K1、K2、S-、i及f指标简介

K1、K2、S 、i及f指标简介
1、煤与瓦斯突出的三因素
煤与瓦斯突出就是煤与瓦斯大量从工作面抛出，突出煤层要发生突出必须具备以下三个因素。

a.地压
靠近工作面必须有地压活动，地压是指由于采掘活动在采掘工作面附近形成地应力重新分布的结果。

它与采掘地点据地表的垂直深度与煤层的强度有关。

且成正比关系。

即煤层埋藏越深、煤的强度越大，则靠近工作面的应力集中程度就越高。

因此造成采掘工作面应力变化的最根本条件是煤层的强度变化，尤其是突变，即煤层的强度突然变软（由硬突然变软）。

b.瓦斯
煤层中的瓦斯是搬运突出煤的主要动力来源。

煤层中的瓦斯由两部分组成，一部分是游离状态的瓦斯，即存在煤块空隙空间的自由状态下的气体。

另一部分是吸附状态的瓦斯，在地压的作用下粘贴在煤的表面，就像早餐中的麻元团上的芝麻，芝麻只能在糯米团的表面粘一层，这种现象就叫吸附现象。

当环境压力下降后，吸附在煤表面的瓦斯就会从煤分子表面脱离出去，压力下将越大，瓦斯脱离的速度也越大，脱离的瓦斯量也越多。

煤层中的瓦斯的释放速度达到一定程度时，形成的强大瓦斯气流，就会将已被地压压破碎的煤块抛出工作面到较远的距离。

所以瓦斯突出必须具有一定的瓦斯解吸速度，举个例子：大家就会明白，为什么大风可以吹倒房屋，
并将物体吹到很远的地方，而微风却不会发生上述的现象。

另外由于工作面煤层的透气性较小（瓦斯气流在煤层中流动的阻力）在靠近工作面的地方就会形成形成个较高的瓦斯压力梯度，（梯度是指单位长度上的压力差值，即1端的瓦斯压力减去2端的瓦斯压力，其差值除以两端的距离），压力梯度越大，会形成工作面内部向采掘工作空间的推力，当其值大于煤层顶底板与煤层之间的阻力值时，工作面也会由于瓦斯压力梯度过大而发生破坏，形成突出。

c.煤层强度。

强度越小的物体在受到同样外力的作用下越容易遭到破坏，这是常识。

煤的强度越小其解吸速度越大。

煤的强度与煤层的构造有关（或与煤的坚固性系数有关）坚固性系数较小的煤，抗压能力低，其瓦斯解吸速度就高，突出危险性就越大。

综上所述，煤与瓦斯突出是个复杂的动力现象，它与地压、瓦斯含量、瓦斯解吸速度以及煤层强度有密切的关系。

只有充分考虑了这些因数，才能准确地预测出煤与瓦斯突出的危险。

YTC-10型瓦斯突出预测仪采用综合指标预测的方法，包含了K1（瓦斯含量、瓦斯解吸速度）、S（地压）、i（煤的破坏类型）和f（煤的强度）等与突出密切相关的指标，经过专用传感器的数据采集和16位单片微机的数据处理，自动判断出煤层突出的危险程度。

2、钻屑瓦斯解吸指标K1：
K1值反映煤层瓦斯含量及卸压初期瓦斯解吸速度的大小，用钻屑试样在卸压初期一段时间（5min）瓦斯解吸曲线的斜率表示，单位为cm3/g·min1/2。

防突细则中规定的临界值为0.5 cm3/g·min1/2。

K1值越大表明瓦斯解吸速度越大，煤层中积聚的瓦斯就越多，积聚瓦斯产生的压力就增加的越快，煤层突出危险性就越大。

3、钻屑量S：
在煤层中打直径42mm的钻孔，每米钻孔深度排出的煤粉量叫钻屑量，通常用S表示，单位为L/m或kg/m。

防突细则中规定的临界值为6.0kg/m。

钻屑量综合反映煤层的强度和地压的大小，当地应力一定时，在煤层软分层中打42mm的钻孔时，在钻孔周围就会形成卸压圈，煤层强度越低，卸压范围越大，卸压圈内由于煤体的膨胀变形发生松动，钻孔发生收缩，当钻头不断的切屑时，就会产生多于钻头直径切削范围内的钻屑量。

超出数量越大，表明煤层强度越低。

突出危险越高；当煤层强度一定时，地应力越大所形成的卸压范围越大，钻屑量也就越多。

因而钻屑量一般是地压和煤层强度的综合指标。

钻屑量正常值为1.8L/m,或2.5Kg/m，超出此值的2.5～３倍时，就会有发生突出或冲击地压的可能。

4、煤层坚固性系数F:
煤层坚固性系数F值由煤的强度决定的，F值的大小直接反映煤
的强度的大小。

众所周知物体的强度的大小表明其抗破坏的能力的大小，强度越低，抗破坏的能力就越低，越容易遭到破坏。

再者煤强度越低其解吸瓦斯的速度越大，所以煤强度越低其突出危险性也就越大。

5、破坏类型系数i：
I值根据煤的瓦斯解吸量随时间变化的关系计算出来的，表现为瓦斯解吸量随时间变化的斜率，也是反映煤层强度的一个物理量。

i 值越小表示该煤层的强度越低，煤的解吸速度越高，突出危险性越大。

i值的临界值取0.5，当i值小于0.5时，煤层突出危险大增，当大于0.5时，突出危险性会明显下降。

6、钻屑瓦斯解吸综合指标K2：
瓦斯解吸速度与煤层强度成反比关系。

因此，需用用煤的强度（煤的坚固性系数进行校准，校准方法是将k1值除以坚固性系数）,得出综合指标k2.
K2值综合反映煤层瓦斯含量、卸压初期瓦斯解吸速度以及煤的坚固性系数的大小，它与瓦斯解吸速度成正比，而与煤的坚固性系数成反比。

K2临界值一般取2.5。

钻屑瓦斯解吸综合指标K2综合地反映煤层瓦斯含量、瓦斯解吸速度和煤的坚固性系数与瓦斯突出之间的关系，它不但考虑到钻屑瓦斯解吸指标K1，还加入了煤的坚固性系数，使得瓦斯突出预测的准确
度大大提高。

当煤层为无烟煤时，煤的坚固性系数又较大，超过或接近0.5时，就会出现K1很大，但煤层突出危险较低的现象。

反之当煤层瓦斯含量较低，但煤层的坚固性系数较小，小于0.2，会测出较小的k1值，但煤层具有较高的突出危险性。

所谓的高指标不突出，低指标突出的主要原因是没有将煤的强度指标考虑进去所致。

除此之外，有些矿井测量k1时测出的指标较小，但煤层具有较高的突出危险性，这也与煤层的强度有关。

因为煤层的强度直接影响煤的解吸速度，解吸速度高的煤层，在同样的取样期间已经有大量瓦斯解吸到大气中去了，所测的初始解吸速度较小，即便是修正，也无济于事，因而在实际应用钻屑解吸指标法时，应该注意到煤层强度的变化，但遗憾的是目前国家还没有同一的现场测定煤层坚固性系数的方法。