《煤与瓦斯突出预测指标的测算》PPT演示课件

,主讲：张风第五章煤与瓦斯突出危险性预测指标的测算,1,第五章煤与瓦斯突出危险性预测指标的测算,主要内容第一节煤矿瓦斯基础参数的测算第二节煤与瓦斯突出危险性预测指标的测算方法和要求,2,煤与瓦斯突出危险性预测指标的测算,主要要求一、熟练掌握煤矿瓦斯基础参数测算的方法和要求，包括煤层瓦斯压力P、煤层瓦斯含量W、煤层透气性等；二、了解测定煤与瓦斯突出危险性预测指标相关仪器的类型、作用、适用条件和要求；,3,三、熟练掌握煤与瓦斯突出危险性预测指标测算的方法和要求，包括煤的破坏类型、煤的瓦斯放散初速度（）、煤的坚固性系数f、钻屑瓦斯解吸指标h2值和K1值、钻屑量S、钻孔瓦斯涌出初速度q、R值、综合指标D和K等；四、了解有关煤与瓦斯突出危险性预测指标的临界值、钻孔有效抽采半径或有效排放半径的考察方法等。,4,第一节煤矿瓦斯基础参数的测算,一、煤层瓦斯压力煤层的瓦斯压力是矿井瓦斯基本参数之一，它对于确定煤层瓦斯含量，进行矿井瓦斯涌出治理，瓦斯抽放以及煤与瓦斯突出的防治等工作均具有十分重要的意义。,5,（一）测定原理通过钻孔揭露煤层，安设测定仪表并密封钻孔，利用煤层中瓦斯的自然渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力。,6,煤层瓦斯压力,（二）测定方法1.按测压方式分:(1)主动测压法钻孔封完孔后，通过钻孔向被测煤层充入补偿气体达到瓦斯压力平衡而测定煤层瓦斯压力的测压方法。补偿气体可选用高压氮气(N2)，高压二氧化碳气体(CO2)或其他惰性气体。补偿气体的充气压力应略高于预计煤层瓦斯压力。,主动测压法,被动测压法,7,(2)被动测压法钻孔封完孔后，通过被测煤层瓦斯的自然渗透，达到瓦斯压力平衡而测定其瓦斯压力的测压方法。2.按封孔材料分,黄泥、水泥封孔测压法,胶囊密封粘液封孔测压法,注浆封孔测压法,8,煤层瓦斯压力,(1)黄泥、水泥封孔测压法封孔材料为黄泥，水泥或黄泥水泥混合物，封孔方式为手工操作，主要适用于石门揭煤的瓦斯压力测定。(2)胶囊密封粘液封孔测压法封孔材料为胶囊、密封粘液，封孔方式为手工操作。适用于松软岩层或煤巷瓦斯压力测定。,9,(3)注浆封孔测压法封孔材料为膨胀不收缩水泥浆加粘液，封孔方式为压气注浆器或泥浆泵注浆封孔。适用于井下各种条件下的瓦斯压力测定，特别适用于近距离煤层群分煤层的瓦斯压力测定。,10,煤层瓦斯压力,(三)设备材料、仪表及工具1.钻孔设备：打钻孔用的钻机可根据实际情况选用，其能力必须应满足测压钻孔长度的要求，钻头直径选用65090mm。2.材料：木楔，压力表联接头，密封垫，密封带以及真空密封膏。,11,3.仪表：压力表量程为预计煤层瓦斯压力的15倍，准确度优于15级，必须符合JJG52的规定。4.工具：管钳，扳手，剪刀，皮尺，水桶，螺丝刀，手工封孔送料管。,12,煤层瓦斯压力,5.用黄泥、水泥封孔测压法时，还需：黄泥将质地致密可塑性好的粘土制成两端头呈球状，通过阴干，烤或晒，使其外皮半干，里面湿软；水泥不低于425#；黄泥水泥混合物由黄泥和水泥按适当比例混合；速凝水泥凝结时间20min；管材61mm紫铜管，6mm尼龙管，3mm铁管，以及相应联接头；其他木塞，挡板，铁丝，肥皂。,13,6.用胶囊密封粘液封孔测压法时，还需：密封粘液；密封粘液罐和压力水罐用于预计的煤层瓦斯压力小于5MPa时的封孔，液压和水压由液态CO2提供；封孔器组件进液管、进水管、测压管、胶囊及测定仪表。,14,煤层瓦斯压力,7.用注浆封孔测压法时，还需:手摇注液泵;压气注浆器用于测压钻孔长度小于20m时的封孔注浆，其容量应大于封20m钻孔所需的水泥浆容量，动力为井下压缩空气；泥浆泵宜用柱塞泥浆泵，其流量为2050Lmin，压力为34MPa；密封粘液密封粘液由骨料、填料和粘液混合而成。密封粘液(封堵间隙为不大于4mm)的配方为：,15,化学浆糊粉(淀粉+防腐剂)与水的比例(质量比)1:16制成粘液，骨料与粘液的比例(体积比)为1:8，填料与粘液的比例(体积比)为1:16。其中骨料由粒度为0.51.0，1.02.5，2.55.0mm的炉渣按体积比1:2:3混合而成；填料由0.250.5，0.51，1.02.5mm的锯末按体积比1:1:1均匀混合而成；膨胀不收缩水泥浆由膨胀不收缩水泥与水(井下清洁水)按一定比例制成；测压管、注浆管(13mm铁管)及附件。