最大钻屑量Smax和钻屑解吸指标Δh2

最大钻屑量Smax和钻屑解吸指标Δh2

综述

采用该法预测时，在工作面打2个(倾斜和急倾斜煤层)或3个(缓倾斜煤层)直径42mm、长6～10 m的钻孔。钻孔每打1 m测定钻屑量一次，每打2 m测一次钻屑解吸指标。根据每个钻孔沿孔深每米的最大钻屑量Smax钻屑解吸指标K1或Δh2，预测工作面突出危险性。

钻屑量测量时要求每打1m测定一次，测定方法可用重量法或容量法：重量法。每钻1m钻孔，收集全部钻屑，用弹簧秤称重；容量法。每钻1m钻孔，收集全部钻屑，用量具测量钻屑体积。

钻屑瓦斯解吸指标的临界值应根据现场实测数据确定。如无实测数据，可按表2确定石门揭煤突出危险性。

表2 煤巷钻屑指标法临界值

S maxΔh2突出危险性

kg/m L/m Pa

≥6 <6≥5.4

<5.4

≥200

<200

有突出危险

无突出危险技术原理

这种预测方法是综合性的，因为同时考虑了工作面的应力状态、物理力学性质、瓦斯含量，即考虑了决定突出危险的主要因素。

钻孔的钻屑量S(L／m)计算如下：

式中S1—根据钻孔直径计算的钻屑量；

S2——由于瓦斯能量释放造成的钻屑量；

S3——由于地压能量释放造成的钻屑量。

在钻头直径为42 mm时，如考虑到煤的松散系数(σ=1.3)则S1=1.8 L／m，并且沿钻孔长度是一个常数。

钻头进入高应力状态下的煤体时，由于瓦斯压力的作用使煤体破碎。在危险带S2≥O.5 L／m，在非危险带S2=O。

在地压作用下钻孔发生变形，因而钻杆不断研磨煤体，产生S3。

计算和实测的结果分别为：危险带S3算=8.8 L／m，S3测=15.8 L／m；非危险带S3算=2.0 L ／m，S3测=1.9 L／m。

在突出危险带中，在钻孔壁变形的同时发生冒落，煤的破坏愈高，打钻延续时间愈长，含瓦斯愈多，煤冒落愈厉害，这就是突出危险带钻屑量高的原因。

在煤样暴露时间和粒度相同时，△h值综合反应了煤的破坏程度和瓦斯压力(含量)这两个与突出危险性密切有关的因素。试验证明，煤的破坏类型越高，则煤的解吸速度越大(图1)；突出区煤样的瓦斯解吸量，远比非突出危险区大(图2)。

图1不同破坏类型煤样Δh2值随时间的图2 炮眼煤样Δh2值随时间变化曲线

变化曲线(煤样粒度1～3 mm，1—北票台吉立井550 m水平东1／2石门9层(突出)；

充瓦斯压力0.2 MPa) 2—北票冠山三井-330 m水平东1／2石门10层(突出)；1、2、3、4、5—分别为3—北票台吉四井-370 m水平东1石门5A层(非突出)；

Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类煤样4—北票台吉四井-370 m水平东2石门10层(非突出)

该指标为煤炭科学研究总院抚顺分院研究提出的，为了测定解吸指标△h2，设计了MD-l

型解吸指标测定仪。打钻孔或炮眼时，从煤钻屑中取出固定粒度(1～3 mm)和一定质量(100 g)的煤样，经暴露了3 min后，向某一体积空间解吸瓦斯，用该空间压力的变化(即△h2)来表征煤样解吸出的瓦斯量。

试验证明，煤的破坏类型越高，则煤的解吸速度越大(图1)；突出区煤样的瓦斯解吸量，远比非突出危险区大(图2)。钻屑量主要考虑了煤层的强度性质和应力状态，而在煤样暴露时间和粒度相同时，△h值综合反应了煤的破坏程度和瓦斯压力(含量)这两个与突出危险性密切有关的因素。因此，把钻屑量与瓦斯涌出初速度结合在一起来预测突出危险性是合适的。

特点及适用范围

钻屑指标法预测采煤工作面的突出危险性是根据每个钻孔沿孔深每米的最大钻屑量S max和钻屑解吸指标Δh2是否超过临界值，如果指标等于或大于临界值，该采煤工作面预测为突出危险工作面，反之为无突出危险工作面。

用最大钻屑量S max和钻屑解吸指标Δh2预测，关键在于两个指标的取得。测定解吸指标Δh2，选用MD—2型解吸指标测定仪。打钻孔时，从煤钻屑中取出固定粒度(1～3mm)和一定质量(100g)的煤样，经暴露3min后，向某一体积空间解吸瓦斯，用该空间压力的变化(即Δh2)来表征煤样解吸出的瓦斯量。

装备配置

根据不同的地质条件，可以采用不同的装备，但总的说来，要顺利完成效果检验，对装备有以下要求：

钻机电机及附属电气设备必须是防爆型。钻机体积小，轻便，便于拆卸及搬迁。钻机能打任意角度的钻孔。取样用的筛子φ1mm，φ3mm各一个。弹簧称及量具有足够的精度，称量准确。

MD—2型煤钻屑瓦斯解吸仪。该仪器为煤科总院抚顺分院研制，结构见图3，仪器由水柱计1、解吸室2、煤样罐3、三通活塞4和两通活塞5组成。另配有1mm和3mm的取样小筛子1套、秒表1块。仪器主体为一整块有机玻璃，外形尺寸为270mm×120mm×34mm，质量为0.8kg。

图3 MD一2型煤钻屑瓦斯解吸仪结构示意图

水柱计；2—解吸室；3—煤样罐4—三通活塞；5—两通活塞

应用案例

(1)应用范围条件

本技术适用于各种条件煤层的突出危险性预测，作业地点要求有足够的风量和风压，以保证取样人员的安全。

(2)应用的具体技术描述

采用该法预测时，在工作面打2个(倾斜和急倾斜煤层)或3个(缓倾斜煤层)直径42mm、长6～10m的钻孔。钻孔每打1m测定钻屑量一次，每打2m测一次钻屑解吸指标。打钻时，在预定的位置取出钻屑，用孔径1和3mm的筛子筛分(φ1mm的筛子在下，φ3mm的筛子在上)，将筛分好的φ1～3mm粒度的试样装入MD—2型解吸仪的煤样瓶中，试样装至煤样瓶刻度线水平(10g左右)，自钻孔打至该采样段起经3min后，启动秒表，转动三通阀，使煤样瓶与大气隔离，在2min时记录解吸仪的读数，该值即为Δh2，单位为Pa。

(3)应用效果

采用钻屑指标法预测突出危险性时，各项指标的危险临界值应根据现场实测资料确定，如无实测资料，按表2确定突出危险性。当预测为无突出危险时，每预测循环应留有2m的预测超前距