YTC-10煤與瓦斯突出預測儀

工作原理與應用目錄1.概述2.預警與預測3.預測方法與指標4.預警概述5.YTC-10工作原理6.儀器使用注意事項1.概述煤與瓦斯突出是煤礦的重大自然災害，因其具有突發性，對生產與人員會造成重大的傷害。我國從50年代至今，已發生超過一萬次以上的突出。現在我國每年仍會發生數百次煤與瓦斯突出。為了防治它，過去國家曾頒布“防治煤與瓦斯突出細則”，2009年8月1日又頒布并執行了“防治煤與瓦斯突出規定”。根據規定第四章局部綜合防突措施的要求，首先要進行工作面預測，將采掘工作面分為突出危險工作面和無突出危險工作面。突出危險工作面必須采取工作面防突措施，并進行措施效果檢驗。經檢驗證實措施有效后，即判定為無突出危險工作面，然后用安全措施施工。

國家規定的工作面預測方法有：

1.鉆屑指標法，指標有△h2、K1;2.復合指標法，指標有q和S.3.R指標法;R=(Smax-1.8)(qmax-4)所有的參數都需要專門的儀表和標準的測量方法來測出。目前國內有重慶煤科分院生產的wtc突出預測儀；重慶煤科分院生產的鉆孔瓦斯涌出初速度測定儀；撫順煤科分院生產的△h2測定儀；突出礦井自行制造的儀器。突出預測儀器制造主要集中在撫順和重慶兩個煤科院2.預警與預測預警與預測是兩個不同的概念1.預警是對工作面突出危險和未來的發展趨勢進行判斷，屬于動態預測范疇。2預測是對突出危險工作面某一局部范圍進行定點測量，得出預測結論。屬于靜態預測范疇。目前我國仍處于靜態階段，動態預測（預警）仍處于起步階段。動態預測是連續不斷獲取必要參數得出的結論，是今后發展的方向。3.預測方法與指標3.1突出機理（綜合說）突出三大要素（1）應力（地壓）主要是采掘工作后應力重新分布所形成的應力。（2）煤層中的瓦斯含量。（3）煤的物理力學性質。突出是三大突出要素相互影響，互相制約后的產物。3.1.1應力工作面應力動態變化是受采掘工作后工作面應力重新分布的結果。工作面的應力梯度變化受工作面煤層力學性質的影響。正常的最高應力位置應位于工作面前方4～6m處。應力梯度越大，工作面突出危險性越高。應力突變時容易發生突出。3.1.1.1應力測量方法目前仍沒有很好的手段對工作面應力狀態進行實時絕對值測量，國內外測量工作面的應力狀態，普遍使用鉆屑量（S)指標。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判斷標準值42mm鉆孔每米鉆孔正常的鉆屑量為1.8L/m。當超過正常值的3倍時（5.4L/m）進入危險狀態。用重量判斷其指標值為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.搬運被應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性。4.瓦斯量的大小是突出煤的一個重要性能指標。但瓦斯含量大的煤并不一定是突出危險煤層。判斷煤層突出危險瓦斯壓力的臨界指標值P≥0.74Mpa;瓦斯含量≥8m3/t瓦斯含量測定必須采用直接法測量，瓦斯壓力必須實測。3.2.1瓦斯因素測量與指標3.2.1.1.按防治煤與瓦斯突出規定要求，在軟分層中打鉆孔直徑42mm的鉆孔，鉆孔長度8~10m.孔數根據預測地點類型按規定選取。煤鉆進2m，取樣測定△h2或K1

，選取全孔最大值作為判斷的依據。當k1≥0.5mlL/(g×min0.5);△h2≥200Pa時煤層有突出危險。3.2.1.2鉆孔瓦斯涌出初速度（復合指標法）按防治煤與瓦斯突出規定要求，在軟分層中打鉆孔直徑42mm的鉆孔，鉆孔長度8~10m.孔數根據預測地點類型按規定選取。鉆孔每鉆進1m測定該1m段內的全部鉆屑量（S)，并在暫停鉆進后2min內測定鉆孔瓦斯涌出初速度q（測量室長度為1m）。判斷指標；q≥5;鉆屑量（S)≥6Kg/m或5.4L/m時為突出危險工作面。3.2.1.3R指標法此法來源與原蘇聯，按防治煤與瓦斯突出規定布孔，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。用下式計算R=(Smax-1.8)(qmax-4)當R≥6時為突出危險工作面3.3煤的物理力學性質1.煤的物理性質決定了煤的瞬間解吸速度，是突出煤層的一項重要特征。△h2、K1

