本發(fā)明涉及一種煤層突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：
煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦井下生產(chǎn)過(guò)程中的一種極其嚴(yán)重的煤礦動(dòng)力災(zāi)害，其表現(xiàn)為在短時(shí)間內(nèi)噴出大量煤巖和瓦斯，突出發(fā)生后人員很難迅速發(fā)生反應(yīng)并逃生，故該事故嚴(yán)重威脅著煤礦工人的生命安全，是制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素。我國(guó)是世界上煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的國(guó)家之一，我國(guó)煤與瓦斯突出礦井占世界突出礦井總數(shù)的45％，為全世界煤與瓦斯突出次數(shù)之最。近年來(lái)，隨著開采深度的加深，突出危險(xiǎn)性也日益增大。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性刻不容緩。為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)性，防治煤與瓦斯突出災(zāi)害的發(fā)生，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理進(jìn)行了長(zhǎng)期研究，結(jié)果表明瓦斯是影響煤與瓦斯突出的重要因素之一，為此將煤層瓦斯含量作為預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)之一，當(dāng)瓦斯含量<8m3/t，則鑒定為無(wú)突出危險(xiǎn)性煤層，而當(dāng)瓦斯含量>8m3/t時(shí)，則鑒定為突出危險(xiǎn)煤層。由此可知瓦斯含量測(cè)定的準(zhǔn)確性直接影響到煤層突出危險(xiǎn)性的判定結(jié)果，故準(zhǔn)確測(cè)定煤層瓦斯含量對(duì)判定煤層突出危險(xiǎn)性有重要意義。現(xiàn)有瓦斯含量測(cè)定方法分為直接法和間接法，直接法測(cè)定煤層瓦斯含量需要井下打鉆取樣，井下解吸及實(shí)驗(yàn)室測(cè)定等步驟，測(cè)定工藝復(fù)雜。通過(guò)該方法測(cè)定的瓦斯含量包括：井下解吸瓦斯量、鉆孔損失瓦斯量、地面解吸量、粉碎解吸量和常溫、常壓下不可解吸的瓦斯量五部分，其中鉆孔損失瓦斯量是通過(guò)井下瓦斯解吸數(shù)據(jù)解吸規(guī)律，采用法推算得到的。除鉆孔損失瓦斯量，其余瓦斯含量是在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定得到的。由上述描述可知，直接法不僅測(cè)定工藝復(fù)雜，且其中的損傷瓦斯量受解吸規(guī)律的準(zhǔn)確性及取樣時(shí)間的影響，其推算的準(zhǔn)確性，將直接影響瓦斯含量測(cè)定結(jié)果。故有學(xué)者提出了間接法測(cè)定煤層瓦斯含量方法，該方法需要在井下實(shí)測(cè)煤層真實(shí)瓦斯壓力，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)定單一粒徑煤樣的吸附常數(shù)(a、b值)、孔隙率、灰份、水份等數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算確定煤層瓦斯含量，因煤層是一種嚴(yán)重非均質(zhì)介質(zhì)，不同礦區(qū)、不同煤層，煤樣在相同力作用下的破碎程度不同，形成包含各種粒徑的煤粉，而不同粒徑煤粉的物理力學(xué)性質(zhì)存在差異，吸附解吸性能亦存在差異，故采用單一粒徑煤樣測(cè)定煤層瓦斯含量不能反應(yīng)所測(cè)煤層瓦斯含量真實(shí)值，導(dǎo)致鑒定結(jié)果不準(zhǔn)確等，甚至造成重大事故和無(wú)法挽回的損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提供一種煤層突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)方法，針對(duì)煤層不均質(zhì)特征，提出一種可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層瓦斯含量的方法，對(duì)準(zhǔn)確判定煤層突出危險(xiǎn)性具有重要作用。本發(fā)明提供的一種煤層突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)方法，采用配比粒徑法測(cè)定煤層瓦斯含量，包括以下步驟：步驟1.取樣：由于原生煤和構(gòu)造煤在煤化作用階段的壓力、溫度及作用時(shí)間不同，故其結(jié)構(gòu)存在差異，粒徑組成亦存在不同；為此，配比粒徑法測(cè)定煤層瓦斯含量，所需煤樣應(yīng)選擇同一礦區(qū)所測(cè)煤層的構(gòu)造煤與原生煤。步驟2.