,16,煤层瓦斯压力,8.用主动测压法时，还需：高压储气罐必须符合劳动部气瓶安全监察规程的要求；充气联接装置必须联接方便、可靠；补偿气体高压N2，高压CO2气体或其他惰性气体。,17,煤层瓦斯压力,(四)瓦斯压力测定工艺1.测定地点的选择(1)同一地点应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围外，其见煤点的距离除石门测压外应不小于20m。石门揭煤瓦斯压力测定按防治煤与瓦斯突出规定的有关规定进行。(2)除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中。,18,煤层瓦斯压力,(3)钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围。(4)测定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道、采动及抽放等的影响范围。(5)选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度。(6)瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。,19,煤层瓦斯压力,2.测定方法的选择(1)测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法。(2)在松软岩层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时;钻孔长度15m时应采用胶囊密封粘液封孔测压法；钻孔长度15m时应采用注浆封孔测压法。,20,煤层瓦斯压力,(3)竖井揭煤可采用注浆封孔测压法。石门揭煤的测压，按细则的有关规定进行。(4)测定邻近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用注浆封孔测压法。(5)测压时间充足时，宜采用被动测压法。测压时间较短时，应采用主动测压法。,21,煤层瓦斯压力,3.钻孔施工(1)钻孔的开孔位置应选在岩石(煤壁)完整的位置。(2)钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔宜穿煤层全厚。(3)钻孔施工好后，应立即清洗钻孔，保证钻孔畅通。(4)在钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及钻孔在煤层中长度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间。,22,煤层瓦斯压力,4.封孔(1)钻孔施工完后应在24h内完成封孔工作。(2)准备工作：按选用的封孔方法准备好封孔材料、仪表、工具等。检查测压管是否通畅及其与压力表联接的气密性。钻孔为下向孔时应将钻孔水排除。,23,煤层瓦斯压力,(3)封孔深度：封孔深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求：a)黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度应不小于5m；b)胶囊密封粘液封孔测定本煤层瓦斯压力的封孔深度应不小于10m；,24,c)注浆封孔测压法的封孔深度不小于12m，煤层群分层测压时则应封堵至被测煤层在钻孔侧的顶板或底板；d)应尽可能加长测压钻孔的封孔深度。本煤层测压孔封孔应保证其测压气室长不小于1.5m，穿层测压孔的封孔不宜超过被测煤层在钻孔侧的顶板或底板。,25,煤层瓦斯压力,(4)黄泥、水泥封孔测压法封孔步骤：如图1所示，将挡板固定在测压管的端头，然后送至预定的封孔深度；用送料管将封孔材料送至挡板处，轻轻捣实将测压管固定住，然后将黄泥或水泥团逐步送入孔中，并用送料管将其捣实，一直到孔口。在封孔的过程中，每隔1m左右打入一个木塞；在距孔口05m处用速凝水泥封孔，孔口用木楔固定；封孔24h后，安装压力表。