鉆孔初始瓦斯流量法預(yù)測石門揭煤突出危險性的實驗研究.pdf

1、在各種類型的煤與瓦斯突出中，石門揭煤突出平均強(qiáng)度最大。而且隨著開采深度的增加，石門揭煤突出危險性越來越大，嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)。研究可靠的石門揭煤突出危險性預(yù)測方法，對保障煤礦安全揭開煤層與提高礦井經(jīng)濟(jì)效益均具有非常重要的現(xiàn)實意義。目前的一些預(yù)測方法從煤礦現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，對于解決石門揭煤突出問題起到了一定的作用，但也存在一些問題。例如預(yù)測指標(biāo)敏感性不高；測定瓦斯壓力的孔數(shù)有限、準(zhǔn)確度不高、步驟復(fù)雜且測定時間長等。因此，有必要對石門揭煤

2、突出危險性預(yù)測方法開展進(jìn)一步的探索和研究。
　　本文以河南薛湖、山西豐匯、山東王晁、河北伍仲和河南義絡(luò)五個礦區(qū)煤樣為研究對象，采用理論分析和實驗室實驗相結(jié)合的方法，提出了一種新的預(yù)測方法，即鉆孔初始瓦斯流量法。首先對這種方法用于預(yù)測石門揭煤突出危險性的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了研究。然后通過大量的實驗，獲取了足夠多的鉆孔初始瓦斯流量樣本，其中有不突出的樣本，也有突出的樣本。最后應(yīng)用判別分析法對所有樣本進(jìn)行分析，獲得了鉆孔初始瓦斯流量指標(biāo)的突出

3、臨界值。本文主要研究成果與結(jié)論如下：
　?。?）研制了長圓形的突出煤層模擬裝置及其相配套的鉆孔初始瓦斯流量檢測裝置，它們共同組成了實驗室測定鉆孔初始瓦斯流量的裝置。利用該裝置測定了直徑為42 mm的鉆頭揭開煤層后行進(jìn)1 m整個過程的鉆孔初始瓦斯流量，共進(jìn)行了50次鉆孔施工和鉆孔初始瓦斯流量數(shù)據(jù)的采集，其中包括48組有效數(shù)據(jù)和2組無效數(shù)據(jù)，無效數(shù)據(jù)是由鉆孔鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的強(qiáng)烈噴孔現(xiàn)象所致。
　?。?）通過對48組有效鉆孔初始瓦

4、斯流量數(shù)據(jù)的分析，獲得了鉆孔初始瓦斯流量隨瓦斯壓力和氣體種類的變化規(guī)律。對于同一煤樣和同種氣體，瓦斯壓力越高，鉆孔初始瓦斯流量越大；在相同瓦斯壓力條件下，對同一煤樣充入CO2時打鉆得到的鉆孔初始瓦斯流量測定值大于充入N2時的測定值。
　?。?）在測定鉆孔初始瓦斯流量的條件下，測定了煤樣的初始釋放瓦斯膨脹能，據(jù)此對相應(yīng)鉆孔鉆進(jìn)的煤層是否具有突出危險性做出判定。
　?。?）根據(jù)鉆孔初始瓦斯流量的測定結(jié)果和煤層突出危險性的判定結(jié)果

5、得知，突出煤層的鉆孔初始瓦斯流量指標(biāo)測定值明顯比不突出煤層的測定值大，說明鉆孔初始瓦斯流量指標(biāo)對于突出煤層和不突出煤層具有很強(qiáng)的敏感性。
　?。?）利用相同的鉆孔初始瓦斯流量臨界值，可以同時把CO2和N2條件下的突出煤層和不突出煤層很好的區(qū)分開，所以鉆孔初始瓦斯流量法及其預(yù)測指標(biāo)對于含CO2的煤層和含N2的煤層均適用，并據(jù)此認(rèn)為該方法也同樣適用于含CH4的煤層，且具有相同的突出臨界值。
　?。?）應(yīng)用判別分析法對鉆孔初始瓦斯

6、流量測定數(shù)據(jù)和相應(yīng)的煤層突出危險性判定結(jié)果進(jìn)行分析，得到了鉆孔初始瓦斯流量指標(biāo)的弱突出臨界值和強(qiáng)突出臨界值，分別為36.63 L和80.85 L。對不突出和弱突出兩組樣本進(jìn)行回判的正確率為94.74％，對弱突出和強(qiáng)突出兩組樣本進(jìn)行回判的正確率為92.86%，較高的回判正確率說明得到的鉆孔初始瓦斯流量指標(biāo)突出臨界值是可靠的。
　?。?）利用突出模擬實驗結(jié)果對鉆孔初始瓦斯流量法預(yù)測石門揭煤突出危險性的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證，8次突出模擬實驗