Y-TC10 煤與瓦斯突出預(yù)測儀(華教授)

YTC-10煤與瓦斯突出預(yù)測儀

工作原理與應(yīng)用目錄1.概述2.預(yù)警與預(yù)測3.預(yù)測方法與指標(biāo)4.預(yù)警概述5.YTC-10工作原理6.儀器使用注意事項(xiàng)1.概述煤與瓦斯突出是煤礦的重大自然災(zāi)害，因其具有突發(fā)性，對生產(chǎn)與人員會造成重大的傷害。我國從50年代至今，已發(fā)生超過一萬次以上的突出?，F(xiàn)在我國每年仍會發(fā)生數(shù)百次煤與瓦斯突出。為了防治它，過去國家曾頒布“防治煤與瓦斯突出細(xì)則”，2009年8月1日又頒布并執(zhí)行了“防治煤與瓦斯突出規(guī)定”。根據(jù)規(guī)定第四章局部綜合防突措施的要求，首先要進(jìn)行工作面預(yù)測，將采掘工作面分為突出危險(xiǎn)工作面和無突出危險(xiǎn)工作面。突出危險(xiǎn)工作面必須采取工作面防突措施，并進(jìn)行措施效果檢驗(yàn)。經(jīng)檢驗(yàn)證實(shí)措施有效后，即判定為無突出危險(xiǎn)工作面，然后用安全措施施工。

國家規(guī)定的工作面預(yù)測方法有：

1.鉆屑指標(biāo)法，指標(biāo)有△h2、K1;2.復(fù)合指標(biāo)法，指標(biāo)有q和S.3.R指標(biāo)法;R=(Smax-1.8)(qmax-4)所有的參數(shù)都需要專門的儀表和標(biāo)準(zhǔn)的測量方法來測出。目前國內(nèi)有重慶煤科分院生產(chǎn)的wtc突出預(yù)測儀；重慶煤科分院生產(chǎn)的鉆孔瓦斯涌出初速度測定儀；撫順煤科分院生產(chǎn)的△h2測定儀；突出礦井自行制造的儀器。突出預(yù)測儀器制造主要集中在撫順和重慶兩個(gè)煤科院2.預(yù)警與預(yù)測預(yù)警與預(yù)測是兩個(gè)不同的概念1.預(yù)警是對工作面突出危險(xiǎn)和未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行判斷，屬于動(dòng)態(tài)預(yù)測范疇。2預(yù)測是對突出危險(xiǎn)工作面某一局部范圍進(jìn)行定點(diǎn)測量，得出預(yù)測結(jié)論。屬于靜態(tài)預(yù)測范疇。目前我國仍處于靜態(tài)階段，動(dòng)態(tài)預(yù)測（預(yù)警）仍處于起步階段。動(dòng)態(tài)預(yù)測是連續(xù)不斷獲取必要參數(shù)得出的結(jié)論，是今后發(fā)展的方向。3.預(yù)測方法與指標(biāo)3.1突出機(jī)理（綜合說）突出三大要素（1）應(yīng)力（地壓）主要是采掘工作后應(yīng)力重新分布所形成的應(yīng)力。（2）煤層中的瓦斯含量。（3）煤的物理力學(xué)性質(zhì)。突出是三大突出要素相互影響，互相制約后的產(chǎn)物。3.1.1應(yīng)力工作面應(yīng)力動(dòng)態(tài)變化是受采掘工作后工作面應(yīng)力重新分布的結(jié)果。工作面的應(yīng)力梯度變化受工作面煤層力學(xué)性質(zhì)的影響。正常的最高應(yīng)力位置應(yīng)位于工作面前方4～6m處。應(yīng)力梯度越大，工作面突出危險(xiǎn)性越高。應(yīng)力突變時(shí)容易發(fā)生突出。3.1.1.1應(yīng)力測量方法目前仍沒有很好的手段對工作面應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)絕對值測量，國內(nèi)外測量工作面的應(yīng)力狀態(tài)，普遍使用鉆屑量（S)指標(biāo)。測量鉆屑量的測量鉆孔必須打在軟分層中，否則無效。測量值為相對指標(biāo)值。測量鉆孔為直徑42mm的鉆孔。長度為8～10m.測量每m鉆孔的鉆屑量（L/m)。3.1.1.2S判斷標(biāo)準(zhǔn)值42mm鉆孔每米鉆孔正常的鉆屑量為1.8L/m。當(dāng)超過正常值的3倍時(shí)（5.4L/m）進(jìn)入危險(xiǎn)狀態(tài)。用重量判斷其指標(biāo)值為s>6Kg/m.3.2瓦斯因素1.依靠煤層中的瓦斯壓力破壞煤體，瓦斯壓力的大小取決于煤層中的瓦斯含量。2.搬運(yùn)被應(yīng)力和瓦斯壓力破壞后的煤塊靠煤層中的瓦斯量。煤的瞬間解吸速度決定搬運(yùn)破碎煤所需的瓦斯量。3.只有在瞬間能聚集大量瓦斯能力的煤才具有突出危險(xiǎn)性。4.瓦斯量的大小是突出煤的一個(gè)重要性能指標(biāo)。但瓦斯含量大的煤并不一定是突出危險(xiǎn)煤層。判斷煤層突出危險(xiǎn)瓦斯壓力的臨界指標(biāo)值P≥0.74Mpa;瓦斯含量≥8m3/t瓦斯含量測定必須采用直接法測量，瓦斯壓力必須實(shí)測。3.2.1瓦斯因素測量與指標(biāo)3.2.1.1.按防治煤與瓦斯突出規(guī)定要求，在軟分層中打鉆孔直徑42mm的鉆孔，鉆孔長度8~10m.孔數(shù)根據(jù)預(yù)測地點(diǎn)類型按規(guī)定選取。煤鉆進(jìn)2m，取樣測定△h2或K1