,26,27,煤层瓦斯压力,(5)胶囊密封粘液封孔测压法封孔步骤：如图2所示，在测压地点先将封孔器组装好，将其放入预计的封孔深度，在钻孔孔口安装好阻退楔，联接好封孔器与密封粘液罐、压力水罐，装上各种控制阀，安装好压力表；启动压力水罐开关向胶囊充压力水，待胶囊膨胀封住钻孔后开启密封粘液罐往钻孔的密封段注入密封粘液，密封粘液的压力应略高于煤层预计的瓦斯压力。,28,29,煤层瓦斯压力,(6)注浆封孔测压法封孔步骤：钻孔直径为6575mm，钻孔长度为1570m。封孔步骤为：如图3所示，将测压管安装至预定的封孔深度，在孔口用木楔封住，并安装好注浆管；30根据封孔深度确定膨胀不收缩水泥的使用量，按一定比例配好封孔水泥浆，用压气注浆器或泥浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内;,30,注浆48h后，通过测压管用手摇注液泵将粘液注入钻孔内；撤下手摇注液泵，在孔口安装三通及压力表。图3注浆封孔测压封孔示意图,31,煤层瓦斯压力,(五）瓦斯压力观测与确定1.测压管理(1)必须设专人负责瓦斯压力的测定工作。(2)在瓦斯压力测定过程中，应作好各种参数及施工情况的记录。2.观测(1)主动测压法应每天观测一次，被动测压法应至少3天观测一次。(2)在观测中发现瓦斯压力值变化较大，则应增加观测次数。记录表的格式如表。,32,33,煤层瓦斯压力,3.瓦斯压力观测时间(1)采用主动测压法时，当煤层的瓦斯压力小于4MPa时需510d；当煤层的瓦斯压力大于4MPa时，则需2040d。(2)被动测压法时，则视煤层的瓦斯压力及透气性大小的不同，需30d以上。,34,煤层瓦斯压力,4.瓦斯压力的确定(1)将观测结果绘制在以时间(d)为横坐标，瓦斯压力(MPa)为纵坐标的坐标图上，当测压时间达到规定时，如压力变化小于0005MPad，测压工作即可结束；否则，应延长测压时间。(2)对于上向测压钻孔，在结束测压工作、撤卸表头时(撤表头时应制定相应的安全措施)，应测量从钻孔中放出的水量，根据钻孔参数、封孔参数计算出钻孔水的静水压力，并从测定压力中扣除。对水平及下向测压孔则以测定值作为瓦斯压力值。(3)同一地点以最高瓦斯压力作为测定结果。,35,煤层瓦斯含量,二、煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量：是指煤层内单位重量或单位体积的煤在自然条件下所含的瓦斯量，单位是m3/t。煤层瓦斯含量测定可分两种：间接测定法直接测定法,36,煤层瓦斯含量,间接测定法主要是测定煤层的其他瓦斯参数，通过瓦斯含量与诸参数的关系计算出煤层瓦斯含量。直接测定法则是通过钻孔采取煤样，用解吸法测定煤样的实际瓦斯含量来确定煤层的瓦斯含量。,37,煤层瓦斯含量,煤层瓦斯含量测定技术标准煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB23250-2009）煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法（AQ1047-2007）煤矿瓦斯抽采达标暂行规定（安监总煤装2011163号）煤的工业分析方法（GB/T212-2008）煤样的制备方法（GB474-2008）,38,煤层瓦斯含量,目前主要通过重庆研究院研制的DGC型瓦斯含量直接测定装置实现井下煤层瓦斯含量的快速直接测定。测定的原理通过向煤层施工取芯钻孔，将煤芯从煤层深部取出，及时放入煤样筒中密封；然后测量煤样筒中煤芯的瓦斯解吸速度及解吸量,并以此来计算瓦斯损失量Q1；,39,把煤样筒带到实验室然后测量从煤样筒中释放出的瓦斯量,与井下测量的瓦斯解吸量一起计算煤芯瓦斯解吸量Q2；将煤样筒中的部分煤样装入密封的粉碎系统加以粉碎,测量在粉碎过程及粉碎后一段时间所解吸出的瓦斯量(常压下),并以此计算粉碎瓦斯解吸量Q3；,40,瓦斯损失量、煤芯瓦斯解吸量和粉碎瓦斯解吸量之和就是可解吸瓦斯含量，即:QmQ1Q2Q3。再根据试验可测定煤层残余瓦斯含量，最终求出煤层瓦斯含量。,41,煤层瓦斯含量,仪器、设备（a）煤样罐：罐内径大于60mm，容积足够装煤样400g以上，在1.5MPa气压下保持气密性；（b）瓦斯解吸速度测定仪（简称解吸仪）：量管有效体积不小于800cm3，最小刻度2cm3；,图1密封罐1罐盖；2密封皮垫圈；3密封垫；4压垫；5压紧螺丝,42,（c）空盒气压计：80106kPa，分度值0.1kPa；（d）秒表；（e）穿刺针头或阀门（f）温度计：（-3050）；（g）真空脱气装置或常压自然解吸测定装置；（h）球磨机或粉碎机；（i）气相色谱仪：符合GB/T13610要求；（j）天秤：秤量不小于1000g，感量不大于1g；（k）超级恒温器，最高工作温度（95100）（L）水分快速测定仪。