CN109779625B - 一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法与装置，利用高压气流冲击煤屑，在气流作用下，颗粒越小，漂移的距离越远；反之，颗粒越大，漂移的距离越近；不同漂移距离的煤屑所占比例是煤屑尺寸分布状况的真实反应；最终，将不同漂移距离的煤屑所占比例描绘成曲线，结合瑞利分布概率密度函数及曲线，找出漂移距离与煤屑所占比例关系曲线的特征值，通过该特征值反应出煤屑的尺寸分布状况，并采用该特征值作为突出预测指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种预测煤层突出危险性的方法与装置，特别是一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法与装置。
背景技术
根据煤与瓦斯突出的综合作用假说，煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力和煤体物理力学性质综合作用的结果；地应力和瓦斯压力越大，煤质越松软，瓦斯解吸速度越快，则越容易发生煤与瓦斯突出。
为解决突出煤层的安全开采问题，结合煤与瓦斯突出的综合作用假说，学者们提出了很多煤与瓦斯突出预测指标；主要包括瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、瓦斯膨胀能、煤的坚固性系数、钻屑瓦斯解吸指标k1和△h2、最大钻屑量Smax、钻孔瓦斯涌出初速度和综合指标D、K等。
上述煤与瓦斯突出预测指标的应用，为防治煤与瓦斯突出事故，提高突出煤层的安全开采水平，发挥了至关重要的作用。
由于煤与瓦斯突出机理的复杂性及不同煤田地质条件的差异性，这导致各指标在不同煤田突出预测中的敏感性存在着很大差异，甚至于指标的预测结果与实际突出危险性不符，最终导致煤与瓦斯突出事故时有发生，并造成重大人员伤亡和财产损失。
这就需要探索新的突出预测方法，并且《防治煤与瓦斯突出规定》也鼓励各企业自行摸索适合本矿区地质条件的突出预测方法。
在高地应力、高瓦斯压力及煤质松软的条件下，不仅容易发生煤与瓦斯突出，而且煤体容易破碎；并且在破碎后的煤样中，小颗粒所占比例相对较多，大颗粒相对较少。
因此，钻孔煤屑尺寸分布状况与煤体物理力学性质参数及国家法律推荐的预测指标参数等之间必然存在着联系，采用它来预测煤层突出危险性值得探索；并且在公开的文献上，尚未看到相关研究成果。为进一步丰富现有煤与瓦斯突出预测指标，提升突出煤层的安全开采水平，探索出一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法与装置显得尤为迫切。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出了一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法与装置。
本发明采用的技术方案是：一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法，利用高压气流冲击煤屑，在气流作用下，颗粒越小，漂移的距离越远；反之，颗粒越大，漂移的距离越近；不同漂移距离的煤屑所占比例是煤屑尺寸分布状况的真实反应；最终，将不同漂移距离的煤屑所占比例描绘成曲线，结合瑞利分布概率密度函数及曲线，找出漂移距离与煤屑所占比例关系曲线的特征值，通过该特征值反应出煤屑的尺寸分布状况，并采用该特征值作为突出预测指标。
一种实现上述预测方法的突出预测装置，包括储样罐、煤屑漂移通道、煤屑收集容器、充气装置和控制阀；所述煤屑漂移通道的横向水平设置，其一端连接储样罐；煤屑漂移通道的底部等距离安装多个煤屑收集容器；储样罐与充气装置连接，充气装置通过控制阀控制，当阀门打开，充气装置向储样罐内通入气体，将储样罐中的煤屑吹入煤屑漂移通道；煤屑在随气流移动的过程中受重力的作用下落，被煤屑收集容器收集。
所述煤屑漂移通道由多个直径相等的透明有机玻璃管首尾相接组成，两段有机玻璃管之间通过PVC塑料管进行拼接；有机玻璃管的纵截面为半圆形，其底面开设有能够安装煤屑收集容器的安装口。