，選取全孔最大值作為判斷的依據(jù)。當(dāng)k1≥0.5mlL/(g×min0.5);△h2≥200Pa時(shí)煤層有突出危險(xiǎn)。3.2.1.2鉆孔瓦斯涌出初速度（復(fù)合指標(biāo)法）按防治煤與瓦斯突出規(guī)定要求，在軟分層中打鉆孔直徑42mm的鉆孔，鉆孔長度8~10m.孔數(shù)根據(jù)預(yù)測地點(diǎn)類型按規(guī)定選取。鉆孔每鉆進(jìn)1m測定該1m段內(nèi)的全部鉆屑量（S)，并在暫停鉆進(jìn)后2min內(nèi)測定鉆孔瓦斯涌出初速度q（測量室長度為1m）。判斷指標(biāo)；q≥5;鉆屑量（S)≥6Kg/m或5.4L/m時(shí)為突出危險(xiǎn)工作面。3.2.1.3R指標(biāo)法此法來源與原蘇聯(lián)，按防治煤與瓦斯突出規(guī)定布孔，在軟分層中打孔徑42mm;孔深8~10m的鉆孔，測定每米鉆孔的瓦斯涌出初速度（q)和鉆屑量（S)，取鉆孔中q和S的最大值。用下式計(jì)算R=(Smax-1.8)(qmax-4)當(dāng)R≥6時(shí)為突出危險(xiǎn)工作面3.3煤的物理力學(xué)性質(zhì)1.煤的物理性質(zhì)決定了煤的瞬間解吸速度，是突出煤層的一項(xiàng)重要特征。△h2、K1