,43,煤层瓦斯含量,操作规范采样采样前准备所有用于取样的煤样罐在使用前必须进行气密性检测；气密性检测可通过向煤样罐内注空气至表压1.5MPa以上，关闭后搁置12h，压力不降方可使用。不应在丝扣和胶垫上涂润滑油。解吸仪在使用之前，将量管内灌满水，关闭底塞并倒置过来，放置10min后量管内水面不下降为合格。,44,煤层瓦斯含量,煤样采集采样钻孔布置同一地点至少布置两个取样钻孔,取样点间距不小于5m。采样深度采样深度应按以下两种情况确定：测定煤层原始瓦斯含量时，采样深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求：（1）在采掘工作面取样时，采样深度应根据采掘工作面的暴露时间来确定，但不应小于12m；（2）在石门或岩石巷道采样时，距煤层的垂直距离应视岩性而定,但不应小于5m。抽采后测定煤层残余瓦斯含量时，采样深度应符合防治突出规定的要求。,45,煤层瓦斯含量,采样时间采样时间是指用于瓦斯含量测定的煤样从暴露到被装入煤样罐密封所用的实际时间，不应超过5min。采样要求采集煤样时应满足以下要求：对于柱状煤芯，采取中间不含矸石的完整的部分；对于粉状及块状煤芯，要剔除矸石及研磨烧焦部分；不应用水清洗煤样，保持自然状态装人密封罐中，不可压实，罐口保留约10mm空隙。,46,采样记录采样时，应同时收集以下有关参数记录在采样记录表中：采样地点：矿井名称、煤层名称、埋深（地面标高、煤层底板标高）、采样深度、钻孔方位、钻孔倾角；采样时间：取样开始时间、取样结束时间、煤样装罐结束时间；编号：罐号、样品编号。,47,煤层瓦斯含量,48,煤样中气体解吸速度测定记录,49,煤层瓦斯含量,水分测定首先要进行水平放置的调平，然后进行天平的调平，“0”刻度的校准，煤样的称量（除去砝码用煤样代替），再进行水分测定，具体参考使用说明书。,50,煤层瓦斯含量,测定方法及步骤井下自然解吸瓦斯量测定井下自然解吸瓦斯量测定采用排水集气法，瓦斯解吸速度测定仪与煤样罐连接如图所示。,1管体；2进气口；3排水口；4灌水通道；5底塞；6煤样筒；7连接胶管；8吊耳图井下解吸装置连接图,51,煤层瓦斯含量,每间隔一定时间记录量管读数及测定时间，连续观测60120min或解吸量小于2cm3/min为止。开始观测前30min内，间隔1min读一次数，以后每隔25min读一次数；将观测结果填写到测定记录表中，同时记录气温、水温及大气压力。测定结束后，密封煤样罐，并将煤样罐沉人清水中，仔细观察10min，如果发现有气泡冒出，则该试样作废应重新取样测试；如不漏气，送实验室继续测定。,52,煤层瓦斯含量,地面解吸瓦斯含量的测定井下取芯与解吸人员升井后立即把装有煤样的煤样筒带入实验室进行地面瓦斯解吸，并记录到达实验室和开始地面解吸的时间。地面解吸装置包括地面瓦斯解吸测量管和煤样粉碎瓦斯解吸测量管，并配有化学试剂（指示剂）的液体；将煤样筒出气嘴连接到地面瓦斯解吸测量管上，开启地面解吸装置背光灯管，操作玻璃管操作手柄到吸水排气档，按动真空泵启动按钮进行排气吸水，当液面到达适当位置（根据瓦斯解吸量确定）时停止，调节解吸管操作手柄到隔绝真空泵连通状态，使解吸管处于密封状态。,53,解吸管密封性检测：在打开煤样筒阀门解吸开始前观察液面下降情况，是否有漏气存在，若存在要及时排除方可进行瓦斯解吸。在确认调试完好后，注意记录解吸管的初始刻度，缓慢打开煤样筒阀门，隔一定时间间隔读取一次瓦斯的解吸量，时间间隔的长短取决于解吸速度，解吸时间约40min，具体视解吸情况而定；并注意观察解吸累计量的变化规律，发现异常及时处理，或报废；若长时间无气体出现可停止解吸，记录终止读数。,54,煤层瓦斯含量,当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85%时，打开转换手柄用第二根测量管测量；若解吸瓦斯体积超过两个测量管总量程80%时，关闭煤样筒阀门进行换水，并重复AD操作步骤。记录周围环境的温度、大气压力及测试人员等。