(f值在0.2以下), 突出临界指标值大于0.5也不发生突出, 例如芙蓉矿务局白皎矿,因而,判断突出临界指标值的确定应考虑煤的强度f值。单一的判断指标不能确切地判断煤层突出危险性,一般要采取双指标法,即以钻屑量
10、判断应力,以钻屑解吸特征判断煤层的瓦斯量大小与煤的物理力学性质(既煤的强度高低),采用三种突出因素,综合考虑煤的突出危险性。其判断方法见表,综合判断煤的突出危险性表,(二)。确定突出临界指标值的确定方法,工作面预测效果的好坏,取决突出临界指标值确定得是否妥当,仅从瓦斯因素而言,理论与实践表明它取决于煤的物理力学性质,即与煤的f值有关. 突出临界指标值随煤的f值增大而增加,这也不难理解,煤的强度增高,破坏煤层所需要的压力也要增加(煤中的瓦斯压力梯度要远远大于煤的抗拉强度),近两年来,煤炭科学研究院重庆分院在这方面做了许多工作，例如：工作面突出预测敏感指标及临界值确定方法的研究, 并取得了一定的突
11、破,将在专著叙述。这些方法,虽然精度较高,但使用的参数较多,在现场使用有一定的困难。通常现场希望采用比较简便的确定方法, 现介绍几种简便方法:,（1）、瓦斯压力确定突出临界指标值.,仅从瓦斯因素而言，突出时煤层中的瓦斯压力必须达到某一定值，此值就是突出时所需的瓦斯临界压力值。计算它的经验公式很多，常用的方法有以下几种；a 苏联的经验公式Pmin=3.9f2 b、北票矿务局的经验公式 Pmin=2.79fmin +0。39C、煤炭科学研究总院重庆分院经验公式 Pmin=2.2fmin 式中 Pmin 煤层突出时所需的最小瓦斯压力，Mpa; f 煤层的加权平均的坚固性系数； f min 煤层的最小
12、坚固性系数上述三个公式前两个适用于石门揭穿煤层时使用，第三个公式适用于煤巷掘进中确定煤层突出时所需的最小瓦斯压力。若不使用上述公,也可以采用始突深度处的瓦斯压力计算.,3.3,当确定出突出时最小瓦斯压力后，根据实验室中确定的K1与瓦斯压力P的关系，就可以确定出K1的突出临界指标判断值。实验室的研究表明，K1的大小与瓦斯压力符合下列关系式：K1=APminB式中 Pmin 瓦斯压力，Mpa; A，B 系数当无实测资料或要求精度不高时(A,B两系数与煤的坚固性系数有关，最好在实验室中经实验得出)，也可采用经验公式确定。A=3.352e-2.953fB=1.176e-0.864f 应当指出,上述两个
13、A,B值,是取掉煤中水分、灰分的影响计算出来的,所以计算出K1值也是不含水分和灰分煤的(可燃基计算),在应用上述公式应予以注意,要将计算出来的K1 值乘以(1-灰分-水分)后,方可作为临界指标值使用 。,（2）类比法.,将判断指标K1引入煤的物理力学性质因素概念,即采用K2=K1/f为判断煤层突出危险性的新判断指标, 最初研究K1并确定突出临界指标值K1=0.5时的f值为0.2, K2比值为2.5,当K2=K1/f 大于2.5时,工作面的就具有突出危险性。但目前还没有研究出来现场快速测定煤层坚固性系数f 的方法与装置,只能隔一定距离采样在实验室中测定,这样,远不能满足现场快速确定的需要, 因而