獲得構(gòu)造煤粒徑分布：獲得構(gòu)造煤粒徑分布需對(duì)構(gòu)造煤進(jìn)行篩分，具體過(guò)程為將現(xiàn)場(chǎng)采集的構(gòu)造煤煤樣分為2組，每組質(zhì)量為200g，進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，將兩組煤樣在實(shí)驗(yàn)室分別進(jìn)行篩分，即將構(gòu)造煤煤樣依次通過(guò)4mm、3mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.2mm、0.08mm規(guī)格煤樣篩，得到<0.08mm，0.08-0.2mm，0.2-0.25mm，0.25-0.5mm，0.5-1mm，1-3mm，3-4mm，>4mm八種粒徑段煤樣，將各粒徑段煤樣進(jìn)行稱重，獲得各粒徑區(qū)間di構(gòu)造煤樣的質(zhì)量百分比將各粒徑區(qū)間的煤樣分別放入磨口玻璃瓶中保存待用；步驟3.仿構(gòu)造煤的制備：構(gòu)造煤粒徑分布是仿構(gòu)造煤的依據(jù)；從破碎程度上將原生煤仿制成構(gòu)造煤，使得仿構(gòu)造煤和構(gòu)造煤的粒徑分布相同。為保持原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤受力類型的一致性，不可以對(duì)原生結(jié)構(gòu)煤進(jìn)行破碎，而是直接對(duì)原生結(jié)構(gòu)煤進(jìn)行篩分，獲得與構(gòu)造煤一致的粒徑區(qū)間，保證各粒徑區(qū)間的煤樣在200g以上，將各粒徑區(qū)間的煤樣分別放入磨口玻璃瓶中保存待用；依據(jù)構(gòu)造煤的粒徑分布及各粒徑段的質(zhì)量百分比，配制200g仿構(gòu)造煤，即選取di粒徑區(qū)間的煤樣克，將各粒徑區(qū)間煤樣均勻配比即可。步驟4.測(cè)定仿構(gòu)造煤各粒徑區(qū)間及混合煤樣的吸附/解吸等溫線：采用langmuir吸附等溫式Q＝abP/(1+bP)進(jìn)行擬合，獲得各粒徑段煤樣的吸附常數(shù)值及混合煤樣的aP、bP值；步驟5.獲得仿構(gòu)造煤各粒徑區(qū)間及混合煤樣的克煤瓦斯吸附量：分別通過(guò)以下兩種方式計(jì)算：方法一：是結(jié)合各粒徑段煤樣的質(zhì)量百分比以及吸附常數(shù)求得粒徑區(qū)間di對(duì)應(yīng)的克煤瓦斯吸附量進(jìn)而根據(jù)仿構(gòu)造煤的質(zhì)量百分比，獲得混合煤樣的克煤瓦斯吸附量方法二：可以直接用配比粒徑仿構(gòu)造煤樣的吸附常數(shù)aP、bP值，獲得對(duì)應(yīng)仿構(gòu)造煤樣的克煤瓦斯吸附量上述公式中，為各粒徑區(qū)間di對(duì)應(yīng)構(gòu)造煤樣的質(zhì)量百分比，％；a、b為L(zhǎng)angmuir吸附常數(shù)；P為煤層測(cè)定地點(diǎn)瓦斯壓力，MPa；為粒徑區(qū)間di對(duì)應(yīng)的Langmuir吸附常數(shù)；aP、bP為仿構(gòu)造混煤對(duì)應(yīng)的Langmuir吸附常數(shù)；為粒徑區(qū)間di對(duì)應(yīng)的克煤瓦斯吸附量,mL/g；為根據(jù)仿構(gòu)造煤的質(zhì)量百分比，通過(guò)計(jì)算獲得的混合煤樣的克煤瓦斯吸附量,mL/g；Qp為直接用配比粒徑仿構(gòu)造煤樣的吸附常數(shù)aP、bP值，獲得的仿構(gòu)造煤樣的克煤瓦斯吸附量,mL/g；步驟6.確定最終瓦斯含量：為了提高預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性的準(zhǔn)確性，采用最大化則，對(duì)比及Qp，取其中的最大值為最終瓦斯含量。步驟7、預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性：據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》可知，煤層瓦斯含量作為預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)之一，當(dāng)瓦斯含量<8m3/t，則鑒定為無(wú)突出危險(xiǎn)性煤層，而當(dāng)瓦斯含量≥8m3/t時(shí)，則鑒定為突出危險(xiǎn)煤層。本發(fā)明的有益效果：考慮到煤層是一種嚴(yán)重非均質(zhì)介質(zhì)，不同礦區(qū)、不同煤層，煤樣在相同力作用下的破碎程度不同，形成包含各種粒徑的煤粉，而不同粒徑煤粉的物理力學(xué)性質(zhì)存在差異，吸附解吸性能亦存在差異，故采用單一粒徑煤樣測(cè)定煤層瓦斯含量不能反應(yīng)所測(cè)煤層瓦斯含量真實(shí)值，導(dǎo)致鑒定結(jié)果不準(zhǔn)確等，甚至造成重大事故和無(wú)法挽回的損失。采用本發(fā)明中一種煤層突出危險(xiǎn)性的預(yù)測(cè)方法可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層瓦斯含量，為瓦斯抽采和事故預(yù)防可以起到一定的幫助。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的測(cè)定原理流程圖。圖2為各粒徑段煤樣吸附等溫線。具體實(shí)施方式下面通過(guò)實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。