测量结束后，记录释放出的瓦斯量Q22，Q22与井下瓦斯解吸量Q21之和换算为标况下单位质量瓦斯体积即为可解吸瓦斯含量Q2；解吸完毕后转入煤样称重操作系统。,55,煤层瓦斯含量,煤样称重从煤样盆中取两份相等量的二次煤样，记录二次煤样重量G2，煤样的质量一般是50克到200克，选择整芯或较大块的煤样，确保二次煤样和全煤样有相同的特性。如果两份二次煤样测试结果有较大的差别，应该再取第三份二次煤样。若煤样粒度较大（粒径大于26mm），则用铁锤在破碎试验台上砸为较小颗粒（最大粒度不超过26mm），测量每份二次煤样的质量G2后，逐份将煤样装入粉碎机容器中粉碎解吸。注意事项：在电子天平上放被称量物时要轻拿轻放，所称量物品切勿超过其最大量程；称量结束后及时把称量物从电子天平上取下以避免长时间使电子天平处于受重状态；称量结束后要关机断电。,56,煤层瓦斯含量,粉碎解吸将称量好的二次煤样放入缸体内，盖好带有密封圈的盖子，并压紧密封严实。连接容积测量装置（其操作与地面解吸系统中测量管操作相同），检查气路部分的气密性，保证气路系统和缸体、盖三者之间不漏气。将粉碎机定时器定时为35min，运行时观测解吸瓦斯量体积Q31或Q32，当实测解吸瓦斯体积达到测量管最大量程的85%时，打开转换开关用第二根测量管测量，粉碎结束时记录量管终止读数；将实验测定数据填入观测记录表中。,57,煤层瓦斯含量,若两份同质量的煤样瓦斯解吸量Q31和Q32相差不大，则取其平均值作为残余可解吸瓦斯含量Q3并作记录；若二者相差过大，则要重新称取第三份二次煤样进行粉碎。若待粉碎煤样块度较大，应事先将煤样捣碎至粒度25mm以下。煤粒在粉碎机粉碎35min，或粉碎至基本无可解吸瓦斯解吸出为止。切勿长时间粉碎！解吸结束后读取的量管终止读数与解吸前量管初始读数之差即为在本次条件下的解吸瓦斯体积，同时记录大气压力，室温，将观测结果填写到观测记录表中。,58,粉碎结束后，将缸体内煤样倒出并用棉花擦拭干净，重复BE步骤进行另一份煤样的粉碎，直至全部煤样粉碎结束。将未粉碎煤样、粉碎后的两次煤样分别装入煤样袋，并填写标签一同放入煤样袋保存；标签所填内容包括：取芯时间、取芯地点、取芯深度、煤样总重、粉碎二次煤样重量及其粉碎解吸量等。注意事项：二次煤样应及时粉碎；振动台要采取固定和减震措施；操作过程要防治碰撞，避免设备损坏。,59,煤层瓦斯含量,气体组分分析气样采取采用脱气法时，按下面步骤采取气样：采取气样前，调节水准瓶位置，使量管内气体处于正压状态，打开活塞K排空气样。用量管内气体冲洗梳形管，排除管内残留的限定液。然后，用医用注射器（带针头三通）通过取气口吸气，清洗取气支管及针头。连续清洗三次，每次吸气不少于20cm3。清洗完了后，采取气样备做分析。用注射器取气样，随用随取，不得保存时间过长（不超过10min）。气样保存期间必须保持针头朝下倾斜状态，以免吸进空气。气样在贮气瓶中保存时间（由脱气终了算起）不超过120min。,60,煤层瓦斯含量,取气样终了后，必须用限定液将贮气瓶及梳形管中残留气体排除干净。以免影响下一次实验结果。采用自然解吸法时，可不进行气样分析，若需进行气样分析按下面步骤采取气样：在煤样地面解吸装置中解吸完毕后，将气样袋连接到与解吸管相连的真空泵出气口，启动真空泵进行抽气将瓦斯和空气的混合气体排入气样袋（两袋）。组分分析采取的气样按GB/T13610进行气体各种成份分析。,61,煤层瓦斯含量,数据处理数据处理采用重庆研究院研发的“瓦斯含量直接测定系统”软件进行处理。煤层瓦斯含量计算瓦斯含量测定结果有两种表达方式，一种是空气干燥基（原煤）瓦斯含量，另一种是干燥无灰基瓦斯含量。干燥无灰基即为空气干燥基重量减去灰分、水分重量。,62,采用脱气法测定时，煤层瓦斯含量包括四部分：损失瓦斯量、井下解吸瓦斯量（煤芯瓦斯解吸量）、粉碎前瓦斯量、粉碎后瓦斯量；采用常压自然解吸法测定时，煤层瓦斯含量包括五部分：井下解吸瓦斯量、损失瓦斯量、粉碎前自然瓦斯解吸量、粉碎自然瓦斯解吸量与常压不可解吸瓦斯量。其中，粉碎前瓦斯量与粉碎后瓦斯量之和为粉碎瓦斯解吸量。,63,煤层的透气性,三、煤层的透气性煤层透气性系数的测定在我国广泛采用中国矿业大学提出的方法。这一方法是在煤层瓦斯向钻孔流动的状态属径向不稳定流动的基础上建立的，采用该法时按下列步骤进行。