有机玻璃管由PMMA材质构成，有机玻璃管的数量为6节，一节有机玻璃管的长度为30cm，直径为20cm，由PVC塑料管进行拼接后，为试验提供一个煤屑被吹动后的移动通道。
所述煤屑收集容器为带有刻度的透明有机玻璃管，管底设有出料口，并安装有阀门控制出料，管口向外扩张成漏斗状，与煤屑漂移通道的有机玻璃管底面的安装口连接。有机玻璃管设有刻度，最大量程为200ml，单位刻度为4ml，数量与煤屑漂移通道的有机玻璃管相同，用于接取吹落的煤屑，阀门用来取出和回收所用煤屑。
所述煤屑漂移通道的安装口和煤屑收集容器的管口对应设有向外伸出的凸缘，通过PVC塑料管进行连接；或者对应设有外螺纹、内螺纹，通过螺纹连接。
所述充气装置包括大充气管和小充气管，其中大充气管通过橡胶软管与小充气管连接，为小充气管充气，小充气管通过橡胶软管与储样罐连接；橡胶软管上分别安装控制阀。
所述储样罐的形状呈半圆锥状，圆锥的底面和顶端均设有开口，其中底端开口通过PVC塑料管与煤屑漂移通道连接，横端连接充气装置。储样罐用于装煤屑，最多可容纳体积为1000ml的煤屑。
本发明的有益效果是：一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法与装置；利用在井下钻孔时所取的煤屑，将煤屑装入该装置的储样罐中，以吹气的方式对不同破碎程度的煤屑进行尺寸划分，不同煤屑尺寸将依次掉落到不同的漏斗状有机玻璃管中，得出煤屑尺寸的分布规律，并与国家推荐的煤层突出指标参数与临界值相结合得出一个判定值，依据该判定值区预测煤层突出的危险性；该方法与装置是对煤层突出预测方法的补充，通过一种用来对煤屑尺寸分布状况进行测定的装置和分析煤屑尺寸分布规律结合国家推荐的突出预测指标和临界值这种新方法最终得出一个新的煤层突出危险性预测指标，使其进一步丰富了煤层突出预测指标和完善了煤层突出预测体系；对煤矿企业在预测煤层突出危险性的工作中具有很大的借鉴价值。
附图说明
图1为一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测置示意图。
图2为上述装置的剖面图。
图3为煤屑体积随煤屑尺寸等级变化的分布曲线图。
图中：1-储样罐；2-小充气管；3-控制阀；4-大充气管；5-橡胶管；6-控制阀；7-漏斗状有机玻璃管；8-有机玻璃管；9-PVC塑料管；10-阀门。
具体实施方式
以下对本装置的说明都参照附图说明的内容来开展。
如图1所示，本发明的一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测装置具体操作步骤如下：
1.先对装置进行组装，将储样罐1窄的一端与小充气管2连接，中间安设控制阀3，再将小充气管2与大充气装置4通过橡胶管5连接，同样中间设置有控制阀6。
2.将6个漏斗状有机玻璃管7分别与6节有机玻璃管8一个对一个进行拼接；之后用5个PVC塑料管9将各个有机玻璃管8进行拼接。
3.对漏斗状有机玻璃管7分别贴上不同煤屑尺寸级别的标签，级别总共分为六个等级，从左到右依次贴上Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，如图1所示；漏斗状有机玻璃管7的数量越多，煤屑尺寸划分越详细，则所得出的煤屑尺寸分布状况越精确。
4.将储样罐1与组装好的有机玻璃管8进行对接。
5.装置组装完毕后，开始井下工人打钻，并记录现场打钻时是否存在突出预兆，待打到预定位置时，将钻屑取出。
6.首先，测定国家法律法规推荐的预测指标的数值；再从所取的钻屑中随机挑选出1000ml煤样，作为实验煤样。
7.将实验煤样放置在储样罐1中，打开控制阀3，先用大充气管4向小充气管2内充气，同时闭合控制阀6，在向小充气管2充完足够的气体后，闭合控制阀3；打开控制阀6，让高压气流冲击实验煤样，煤样在气流作用下，进入有机玻璃管8的管道，煤样在重力作用下，沿途下沉；大颗粒漂移的距离近，小颗粒漂移的距离远。
8.关闭控制阀6，检查各漏斗状玻璃管7的煤屑体积，并绘制出煤屑体积随煤屑尺寸等级变化的分布曲线图，最后打开阀门10，对煤屑进行回收。
