文章編號：1671?251X（2024）04?0121?07 ?DOI：10.13272/j.issn.1671-251x.2023100059

摘要：瓦斯放散初速度是鑒定煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的重要指標(biāo)之一?，F(xiàn)有研究未將煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)測試與突出鑒定的其他3個指標(biāo)（煤層瓦斯壓力、煤的破壞類型、煤的堅(jiān)固性系數(shù)）的測試有機(jī)結(jié)合?，F(xiàn)行瓦斯放散初速度測定方法基于?AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（?p）測定方法》，測定結(jié)果僅反映標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下瓦斯通過煤粒子向外釋放的難易程度，未考慮煤層瓦斯賦存的原位環(huán)境，無法準(zhǔn)確反映現(xiàn)場煤巖體內(nèi)部瓦斯向外釋放的災(zāi)害嚴(yán)重程度。針對上述問題，提出了一種原位瓦斯放散初速度測定裝置及方法：采用原始煤塊代替煤顆粒，用原始瓦斯成分代替甲烷，增加煤體所處瓦斯壓力、應(yīng)力、溫度環(huán)境，還原測定的原位環(huán)境。對某煤礦煤與瓦斯突出煤層進(jìn)行原位瓦斯放散初速度測定試驗(yàn)，得出結(jié)論：①隨著模擬瓦斯放散過程的進(jìn)行，瓦斯放散流量逐漸減小，隨時(shí)間大致呈負(fù)指數(shù)變化規(guī)律。用瓦斯流量表征原位瓦斯放散初速度，則ΔpQA=7.1 mmHg，ΔpQI=2.9 mmHg 。②隨著模擬放散過程的進(jìn)行，放散空間內(nèi)的瓦斯壓力逐漸增大，放散瓦斯壓力增大速度逐漸減小，瓦斯壓力隨時(shí)間變化大致呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。用放散瓦斯壓力表征原位瓦斯放散初速度，則ΔpPA=25 mmHg，ΔpPI=26.6 mmHg，ΔpPD=11 mmHg 。測定結(jié)果可綜合反映煤層賦存的雙重孔隙結(jié)構(gòu)、煤體的力學(xué)特性、煤體內(nèi)瓦斯的賦存能量、煤層賦存的地應(yīng)力和溫度等原位環(huán)境，真實(shí)反映煤礦井下發(fā)生突出危險(xiǎn)性程度。

關(guān)鍵詞：煤與瓦斯突出；突出危險(xiǎn)性鑒定；瓦斯放散初速度；原位環(huán)境；放散瓦斯壓力；放散瓦斯流量中圖分類號：TD712 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Research on the device and method for measuring the initial velocity of in-situ gas emission from coal

XUE Weichao1，2

（1. School of Mines， China University of Mining and Technology， Xuzhou 221116， China；

2. CCTEG Shenyang Research Institute， Fushun 113122， China）

Abstract： The initial velocity of gas emission is one of the important indicators for identifying the risk of coal and gas outburst. The existing research has not organically combined the testing of the initial gas emission rate indexof coal with the testing of the other three indicators for outburst identification （coal seam gas pressure， coal failure type， and coal solidity coefficient）. The current method for measuring the initial velocity of gas emission is based on AQ 1080-2009"Method for Measuring the Initial Velocity Index （?p） of Coal Gas Emission". The measurement results only reflect the difficulty of gas emission through coal particles under standard experimental conditions， without considering the in-situ environment of coal seam gas occurrence. The results cannot accurately reflect the severity of the disaster of gas emission inside the coal rock mass on site. In order to solve the above problems， the device and method for measuring the initial velocity of in-situ gas emission are proposed. The method replaces coal particles with original coal blocks， replaces methane with original gascomponents， increases the gas pressure， stress， and temperature environment in which the coal body is located. The method restores the in-situ environment for measurement. A in-situ gas emission initial velocity measurement experiment is conducted by use of coal samples from coal and gas outburst coal seams in a certain coal mine. The conclusions are listed as follows.① With the simulation of gas emission process， the gas emission flow rate gradually decreases and shows a negative exponential change law with time. The gas flow rate is used to characterize the initial velocity of in-situ gas emission， then ΔpQA=7.1 mmHg， ΔpQI=2.9 mmHg.② As the simulation of the gas emission process progresses， the gas pressure in the emission space gradually increases， and the rate of gas pressure increase gradually decreases. The gas pressure changes roughly with time in a logarithmic function relationship. The emission gas pressure is used to characterize the initial velocity of in-situ gas emission， then ΔpPA=25 mmHg， ΔpPI=26.6 mmHg， ΔpPD=11 mmHg. The measurement results can comprehensively reflect the dual pore structure of coal seams， the mechanical properties of coal bodies， the energy of gas occurrence in coal bodies， the in-situ environment of stress and temperature in coal seams， and truly reflect the degree of outburst danger in coal mines underground.