打钻孔测定煤层瓦斯压力由石门或其他围岩巷道向煤层打测压钻孔，钻孔与煤层交角应尽量接近90，钻孔要打穿煤层全厚，孔径不限。记录钻孔的方位角、仰角和钻孔在煤层中的长度。记录钻孔见煤和打完煤层的时间(年、月、日、时、分)，取这两个时间的平均值作为钻孔开始排放瓦斯时间的起点。钻孔打完后，清洗钻孔，封孔测瓦斯压力（图1-1）。上压力表之前测定钻孔瓦斯流量，并记录流量与测定流量的时间(年、月、日、时、分)。当压力表读数上升至稳定的最高位时，即为煤层原始瓦斯压力值。,64,图煤层透气性测定示意图1一钻孔；2一测压管；3一压力表；4一阀门；5一流量计；6封孔段；7一煤层,65,煤层的透气性,卸压测定钻孔瓦斯流量卸下压力表排放瓦斯，卸压ld以后进行测定钻孔瓦斯流量，在测定时要记录时间(年、月、日、时、分)，即卸表大量排放瓦斯时间与每次测定瓦斯流量的时间，两者的时间差即为时间准数中的值。测量流量的仪表，当流量大时可用小型孔板流量计或浮子流量计，而流量小时可用0.5m3/h的湿式气体流量计(煤气表)。封孔后上表前测得的流量也可用来计算透气性系数。测定煤的瓦斯含量系数煤层的瓦斯含量系数一般是在试验室通过吸附试验确定的。,66,煤层的透气性,透气性系数的计算方法钻孔瓦斯流动是径向不稳定流动，求出其流动方程的解析解是困难的。中国矿业大学在实验室用相似模型试验的方法进行试验，并以相似准数表达了试验的结果。径向不稳定流动的计算公式为：式中：Y流量准数，无因次；时间准数，无因此；a,b无因次系数。,67,煤层的透气性,式中：P0煤层原始绝对瓦斯压力(表压力加0.1)，MPa；P1钻孔中的瓦斯压力，一般为0.1Mpa；煤层透气性系数，m2/(MPa2d)；钻孔半径，m；q在排放时间为t时、钻孔煤壁单位面积的瓦斯流量，m3/(m2d)；,68,煤层的透气性,Q在时间为t时测出的钻孔流量，m3/d；L一钻孔见煤长度，一般为煤层厚度，m；t从钻孔卸压到测定钻孔瓦斯流量的时间，d；a煤层瓦斯含量系数，X煤的瓦斯含量，m3/t；P确定煤瓦斯含量时的瓦斯压力，MPa。为了简化计算，导出如下计算透气性的公式：；,69,煤层的透气性,由于流量准数与时间准数的关系难以用简单的公式表达，故按时间准数分段表示，得出以下专门计算透气件系数的公式：由于计算透气性系数公式式子较多，须采用试算法来确定选取的计算式。即先选用其中任一个式子计算出值，然后将算出的值代人公式，校验是否在选用公式的适用范围内。如在试用范围，则选式正确，算出的值即为煤层透气性系数；如不在适用范围，则需重新选公式计算值，更新校验值是否在选用公式的适用范围内。,为了简化计算，导出如下计算透气性的公式：,70,煤层的透气性,测定透气性系数时应注意如下事项：打测压钻孔时要注意有无喷孔，如有喷孔，应测定喷出煤量，然后折合计算孔径；测定钻孔瓦斯流量时，可在不同时间多测几个瓦斯流量值，以便分析距钻孔不同距离煤体透气性的变化规律；卸压后到测定流量时间长时，钻孔见煤长度可不取实测值(如钻孔与煤层面斜交)，而取等于煤厚；如时间短，则L值可取为钻孔见煤长度。,71,第二节煤与瓦斯突出危险性预测指标测算方法和要求,一、瓦斯放散初速度指标(p)测定方法,72,瓦斯放散初速度指标(p)测定方法,测定方法变容变压式,1-真空泵;2-玻璃管;3-二通阀;4-固定空间;5-试样瓶;6-三通阀7-真空汞柱计,73,瓦斯放散初速度指标(p)测定方法,等容变压式,1-真空泵;2、8、9-阀门；3-固定空间4-压力传感器；5-试样瓶；6-管路；7-甲烷气源,74,瓦斯放散初速度指标(p)测定方法,仪器、设备及用具p测定仪，真空泵，甲烷瓶(浓度大于95)，分样筛(孔径0.2、0.25mm各一个)，天平(最大称量250g，感量0.5g)，小锤，漏斗。采样与制样采样在煤层新暴露面上采取煤样250g，地面打钻取样时取新鲜煤芯250g。煤样要附有标签，注明采样地点、层位、采样时间等。制样将所采煤样进行粉碎，筛分出粒度为0.2一0.25mm的煤样。每一煤样取2个试样，每个试样重3.5g。