，就是依據(jù)此原理進(jìn)行工作面預(yù)測工作。2煤的力學(xué)性變化與應(yīng)力重新分布有關(guān)。3.力學(xué)性質(zhì)在現(xiàn)場還沒有合適的儀器供測量使用。只能取樣在實(shí)驗(yàn)室中用落錘法測定，4只有三種因素完美的組合后才能發(fā)生突出現(xiàn)象。4.預(yù)警概述預(yù)警是對突出三因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。目前預(yù)警的方法有：1.聲發(fā)射監(jiān)控2.天然電磁波監(jiān)控3，瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)分析監(jiān)控。聲發(fā)射可實(shí)施實(shí)時(shí)測量監(jiān)控，它主要判斷地壓活動(dòng)因素。指標(biāo)單一，用于沖擊地壓活動(dòng)效果明顯。目前存在的問題是信號分離與判斷技術(shù)尚未攻克。天然電磁波的強(qiáng)度變化，除和地質(zhì)沉積環(huán)境有關(guān)外，只要與應(yīng)力活動(dòng)有關(guān)。目前存在的問題是背景環(huán)境對其測量影響較大，對沖擊地壓有明顯的效果。瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)分析監(jiān)控，是比較有發(fā)展前途的一種預(yù)警手段，已引起一些人員的注意。過去曾經(jīng)用V30指標(biāo)。有一定效果。后因煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)普遍使用，為開展此項(xiàng)工作提供了一個(gè)很好的工作平臺。目前已在一些礦井安裝使用了瓦斯?jié)舛葘?shí)時(shí)分析監(jiān)控與突出危險(xiǎn)診斷系統(tǒng)，取得了一定的防治突出效果。5.YTC-10工作原理Y-TC10是根據(jù)瓦斯量因素設(shè)計(jì)出的測定裝置。瓦斯從煤中的解吸規(guī)律符合下列方程式式中V——時(shí)間為t時(shí)的瓦斯解吸速度，cm3／g·min；Va——開始測定時(shí)的瓦斯解吸速度，cm3／g·min；t——開始測定的時(shí)間，min;kt——煤樣瓦斯解吸速度的時(shí)間特性指數(shù)。當(dāng)開始測定的時(shí)t1=1時(shí)，則上式可表示為：中V1——在1min時(shí)的瓦斯解吸速度，cm3／g·min。如果將（3）式積分后便會變成用乘冪方程描述的瓦斯解吸量公示（4）式，公式中的i為1-kt。用瓦斯解吸量描述解吸特征式中Q——卸壓后時(shí)間為t時(shí)的瓦斯解吸量，cm3/g；a——常數(shù)，當(dāng)t=1時(shí)的初始瓦斯解吸量；i——與煤結(jié)構(gòu)有關(guān)的解吸系數(shù)（稱破壞類型系數(shù)）。從公式中看出a的大小除受控于V1外，還和i值有明顯的關(guān)系。當(dāng)i定為0.5時(shí)，就是測定k1使用的平方根公式由K1推算可知，k1的大小主要受解吸初始速度的影響，不受乘冪的影響（乘冪是定值0.5），但實(shí)測結(jié)果乘冪值是個(gè)變數(shù)，煤的解吸規(guī)律并不完全符合平方根公式而是符合乘冪公式，因此在Y-TC預(yù)測儀中增加了煤結(jié)構(gòu)系數(shù)（乘冪值）以改K1判斷上的不足。5.1煤結(jié)構(gòu)指標(biāo)（i）Y-tc10除了使用K1指標(biāo)外，由于它僅能反映瓦斯含量和煤層結(jié)構(gòu)的混合指標(biāo)，當(dāng)瓦斯含量為定值時(shí)，k1隨煤結(jié)構(gòu)系數(shù)的減小而增大，同時(shí)，當(dāng)煤層結(jié)構(gòu)系數(shù)不變時(shí)，k1又隨煤層中的瓦斯含量增高而增加。但煤的突出危險(xiǎn)性主要受控與煤的結(jié)構(gòu)（煤的強(qiáng)度）當(dāng)k1變大時(shí)并不一定是煤層突出危險(xiǎn)性增強(qiáng)，反之，不一定煤層突出危險(xiǎn)性降低，因而本儀器新增加了計(jì)算煤的結(jié)構(gòu)系數(shù)指標(biāo)（i)。5.2煤結(jié)構(gòu)指標(biāo)判斷值K1采用的i值為常數(shù)值，定為0.5；實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)測試煤樣的粒徑為1～3mm時(shí)，突出嚴(yán)重的煤層i值小于0.5，一般為0.3～0.4之間。故采用小于0.5的煤樣，測定的煤層從煤結(jié)構(gòu)來看，具有突出危險(xiǎn)。同時(shí)根據(jù)k1值綜合判斷煤層的突出危險(xiǎn)性。當(dāng)i值大于0.5，且k1大于0.5，表明煤層的強(qiáng)度增加，突出危險(xiǎn)性降低（仍采用規(guī)定中的判斷標(biāo)準(zhǔn)，上述判斷方法為輔助判斷方法避免低值標(biāo)突出）當(dāng)k1為0.5時(shí)，絕大數(shù)的煤層瓦斯壓力為0.74Mpa.5.3修正指標(biāo)k2K1指標(biāo)主要考慮到煤層瓦斯含量，但煤層強(qiáng)度也是突出的重要因素之一。必須加以考慮。Y-TC10增加了煤層堅(jiān)固性系數(shù)快速測定裝置F-1型堅(jiān)固性系數(shù)快速測定儀。將測定儀的壓縮程度直接輸入到Y(jié)-TC10儀器中就直接計(jì)算出K2數(shù)值。K2計(jì)算公式如下：5.4K2的判斷值應(yīng)注意K2為輔助判斷指標(biāo)（K1為法定判斷指標(biāo)）當(dāng)K2≥2.5時(shí)為突出危險(xiǎn)工作面，反之為無突出危險(xiǎn)工作面，本指標(biāo)作為法定指標(biāo)判斷后的輔助指標(biāo)使用，以免發(fā)生低值標(biāo)突出。5.5F1型堅(jiān)固性系數(shù)快速測定儀工作原理測定煤樣粒度為1～3mm,將煤樣放入壓縮筒中，呈自然堆積并裝滿，壓縮筒直徑為20mm,長度為60mm,用蓋密封后，用1Mpa恒壓進(jìn)行壓縮至穩(wěn)定。將其壓縮長度的絕對值，作為指標(biāo)，并與校正值鏡像講古性系數(shù)換算。得出堅(jiān)固性系數(shù)。其換算公式如下：f=7.0586e-0.308xX-----為壓縮長度mmf------堅(jiān)固性系數(shù)F1儀器外觀圖外形圖F-1型儀器結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖5.6K1,i計(jì)算方法（實(shí)例）實(shí)測定數(shù)據(jù)用最小二乘方計(jì)算出k1并做成圖5.7i值計(jì)算K1為直線方程式的斜率斜率愈大越危險(xiǎn)i值計(jì)算將實(shí)測值Q與測定時(shí)間值T3同時(shí)取ln,并用最小而