實(shí)施例1：本發(fā)明是提出預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的一種新指標(biāo)，從現(xiàn)場(chǎng)工作面隨機(jī)選取煤樣，進(jìn)行密封運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。將現(xiàn)場(chǎng)取得的煤樣進(jìn)行破碎，求得破碎功，使得該破碎功等于瓦斯膨脹能，對(duì)破碎后的煤樣進(jìn)行篩分，得到N種粒徑煤樣并對(duì)破碎后各粒徑區(qū)間di煤樣的質(zhì)量分布百分比進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試各粒徑段煤樣的瓦斯吸附/解吸等溫線并用Langmuir方程進(jìn)行擬合得到各粒徑段煤樣的極限吸附量及壓力常數(shù)進(jìn)而求得配比粒徑煤樣在給定壓力P下的克煤瓦斯吸附量以貴州馬場(chǎng)煤礦為例，具體步驟如下：步驟1.取樣：由于原生煤和構(gòu)造煤在煤化作用階段的壓力、溫度及作用時(shí)間不同，故其結(jié)構(gòu)存在差異，粒徑組成亦存在不同。為此，配比粒徑法測(cè)定煤層瓦斯含量，所需煤樣應(yīng)選擇同一礦區(qū)所測(cè)煤層的構(gòu)造煤與原生煤。從而從破碎程度上將原生沒仿制成構(gòu)造煤，使得仿構(gòu)造煤和構(gòu)造煤的粒徑分布相同。步驟2.獲得構(gòu)造煤粒徑分布：構(gòu)造煤粒徑分布是仿構(gòu)造煤的依據(jù)，獲得構(gòu)造煤粒徑分布需對(duì)構(gòu)造煤進(jìn)行篩分，具體過(guò)程為將現(xiàn)場(chǎng)采集的構(gòu)造煤煤樣分為2組，每組質(zhì)量為200g，進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，將兩組煤樣在實(shí)驗(yàn)室分別進(jìn)行篩分，即將構(gòu)造煤煤樣依次通過(guò)4mm、3mm、1mm、0.5mm、0.25mm、0.2mm、0.08mm規(guī)格煤樣篩，得到<0.08mm，0.08-0.2mm，0.2-0.25mm，0.25-0.5mm，0.5-1mm，1-3mm，3-4mm，>4mm八種粒徑段煤樣，將各粒徑段煤樣進(jìn)行稱重，獲得各粒徑段構(gòu)造煤樣的質(zhì)量百分比表1各粒徑段區(qū)間煤樣質(zhì)量分布步驟3.仿構(gòu)造煤的制備：仿構(gòu)造煤的粒徑分布與構(gòu)造煤的一致，此外，為保持原生結(jié)構(gòu)煤和構(gòu)造煤受力類型的一致性，不可以對(duì)原生結(jié)構(gòu)煤進(jìn)行破碎，而是直接對(duì)原生結(jié)構(gòu)煤進(jìn)行篩分，獲得與構(gòu)造煤一致的粒徑區(qū)間，保證各粒徑區(qū)間的煤樣在200g以上。將各粒徑區(qū)間的煤樣分別放入磨口玻璃瓶中保存待用。依據(jù)構(gòu)造煤的粒徑分布，配制200g仿構(gòu)造煤，即選取di粒徑區(qū)間的煤樣克，將各粒徑區(qū)間煤樣均勻配比即可。步驟4.測(cè)定仿構(gòu)造煤各粒徑區(qū)間及混合煤樣的吸附/解吸等溫線，見圖2所示。采用langmuir吸附等溫式Q＝abP/(1+bP)進(jìn)行擬合，獲得各粒徑段煤樣的吸附常數(shù)值及仿構(gòu)造煤樣的aP、bP值。表2各粒徑區(qū)間煤樣的a、b值及仿構(gòu)造煤樣的aP、bP值步驟5.獲得仿構(gòu)造煤各粒徑區(qū)間及混合煤樣的克煤瓦斯吸附量：分別通過(guò)以下兩種方式計(jì)算：方法一：是結(jié)合各粒徑段煤樣的質(zhì)量百分比以及吸附常數(shù)求得粒徑區(qū)間di對(duì)應(yīng)的克煤瓦斯吸附量進(jìn)而根據(jù)仿構(gòu)造煤的質(zhì)量百分比獲得混合煤樣的克煤瓦斯吸附量方法二：可以直接用配比粒徑仿構(gòu)造煤樣的吸附常數(shù)aP、bP值，獲得對(duì)應(yīng)仿構(gòu)造煤樣的克煤瓦斯吸附量馬場(chǎng)煤礦突出地點(diǎn)瓦斯壓力P為1.83MPa，將其代入上述方法中所示公式，獲得這兩種方法的克煤瓦斯含量值。見表3所示。表3仿構(gòu)造煤各粒徑區(qū)間及混合煤樣的克煤瓦斯吸附量步驟6.確定最終瓦斯含量：為了提高預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性的準(zhǔn)確性，采用最大化則，對(duì)比及Qp，取其中的最大值為最終瓦斯含量。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，得出最終瓦斯含量為14.579mL/g，即14.579m3/t。步驟7、預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性：據(jù)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》可知，煤層瓦斯含量作為預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)之一，當(dāng)瓦斯含量<8m3/t，則鑒定為無(wú)突出危險(xiǎn)性煤層，而當(dāng)瓦斯含量>8m3/t時(shí)，則鑒定為突出危險(xiǎn)煤層。因本實(shí)例中的最終瓦斯含量>8m3/t，故其具有突出危險(xiǎn)性。