[发明专利]一种基于钻孔煤屑尺寸分布状况的突出预测方法与装置

说明书

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。

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S_max、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。