，就是依據此原理進行工作面預測工作。2煤的力學性變化與應力重新分布有關。3.力學性質在現場還沒有合適的儀器供測量使用。只能取樣在實驗室中用落錘法測定，4只有三種因素完美的組合后才能發生突出現象。4.預警概述預警是對突出三因素進行動態監控。目前預警的方法有：1.聲發射監控2.天然電磁波監控3，瓦斯濃度實時分析監控。聲發射可實施實時測量監控，它主要判斷地壓活動因素。指標單一，用于沖擊地壓活動效果明顯。目前存在的問題是信號分離與判斷技術尚未攻克。天然電磁波的強度變化，除和地質沉積環境有關外，只要與應力活動有關。目前存在的問題是背景環境對其測量影響較大，對沖擊地壓有明顯的效果。瓦斯濃度實時分析監控，是比較有發展前途的一種預警手段，已引起一些人員的注意。過去曾經用V30指標。有一定效果。后因煤礦安全監控系統普遍使用，為開展此項工作提供了一個很好的工作平臺。目前已在一些礦井安裝使用了瓦斯濃度實時分析監控與突出危險診斷系統，取得了一定的防治突出效果。5.YTC-10工作原理Y-TC10是根據瓦斯量因素設計出的測定裝置。瓦斯從煤中的解吸規律符合下列方程式式中V——時間為t時的瓦斯解吸速度，cm3／g·min；Va——開始測定時的瓦斯解吸速度，cm3／g·min；t——開始測定的時間，min;kt——煤樣瓦斯解吸速度的時間特性指數。當開始測定的時t1=1時，則上式可表示為：中V1——在1min時的瓦斯解吸速度，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——卸壓后時間為t時的瓦斯解吸量，cm3/g；a——常數，當t=1時的初始瓦斯解吸量；i——與煤結構有關的解吸系數（稱破壞類型系數）。從公式中看出a的大小除受控于V1外，還和i值有明顯的關系。當i定為0.5時，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），但實測結果乘冪值是個變數，煤的解吸規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預測儀中增加了煤結構系數（乘冪值）以改K1判斷上的不足。5.1煤結構指標（i）Y-tc10除了使用K1指標外，由于它僅能反映瓦斯含量和煤層結構的混合指標，當瓦斯含量為定值時，k1隨煤結構系數的減小而增大，同時，當煤層結構系數不變時，k1又隨煤層中的瓦斯含量增高而增加。但煤的突出危險性主要受控與煤的結構（煤的強度）當k1變大時并不一定是煤層突出危險性增強，反之，不一定煤層突出危險性降低，因而本儀器新增加了計算煤的結構系數指標（i)。5.2煤結構指標判斷值K1采用的i值為常數值，定為0.5；實驗證明，當測試煤樣的粒徑為1～3mm時，突出嚴重的煤層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，測定的煤層從煤結構來看，具有突出危險。同時根據k1值綜合判斷煤層的突出危險性。當i值大于0.5，且k1大于0.5，表明煤層的強度增加，突出危險性降低（仍采用規定中的判斷標準，上述判斷方法為輔助判斷方法避免低值標突出）當k1為0.5時，絕大數的煤層瓦斯壓力為0.74Mpa.5.3修正指標k2K1指標主要考慮到煤層瓦斯含量，但煤層強度也是突出的重要因素之一。必須加以考慮。Y-TC10增加了煤層堅固性系數快速測定裝置F-1型堅固性系數快速測定儀。將測定儀的壓縮程度直接輸入到Y-TC10儀器中就直接計算出K2數值。K2計算公式如下：5.4K2的判斷值應注意K2為輔助判斷指標（K1為法定判斷指標）當K2≥2.5時為突出危險工作面，反之為無突出危險工作面，本指標作為法定指標判斷后的輔助指標使用，以免發生低值標突出。5.5F1型堅固性系數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恒壓進行壓縮至穩定。將其壓縮長度的絕對值，作為指標，并與校正值鏡像講古性系數換算。得出堅固性系數。其換算公式如下：f=7.0586e-0.308xX-----為壓縮長度mmf------堅固性系數F1儀器外觀圖外形圖F-1型儀器結構圖結構圖5.6K1,i計算方法（實例）實測定數據用最小二乘方計算出k1并做成圖5.7i值計算K1為直線方程式的斜率斜率愈大越危險i值計算將實測值Q與測定時間值T3同時取ln,并用最小而