,75,瓦斯放散初速度指标(p)测定方法,测定步骤把2个试样用漏斗分别装入p测定仪的2个试样瓶中;启动真空泵对试样脱气1.5h；脱气1.5h后关闭真空泵，将甲烷瓶与试样瓶连接，充气(充气压力0.1MPa)使煤样吸附瓦斯1.5h；关闭试样瓶和甲烷瓶阀门，使试样瓶与甲烷瓶隔离；开动真空泵对仪器管道死空间进行脱气,使U型管汞真空计两端汞面相平；停止真空泵，关闭仪器死空间通往真空泵的阀门，打开试样瓶的阀门，使煤样瓶与仪器被抽空的死空间相连并同时启动秒表计时，10s时关闭阀门，读出汞柱计两端汞柱差pl(mm)，45s时再打开阀门，60s时关闭阀门，再一次读出汞柱计两端差p2(mm)；,76,瓦斯放散初速度指标(p)测定方法,瓦斯放散初速度指标的计算瓦斯放散初速度指标按下式计算：pp2一pl同一煤样的两个试样测出,p值之差不应大于1，否则需要重新进行测定。,77,煤的坚固性系数(f)的测定方法,二、煤的坚固性系数(f)的测定方法仪器设备及用具捣碎筒，计量筒，分样筛(孔径20mm、30mm和05mm个)，天平(最大称量1000g，感量05g)，小锤、漏斗、容器。,78,煤的坚固性系数(f)的测定方法,采样与制样沿新暴露的煤层厚度的上、中、下部各采取块度为10cm左右的煤样两块，在地面打钻取样时应沿煤层厚度的上、中、下部各采取块度为l0cm的煤芯两块。煤样采出后应及时用纸包上并浸蜡封固(或用塑料袋包严)，以免风化；煤样要附有标签，注明采样地点、层位、时间等；在煤样携带、运送过程中应注意不得摔碰；把煤样用小锤碎制成2030mm的小块，用孔径为20或30mm的筛子筛选；称取制备好的试样50g为一份，每5份为一组，共称为取三组。,79,煤的坚固性系数(f)的测定方法,测定步骤将捣碎筒放置在水泥地板或2cm厚的铁板上，放入试样一份，将24kg重锤提高到600mm高度，使其自由落下冲击试样，每份冲击3次，把5份捣碎后的试样装在同一容器中：把每组(5份)捣碎后的试样一起倒入孔径05mm分样筛中筛分，筛至不再漏下煤粉为止；把筛下的粉末用漏斗装入计量筒内，轻轻敲打使之密实，然后轻轻插入具有刻度的活塞尺与筒内粉末面接触。在计量筒口相平处读取数l(即粉末在计量筒内实际测量高度，读至毫米)。当l30mm时，冲击次数n，即可定为3次，按以上步骤继续进行其他各组的测定。当l30mm时，第一组试样作废，每份试样冲击次数n改为5次，按以上步骤进行冲击、筛分和测量，仍以每5份作一组，测定煤份高度l。,80,煤的坚固性系数(f)的测定方法,坚固性系数的计算坚固性系数按下式计算f=20n/l式中f-坚固性系数;n-每份试样冲击次数,次;l-每组试样筛下煤粉的计量高度，mm。测定平行样3组(每组5份)，取算数平均值，计算结果取一位小数。,81,煤的坚固性系数(f)的测定方法,软煤坚固性系数的确定如果取得的煤样粒度达不到测定值所要求粒度(2030mm)，可采取粒度为13mm的煤样按上述要求进行测定，并按下式换算：当f1-3025时，f=1.57f1-3-0.14当025时，ff13式中f1-3-粒度为13mm时煤样的坚固性系数。,82,钻屑瓦斯解吸指标（h1、k1),三、钻屑瓦斯解吸指标（h1、k1)钻屑量的测定钻屑量可用重量法或容量法测定：重量法。每钻lm钻孔，收集全部钻屑，用弹簧秤称重；容量法。每钻lm钻孔，收集全部钻屑，用量具测量钻屑体积。,83,钻屑瓦斯解吸指标（h1、k1),钻屑瓦斯解吸指标(简称钻屑解吸指标)的测定方法钻屑解吸指标(h2)的测定。打钻时，在预定的位置取出钻屑，用孔径l和3mm的筛子筛分(lmm的筛子在下，3mm的筛子在上)，将筛分好的1一3mm粒度的试样装入MD一2型解吸仪的煤样瓶中，试样装至煤样瓶刻度线水平(10g左右)，自钻孔打至该采样段起经3min后，启动秒表，转动三通阀，使煤样瓶与大气隔离，在2min时记录解吸仪的读数，该值即为h2，单位为Pa。,84,钻屑瓦斯解吸指标（h1、k1),钻屑解吸指标(K1)的测定。打钻取样同1)，使用仪器为ATY型突出预测仪，测量方法如下：每钻进2m，取一次钻屑作解吸特征测定。取样时，把秒表、筛子准备好(个lmm的筛子在下，3mm的筛子在上)，钻孔钻到预定深度时，用组合筛子在孔口接钻屑，同时启动秒表，一面取样，一面筛分，当钻屑量不少于100g时，停止取样，并继续进行筛分，最后把已筛分好的13mm的煤样装入ATY仪器的煤样罐内，盖奸煤样罐，准备测试。当秒表走到t0时(通常规定t0为1-2min)，启动仪器采样键进行测定，经5min后，当仪器显示t。时，用键盘输入t0，按监控键。仪器显示L0，输入L0，按监控键，仪器进行计算，并显示Fi，此值即为K1值。整个测定完成，可进行下一个煤样的测定。