Y-TC10 煤与瓦斯突出预测仪(华教授)

YTC-10煤与瓦斯突出预测仪

工作原理与应用目录1.概述2.预警与预测3.预测方法与指标4.预警概述5.YTC-10工作原理6.仪器使用注意事项1.概述煤与瓦斯突出是煤矿的重大自然灾害，因其具有突发性，对生产与人员会造成重大的伤害。我国从50年代至今，已发生超过一万次以上的突出。现在我国每年仍会发生数百次煤与瓦斯突出。为了防治它，过去国家曾颁布“防治煤与瓦斯突出细则”，2009年8月1日又颁布并执行了“防治煤与瓦斯突出规定”。根据规定第四章局部综合防突措施的要求，首先要进行工作面预测，将采掘工作面分为突出危险工作面和无突出危险工作面。突出危险工作面必须采取工作面防突措施，并进行措施效果检验。经检验证实措施有效后，即判定为无突出危险工作面，然后用安全措施施工。

国家规定的工作面预测方法有：

1.钻屑指标法，指标有△h2、K1;2.复合指标法，指标有q和S.3.R指标法;R=(Smax-1.8)(qmax-4)所有的参数都需要专门的仪表和标准的测量方法来测出。目前国内有重庆煤科分院生产的wtc突出预测仪；重庆煤科分院生产的钻孔瓦斯涌出初速度测定仪；抚顺煤科分院生产的△h2测定仪；突出矿井自行制造的仪器。突出预测仪器制造主要集中在抚顺和重庆两个煤科院2.预警与预测预警与预测是两个不同的概念1.预警是对工作面突出危险和未来的发展趋势进行判断，属于动态预测范畴。2预测是对突出危险工作面某一局部范围进行定点测量，得出预测结论。属于静态预测范畴。目前我国仍处于静态阶段，动态预测（预警）仍处于起步阶段。动态预测是连续不断获取必要参数得出的结论，是今后发展的方向。3.预测方法与指标3.1突出机理（综合说）突出三大要素（1）应力（地压）主要是采掘工作后应力重新分布所形成的应力。（2）煤层中的瓦斯含量。（3）煤的物理力学性质。突出是三大突出要素相互影响，互相制约后的产物。3.1.1应力工作面应力动态变化是受采掘工作后工作面应力重新分布的结果。工作面的应力梯度变化受工作面煤层力学性质的影响。正常的最高应力位置应位于工作面前方4～6m处。应力梯度越大，工作面突出危险性越高。应力突变时容易发生突出。3.1.1.1应力测量方法目前仍没有很好的手段对工作面应力状态进行实时绝对值测量，国内外测量工作面的应力状态，普遍使用钻屑量（S)指标。测量钻屑量的测量钻孔必须打在软分层中，否则无效。测量值为相对指标值。测量钻孔为直径42mm的钻孔。长度为8～10m.测量每m钻孔的钻屑量（L/m)。3.1.1.2S判断标准值42mm钻孔每米钻孔正常的钻屑量为1.8L/m。当超过正常值的3倍时（5.4L/m）进入危险状态。用重量判断其指标值为s>6Kg/m.3.2瓦斯因素1.依靠煤层中的瓦斯压力破坏煤体，瓦斯压力的大小取决于煤层中的瓦斯含量。2.搬运被应力和瓦斯压力破坏后的煤块靠煤层中的瓦斯量。煤的瞬间解吸速度决定搬运破碎煤所需的瓦斯量。3.只有在瞬间能聚集大量瓦斯能力的煤才具有突出危险性。4.瓦斯量的大小是突出煤的一个重要性能指标。但瓦斯含量大的煤并不一定是突出危险煤层。判断煤层突出危险瓦斯压力的临界指标值P≥0.74Mpa;瓦斯含量≥8m3/t瓦斯含量测定必须采用直接法测量，瓦斯压力必须实测。3.2.1瓦斯因素测量与指标3.2.1.1.按防治煤与瓦斯突出规定要求，在软分层中打钻孔直径42mm的钻孔，钻孔长度8~10m.孔数根据预测地点类型按规定选取。煤钻进2m，取样测定△h2或K1

，选取全孔最大值作为判断的依据。当k1≥0.5mlL/(g×min0.5);△h2≥200Pa时煤层有突出危险。3.2.1.2钻孔瓦斯涌出初速度（复合指标法）按防治煤与瓦斯突出规定要求，在软分层中打钻孔直径42mm的钻孔，钻孔长度8~10m.孔数根据预测地点类型按规定选取。钻孔每钻进1m测定该1m段内的全部钻屑量（S)，并在暂停钻进后2min内测定钻孔瓦斯涌出初速度q（测量室长度为1m）。判断指标；q≥5;钻屑量（S)≥6Kg/m或5.4L/m时为突出危险工作面。3.2.1.3R指标法此法来源与原苏联，按防治煤与瓦斯突出规定布孔，在软分层中打孔径42mm;孔深8~10m的钻孔，测定每米钻孔的瓦斯涌出初速度（q)和钻屑量（S)，取钻孔中q和S的最大值。用下式计算R=(Smax-1.8)(qmax-4)当R≥6时为突出危险工作面3.3煤的物理力学性质1.煤的物理性质决定了煤的瞬间解吸速度，是突出煤层的一项重要特征。△h2、K1

