一种煤与瓦斯突出危险性的预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种煤与瓦斯突出危险性的预测方法，具体涉及一种通过得到不突出 和突出试验的临界瓦斯动力现象和对应试验中煤层的瓦斯含量来确定瓦斯含量突出临界 值的方法。
【背景技术】
[0002] 煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下生产过程中的一种极其严重的煤矿动力灾害，其 表现为在短时间内喷出大量煤岩和瓦斯，突出发生后人员很难迅速发生反应并逃生，故该 事故严重威胁着煤矿工人的生命安全，是制约煤矿安全生产的主要因素。我国是世界上煤 与瓦斯突出最严重的国家之一，我国煤与瓦斯突出矿井占世界突出矿井总数的45%，为全 世界煤与瓦斯突出次数之最。近年来，随着开采深度的加深，突出危险性也日益增大。准确 预测煤与瓦斯突出危险性刻不容缓。
[0003] 为准确预测煤与瓦斯突出危险性，防治煤与瓦斯突出灾害的发生，国内外学者对 煤与瓦斯突出机理进行了长期研究，结果表明瓦斯是影响煤与瓦斯突出的重要因素之一， 为此将煤层瓦斯含量作为预测煤与瓦斯突出危险性的重要指标之一。我国于2009年开始 实施的《防治煤与瓦斯突出规定》说明，当采用瓦斯含量进行煤层区域突出危险性预测时， 预测所依据的临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按以下方法进行预测：当瓦斯含 量小于8m3/t时，预测为无突出危险性煤层，而当瓦斯含量大于8m3/t时，则预测为突出危 险煤层。尽管《防治煤与瓦斯突出规定》给出了瓦斯含量突出临界值8m3/t这个推荐值，但 来自于现场经验的总结，而指标敏感程度对于不同的煤层存在差异。在实际情况下，对于指 标的临界值，矿井由于种种原因都没有进行考察工作，而是直接采纳《防治煤与瓦斯突出规 定》推荐的临界值，但它不一定适用于矿井或煤层的实际。
【发明内容】
[0004] 鉴于目前应用于煤层突出危险性预测的瓦斯含量突出临界值为经验值，本发明提 供了一种瓦斯含量突出临界值的确定方法，通过该临界值的判断来准确判定煤层突出危险 性。
[0005] 本发明提供的煤与瓦斯突出危险性的预测方法，首先进行煤与瓦斯突出模拟试 验，围绕突出模拟试验，一方面对突出模拟试验中的煤层瓦斯含量进行定量化，另一方面对 突出模拟试验的瓦斯动力现象进行分级；然后，研究不突出和突出试验的临界瓦斯动力现 象，得出对应试验中煤层的瓦斯含量，从而确定瓦斯含量突出临界值；通过比较煤层中瓦斯 含量与突出临界值的比较，预测出煤层瓦斯是否具有突出危险性。
[0006] 本发明提供了一种煤与瓦斯突出危险性的预测方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1.模拟煤层：
[0008] 将质量为m的煤样放入模具，采用压力试验机对其进行压制，设定压制煤层的压 力大于3〇MPa;
[0009] 步骤2.抽真空、充气并计算瓦斯含量：
[0010] 煤层压制后，先用钻头对充气孔以及压力监测孔打钻，再对煤层抽真空，抽真空的 时间为12~24小时；抽真空后对煤层充入瓦斯，充气时间为12~24小时；气瓶与煤层之 间设置气体流量计，气体流量计采集的数据为充入煤层的气体体积，计为v;瓦斯含量w计 算式为:w=v/m;
[0011] 步骤3.瓦斯动力现象分级：
[0012] 打开突出口之前，至少2小时内瓦斯压力不发生变化海次打开突出口后，无论是 否发生突出，都对打开突出口后的情况进行详细的记录，包括对煤样抛出情况进行拍照，并 对抛出煤样进行回收和称重，对煤与瓦斯突出情况进行分类；把瓦斯动力现象分为两个级 另IJ;第一个级别是不突出，煤壁保持完好无损或有少量的煤体垮落，垮落的煤量占压制煤层 所用总煤量的百分比? 5小于5% ;第二个级别是突出，煤壁遭受较严重的破坏，抛出的煤量 占总煤量的百分比赞达到5%以上；
[0013] 步骤4.获得煤层瓦斯含量突出临界值：
[0014] 对不同瓦斯含量下的煤层进行煤与瓦斯突出试验，得到不突出和突出试验的临界 瓦斯动力现象，到达临界状态时对应的值即为突出临界值；
[0015] 具体操作方法为：首先进行煤层瓦斯含量Wl=8m3/t的煤与瓦斯突出模拟试验，如 果不突出，则继续按w1+0. 1的值进行模拟，每次选取0. 1的递增量，直到煤层瓦斯发生突出 现象时对应的值即为突出临界值；
[0016] 如果进行煤层瓦斯含量^= 8m3/t的煤与瓦斯突出模拟试验时，发生了突出，则继 续按^一 〇. 1的值进行模拟，每次选取〇. 1的递减量，直到煤层瓦斯发生突出现象时对应 的值即为突出临界值；
[0017] 步骤5.煤与瓦斯突出危险性的预测：
[0018] 对于任一瓦斯含量下的煤层，当瓦斯含量小于突出临界值，则预测该煤层不具有 突出危险性；当瓦斯含量大于突出临界值，则预测该煤层具有突出危险性。
[0019] 进一步地，所述步骤2中，充气孔或压力监测孔的直径为3. 5_或4_。
[0020] 本发明的有益效果：
[0021] 当采用瓦斯含量进行煤层区域突出危险性预测时，尽管《防治煤与瓦斯突出规定》 给出了瓦斯含量突出临界值8m3/t这个推荐值，但来自于现场经验的总结，而指标敏感程度 对于不同的煤层存在差异，不一定适用于矿井或煤层的实际。本发明可通过煤与瓦斯突出 模拟试验获得煤层瓦斯含量突出临界值，根据该临界值可判定任一瓦斯含量值下煤层的突 出危险性。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
[0023] 确定某煤样瓦斯含量突出临界值的步骤如下：
[0024] 步骤1.模拟煤层：
[0025] 将质量为m的煤样放入模具，采用压力试验机对其进行压制，设定压制煤层的压 力大于30MPa;本实施例设定放入磨具中进行压制的煤样为10kg。
[0026] 步骤2.抽真空、充气并计算瓦斯含量：
[0027] 煤层压制后，先用直径为3. 5mm的钻头对充气孔以及压力监测孔打钻，再对煤层 抽真空，抽真空的时间为24小时；抽真空后对煤层充入瓦斯，充气时间24小时；气瓶与煤 层之间设置气体流量计，气体流量计采集的数据为充入煤层的气体体积，计为v;煤层瓦斯 含量w计算式为：w=v/m;
[0028] 控制充入煤样的气体体积，首先进行煤层瓦斯含量Wl=8m3/t的煤与瓦斯突出模 拟试验，经计算应对煤样充入v