14、,多在一次测定后,用于某一个区段，用类比法确定K1的判断临界值时,就应充分考虑煤的坚固性系数的变化范围,最好取这一区段最小的坚固性系数进行计算。其K1突出时的临界值的确定方法为K1(临) =K2f式中 K2 - - - -为一常数2.5。f - 煤的坚固系数(取这一区段的最小值) 为了确保安全,初始使用时,建议先将确定值降低20%使用，,然后在实践中逐步修正和提高。,3.4,特别应当指出,措施效果检验的方法的指标与判断方法与工作面预测相同,但选择判断断指标时要注意,选择钻屑解吸要比钻孔瓦斯涌出量指标要实用,因为煤层卸压后钻孔瓦斯涌出量有加大的趋势,且短时间衰减速度较慢,容易超出防治出突出细则所
15、规定的临界指标值.,3.5,（3).k1可以用于间接测定煤层瓦斯压力，判断煤层的抽放或排放程度 K1可间接的反映煤层中的瓦斯含量，因此也可以求出煤层的瓦斯压力。前面已经述及。即K1=APB。可以用于石门揭穿煤层时测定煤层瓦斯压力。除此之外，也可以计算煤层的排放率或抽放率。煤层瓦斯含量 井下测定煤层气含量方法较多，概括起来主要以间接法、解吸法和解吸系数法为主。 间接法应用较普遍。但该法的最大缺陷是测定气体压力的成功率低，特别是在已揭露的煤层测压，测定结果的可信度更低。其方法是取煤样在实验室测定煤的吸附常数，在井下实测煤层瓦斯压力，通过下式计算出煤层瓦斯含量。 W=a P 0.5 式中：W煤层瓦斯
16、含量，m3/t；（单位为m3/ m3） a 瓦斯含量系数 K1值指标与煤层瓦斯压力的关系 实验室的研究表明，K1与P的关系符合下列关系式： K1=AP B 式中：A、B系数； K1煤的瓦斯解吸值，mlg-1min-1/2； P瓦斯压力，MPa； 。,6.6,（4）.煤层瓦斯预抽有效抽放率计算 测出的K1，通过公式换算成煤层瓦斯含量A因此，煤层瓦斯预抽有效抽放率可用下列公式计算： =1-( K1/ K1)2B 式中：煤层瓦斯预抽有效抽放率，%； K1 （抽放后的）煤的瓦斯解吸临界值，mlg-1min-1/2； K1 （抽放前的）煤的瓦斯解吸临界值，mlg-1min-1/2； （5）h2与k1的换
17、算 各矿使用的指标不同，有时需要进行对比，特提供以下换算公式，供工作中的参考 h2仪器的容积系数为0.00821，则Q=0.00821h2，每克煤的解吸量为Q=0.000821h2 取样3分钟，测定两分钟，共计5分钟。此时的Q5h2,=0.000821h2,此时的K1解吸瓦斯量为 Q5K1=K(50.5_30.5)便有下列恒等式 0.000821*2000.504K1，当h2200时，K1为,6.7,K1=0.1642/0.504=0.322. 同样道理，当K10.5时 换算系数 K1=0.00821/0.504h2=0.0016289h2 h2=(1.118/0.00821) K1=136.
18、17K1 h2=136.17K1 上述计算不难看出h2的临界指标值要比k1 小，安全程度较高。,4.利用回风流瓦斯变化预测工作面突出危险,当采掘工艺与煤层埋藏标高一致的情况下，回风道瓦斯斯变化，暗示着煤层的突出危险性变化。尤其采用炮掘炮采时，更能说明此问题。当煤层中的瓦斯含量为定值，采掘工艺一致时，回风流中的瓦斯变化，反映煤层结构的变化。因为瓦斯解吸速度不仅反映煤层中的瓦斯含量，同时更多的提供煤层的受力情况与煤层的破坏程度，这些信息对判断工作面煤层的突出危险程度是至关重要的。从下面的瓦斯变化图就可以看出采用这种方法预测工作面煤层突出危险性的可能性。,大湾矿突出前瓦斯涌出变化曲线之一,大湾矿突出前瓦斯涌出变化曲线之二,机掘工作面瓦斯涌出特征,