，就是依据此原理进行工作面预测工作。2煤的力学性变化与应力重新分布有关。3.力学性质在现场还没有合适的仪器供测量使用。只能取样在实验室中用落锤法测定，4只有三种因素完美的组合后才能发生突出现象。4.预警概述预警是对突出三因素进行动态监控。目前预警的方法有：1.声发射监控2.天然电磁波监控3，瓦斯浓度实时分析监控。声发射可实施实时测量监控，它主要判断地压活动因素。指标单一，用于冲击地压活动效果明显。目前存在的问题是信号分离与判断技术尚未攻克。天然电磁波的强度变化，除和地质沉积环境有关外，只要与应力活动有关。目前存在的问题是背景环境对其测量影响较大，对冲击地压有明显的效果。瓦斯浓度实时分析监控，是比较有发展前途的一种预警手段，已引起一些人员的注意。过去曾经用V30指标。有一定效果。后因煤矿安全监控系统普遍使用，为开展此项工作提供了一个很好的工作平台。目前已在一些矿井安装使用了瓦斯浓度实时分析监控与突出危险诊断系统，取得了一定的防治突出效果。5.YTC-10工作原理Y-TC10是根据瓦斯量因素设计出的测定装置。瓦斯从煤中的解吸规律符合下列方程式式中V——时间为t时的瓦斯解吸速度，cm3／g·min；Va——开始测定时的瓦斯解吸速度，cm3／g·min；t——开始测定的时间，min;kt——煤样瓦斯解吸速度的时间特性指数。当开始测定的时t1=1时，则上式可表示为：中V1——在1min时的瓦斯解吸速度，cm3／g·min。如果将（3）式积分后便会变成用乘幂方程描述的瓦斯解吸量公示（4）式，公式中的i为1-kt。用瓦斯解吸量描述解吸特征式中Q——卸压后时间为t时的瓦斯解吸量，cm3/g；a——常数，当t=1时的初始瓦斯解吸量；i——与煤结构有关的解吸系数（称破坏类型系数）。从公式中看出a的大小除受控于V1外，还和i值有明显的关系。当i定为0.5时，就是测定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响，不受乘幂的影响（乘幂是定值0.5），但实测结果乘幂值是个变数，煤的解吸规律并不完全符合平方根公式而是符合乘幂公式，因此在Y-TC预测仪中增加了煤结构系数（乘幂值）以改K1判断上的不足。5.1煤结构指标（i）Y-tc10除了使用K1指标外，由于它仅能反映瓦斯含量和煤层结构的混合指标，当瓦斯含量为定值时，k1随煤结构系数的减小而增大，同时，当煤层结构系数不变时，k1又随煤层中的瓦斯含量增高而增加。但煤的突出危险性主要受控与煤的结构（煤的强度）当k1变大时并不一定是煤层突出危险性增强，反之，不一定煤层突出危险性降低，因而本仪器新增加了计算煤的结构系数指标（i)。5.2煤结构指标判断值K1采用的i值为常数值，定为0.5；实验证明，当测试煤样的粒径为1～3mm时，突出严重的煤层i值小于0.5，一般为0.3～0.4之间。故采用小于0.5的煤样，测定的煤层从煤结构来看，具有突出危险。同时根据k1值综合判断煤层的突出危险性。当i值大于0.5，且k1大于0.5，表明煤层的强度增加，突出危险性降低（仍采用规定中的判断标准，上述判断方法为辅助判断方法避免低值标突出）当k1为0.5时，绝大数的煤层瓦斯压力为0.74Mpa.5.3修正指标k2K1指标主要考虑到煤层瓦斯含量，但煤层强度也是突出的重要因素之一。必须加以考虑。Y-TC10增加了煤层坚固性系数快速测定装置F-1型坚固性系数快速测定仪。将测定仪的压缩程度直接输入到Y-TC10仪器中就直接计算出K2数值。K2计算公式如下：5.4K2的判断值应注意K2为辅助判断指标（K1为法定判断指标）当K2≥2.5时为突出危险工作面，反之为无突出危险工作面，本指标作为法定指标判断后的辅助指标使用，以免发生低值标突出。5.5F1型坚固性系数快速测定仪工作原理测定煤样粒度为1～3mm,将煤样放入压缩筒中，呈自然堆积并装满，压缩筒直径为20mm,长度为60mm,用盖密封后，用1Mpa恒压进行压缩至稳定。将其压缩长度的绝对值，作为指标，并与校正值镜像讲古性系数换算。得出坚固性系数。其换算公式如下：f=7.0586e-0.308xX-----为压缩长度mmf------坚固性系数F1仪器外观图外形图F-1型仪器结构图结构图5.6K1,i计算方法（实例）实测定数据用最小二乘方计算出k1并做成图5.7i值计算K1为直线方程式的斜率斜率愈大越危险i值计算将实测值Q与测定时间值T3同时取ln,并用最小而