9.由于得出的分布曲线图符合瑞利分布曲线(如图3所示)，此时结合瑞利分布曲线图和瑞利分布方程：
x-煤屑尺寸等级；σ-为特征值；f(x)-煤屑体积。
可求出煤屑颗粒尺寸分布曲线的σ值，σ值即可作为新的突出预测指标值。
10.重复1-9的步骤，再在井下多打几组钻孔，进行多组测定，同时记录煤层是否出现突出预兆。
11.多组测定完毕后，对新的突出预测指标值的临界值进行考察，将新的预测指标值和测定的国家法律法规推荐预测指标的数值进行比对，当国家法律法规推荐预测指标的数值达到临界值并且有明显的突出预兆时，此时对应的新的煤层突出预测指标值的数值即为新的突出预测指标临界值。
12.在新的突出预测指标临界值考察的基础上，以后，每次预测可直接测定值，并与新的突出预测指标临近值进行比对，从而判断是否有突出危险性。
Claims (3)
1.一种实现钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法的预测装置，其特征在于，包括储样罐、煤屑漂移通道、煤屑收集容器、充气装置和控制阀；所述煤屑漂移通道的横向水平设置，其一端连接储样罐；煤屑漂移通道的底部等距离安装多个煤屑收集容器；储样罐与充气装置连接，充气装置通过控制阀控制，当阀门打开，充气装置向储样罐内通入气体，将储样罐中的煤屑吹入煤屑漂移通道；煤屑在随气流移动的过程中受重力的作用下落，被煤屑收集容器收集；所述煤屑漂移通道由多个直径相等的透明有机玻璃管首尾相接组成，两段有机玻璃管之间通过PVC塑料管进行拼接；有机玻璃管的纵截面为半圆形，其底面开设有能够安装煤屑收集容器的安装口；所述煤屑收集容器为带有刻度的透明有机玻璃管，管底设有出料口，并安装有阀门控制出料，管口向外扩张成漏斗状，与煤屑漂移通道的有机玻璃管底面的安装口连接；所述充气装置包括大充气管和小充气管，其中大充气管通过橡胶软管与小充气管连接，为小充气管充气，小充气管通过橡胶软管与储样罐连接；橡胶软管上分别安装控制阀；所述的突出预测方法为：利用高压气流冲击煤屑，在气流作用下，颗粒越小，漂移的距离越远；反之，颗粒越大，漂移的距离越近；不同漂移距离的煤屑所占比例是煤屑尺寸分布状况的真实反应；最终，将不同漂移距离的煤屑所占比例描绘成曲线，结合瑞利分布概率密度函数及其曲线，找出漂移距离与煤屑所占比例关系曲线的特征值，通过该特征值反应出煤屑的尺寸分布状况，并采用该特征值作为新的突出预测指标值，瑞利分布概率密度函数为：
其中，x-煤屑尺寸等级；σ-特征值；f(x)-煤屑体积，求出煤屑颗粒尺寸分布曲线的σ值，σ值作为新的突出预测指标值；进行多组新的突出预测指标值的测定，同时记录煤层是否出现突出预兆；多组测定完毕后，对新的突出预测指标值的临界值进行考察，将新的突出预测指标值和测定的国家法律法规推荐预测指标的数值进行比对，当国家法律法规推荐预测指标的数值达到临界值并且有明显的突出预兆时，此时对应的新的突出预测指标值的数值即为新的突出预测指标临界值；在新的突出预测指标临界值考察的基础上，以后每次预测直接测定值，并与新的突出预测指标临界值进行比对，从而判断是否有突出危险性。
2.根据权利要求1所述的一种实现钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法的预测装置，其特征在于，所述煤屑漂移通道的安装口和煤屑收集容器的管口对应设有向外伸出的凸缘，通过PVC塑料管进行连接；或者在煤屑漂移通道的安装口和煤屑收集容器的管口对应设有外螺纹、内螺纹，通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种实现钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法的预测装置，其特征在于，所述储样罐的形状呈半圆锥状，圆锥的底面和顶端均设有开口，其中底端开口通过PVC塑料管与煤屑漂移通道连接，横端连接充气装置；储样罐用于装煤屑，最多容纳体积为1000ml的煤屑。
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20220909 |