,85,钻屑瓦斯解吸指标（h1、k1),在钻头直径为42mm时，如考虑到煤的松散系数(=1.3)则S1=1.8Lm，并且沿钻孔长度是一个常数。钻头进入高应力状态下的煤体时，由于瓦斯压力的作用使煤体破碎。在危险带S2O.5Lm，在非危险带S2=O。在地压作用下钻孔发生变形，因而钻杆不断研磨煤体，产生S3。计算和实测的结果分别为：危险带S3算=8.8Lm，S3测=15.8Lm；非危险带S3算=2.0Lm，S3测=1.9Lm。在突出危险带中，在钻孔壁变形的同时发生冒落，煤的破坏愈高，打钻延续时间愈长，含瓦斯愈多，煤冒落愈厉害，这就是突出危险带钻屑量高的原因。,86,钻屑量S,四、钻屑量S采用该法预测时，在工作面打2个(倾斜和急倾斜煤层)或3个(缓倾斜煤层)直径42mm、长610m的钻孔。钻孔每打1m测定钻屑量一次，每打2m测一次钻屑解吸指标。根据每个钻孔沿孔深每米的最大钻屑量Smax钻屑解吸指标K1或h2，预测工作面突出危险性。钻屑量测量时要求每打1m测定一次，测定方法可用重量法或容量法：重量法。每钻1m钻孔，收集全部钻屑，用弹簧秤称重；容量法。每钻1m钻孔，收集全部钻屑，用量具测量钻屑体积。钻屑瓦斯解吸指标的临界值应根据现场实测数据确定。如无实测数据，可按表1确定石门揭煤突出危险性。,87,表1煤巷钻屑指标法临界值,88,钻屑量S,这种预测方法是综合性的，因为同时考虑了工作面的应力状态、物理力学性质、瓦斯含量，即考虑了决定突出危险的主要因素。钻孔的钻屑量S(Lm)计算如下：S=S1S2S3式中S1根据钻孔直径计算的钻屑量；S2由于瓦斯能量释放造成的钻屑量；S3由于地压能量释放造成的钻屑量。,89,钻屑量S,在钻头直径为42mm时，如考虑到煤的松散系数(=1.3)则S1=1.8Lm，并且沿钻孔长度是一个常数。钻头进入高应力状态下的煤体时，由于瓦斯压力的作用使煤体破碎。在危险带S2O.5Lm，在非危险带S2=O。在地压作用下钻孔发生变形，因而钻杆不断研磨煤体，产生S3。计算和实测的结果分别为：危险带S3算=8.8Lm，S3测=15.8Lm；非危险带S3算=2.0Lm，S3测=1.9Lm。在突出危险带中，在钻孔壁变形的同时发生冒落，煤的破坏愈高，打钻延续时间愈长，含瓦斯愈多，煤冒落愈厉害，这就是突出危险带钻屑量高的原因。,90,钻屑量S,试验证明，煤的破坏类型越高，则煤的解吸速度越大；突出区煤样的瓦斯解吸量，远比非突出危险区大。钻屑量主要考虑了煤层的强度性质和应力状态，而在煤样暴露时间和粒度相同时，h值综合反应了煤的破坏程度和瓦斯压力(含量)这两个与突出危险性密切有关的因素。因此，把钻屑量与瓦斯涌出初速度结合在一起来预测突出危险性是合适的。,91,钻孔瓦斯涌出初速度Q,五、钻孔瓦斯涌出初速度Q钻孔瓦斯涌出初速度是指在煤层中按规定的技术要求施工钻孔，在达到预定深度，2min时，在规定长度钻孔内涌出的瓦斯流量。用符号qm或q表示，其单位为Lmin或Lmmin。,92,钻孔瓦斯涌出初速度Q,测定原理用电煤钻或风煤钻带动螺旋钻杆，在煤层中钻进42mm钻孔，每钻进1m或钻进到预定深度，退出钻杆，送入封孔器，用打气筒充气封孔，然后用流量计测定打钻结束后2min时规定长度钻孔的瓦斯流量。其测定方法示意图见图1。,1流量计；2压力表；3导气管；4封孔器；5测量室管；6测量室；7钻孔壁,图1钻孔瓦斯涌出初速度测定方法示意图,93,钻孔瓦斯涌出初速度Q,仪表及工具测定装置：测量室管长度有05m和10m两种规格。封孔器压气密封系统的工作压力不小于02MPa，并且在停止充气后每分钟的压力降低值不得超过002MPa。应保证封孔段的长度不小于150mm。导气管当瓦斯流量为5Lmin时，导气管内孔的总阻力不大于300Pa。压力表量程为006MPa，准确度应优于25级。,94,钻孔瓦斯涌出初速度Q,流量计量程应包括130Lmin的流量范围，准确度应优于25级。流量计应符合相应的国家计量检定规程的规定。常用工具：秒表一只。地质罗盘一个。皮卷尺(规格：5m)一个。扳手(规格：200mm)二把。管钳(规格：300mm)二把。钢丝钳一把。,95,钻孔瓦斯涌出初速度Q,测定过程钻孔布置煤巷掘进工作面：用钻孔瓦斯涌出初速度法进行突出危险性预测或防突措施效果检验时，应在掘进工作面煤层的软分层中靠近巷道两帮，至少各打一个平行于巷道掘进方向、直径4