Key words： coal and gas outburst; outburst danger identification; initial velocity of gas emission; in situ environment; emission gas pressure; emission gas flow rate

0引言

煤與瓦斯突出（簡稱突出）是破碎的煤、巖和瓦斯在地應(yīng)力和瓦斯耦合作用下突然向采掘空間拋出的動力現(xiàn)象，是影響煤礦安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害。突出機(jī)理尚不完全清楚。目前防治的基本流程是先對煤層進(jìn)行突出危險(xiǎn)性評估或鑒定，其中采用單項(xiàng)指標(biāo)測定法鑒定所需的4個單項(xiàng)指標(biāo)分別為煤層瓦斯壓力、煤的破壞類型、煤的堅(jiān)固性系數(shù)和煤的瓦斯放散初速度。

煤的瓦斯放散初速度是反映煤層突出危險(xiǎn)性的關(guān)鍵指標(biāo)，其表征煤的微觀結(jié)構(gòu)，反映煤放散瓦斯的能力[1-4]。我國學(xué)者對煤的瓦斯放散初速度的影響因素和特性進(jìn)行了大量研究[5]。雷紅艷[6]基于多元線性回歸統(tǒng)計(jì)，得出常壓瓦斯吸附量、瓦斯吸附常數(shù)和煤的堅(jiān)固性系數(shù)是對煤的瓦斯放散初速度影響最顯著的3個煤樣參數(shù)。郭懷廣等[7]認(rèn)為煤的瓦斯放散初速度與突出強(qiáng)度、突出距離及相對突出強(qiáng)度之間存在正相關(guān)關(guān)系。曹垚林[8]研究了高壓吸附條件下煤樣在0～60 s 內(nèi)的瓦斯放散初速度規(guī)律，發(fā)現(xiàn)10～60 s 內(nèi)瓦斯放散初速度?p10～60和0～60 s 內(nèi)瓦斯放散初速度?p0～60基本上保持正比例關(guān)系，部分煤樣在前10 s 內(nèi)已放散出大部分瓦斯。富向等[9]研究了熱力?動力復(fù)合變質(zhì)煤的瓦斯放散特征，認(rèn)為瓦斯放散速度曲線符合冪函數(shù)變化趨勢，熱力?動力復(fù)合變質(zhì)煤吸附瓦斯能力較正常煤更強(qiáng)。周秀紅等[10]認(rèn)為要取軟分層的構(gòu)造煤樣，且在煤樣原始水分的條件下測量瓦斯放散初速度，才能確保突出鑒定的準(zhǔn)確性。

現(xiàn)有研究未將煤的瓦斯放散初速度測試與突出鑒定的其他3個單項(xiàng)指標(biāo)測試有機(jī)結(jié)合，導(dǎo)致表征突出危險(xiǎn)的4個單項(xiàng)指標(biāo)臨界值松散、不緊湊。此外，現(xiàn)行煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)測定方法沒有反映煤礦現(xiàn)場真實(shí)存在的原位環(huán)境問題。針對上述問題，本文提出一種原位瓦斯放散初速度測定裝置及方法。

1現(xiàn)行瓦斯放散初速度測定方法存在的問題

煤的瓦斯放散初速度名義上是指煤在初始揭露后，煤中瓦斯向外界空間逸散的速度。但實(shí)際上，煤的瓦斯放散初速度在?AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（?p）測定方法》中定義為“3.5 g 定規(guī)粒度的煤樣在0.1 MPa壓力下吸附瓦斯后向固定真空空間釋放時(shí)，用壓差（?p）（mmHg）表示的10～60 s 時(shí)間內(nèi)釋放出瓦斯量指標(biāo)”。這是現(xiàn)行的煤的瓦斯放散初速度測定所采用的表征方法。該方法在煤層突出危險(xiǎn)性鑒定方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但也存在以下缺點(diǎn)。

1）該方法測定前對煤樣進(jìn)行處理，篩分出粒度為0.20～0.25 mm 的煤樣，取3.5 g。這樣無法體現(xiàn)出原位煤樣節(jié)理裂隙的結(jié)構(gòu)特性，而原位煤作為一種雙重孔隙結(jié)構(gòu)的巖體，其節(jié)理裂隙對瓦斯的吸附與解吸、放散與運(yùn)移具有重要作用[4， 11-13]，進(jìn)而影響突出發(fā)生。

2）該方法取煤樣測定其在0.1 MPa 時(shí)10～60 s 內(nèi)向固定真空空間釋放的瓦斯量，是固定壓差下的煤中瓦斯導(dǎo)流能力測試，忽略了煤層賦存的結(jié)構(gòu)特征[14]、煤體的力學(xué)特性、煤層內(nèi)瓦斯的“游離?吸附”動態(tài)平衡和瓦斯的賦存能量大小[15]，單純表征標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下瓦斯通過煤粒向外釋放的難易程度，不足以準(zhǔn)確反映現(xiàn)場煤巖體內(nèi)部瓦斯向外釋放的災(zāi)害嚴(yán)重程度。

3）該方法在實(shí)際測定中所采用的瓦斯為甲烷氣體（CH4）。雖然煤礦井下的瓦斯主要成分為?CH4，但還含有二氧化碳（CO2）、氮?dú)猓∟2）及其他碳?xì)錃怏w（C2?C8）。且不同礦井的煤層瓦斯各氣體成分種類和體積分?jǐn)?shù)不同，不同氣體成分在煤中的吸附?解吸規(guī)律也不同，有的甚至差別很大[16-17]，特別是存在?CO2突出的情況。因此，單純用一種氣體來測定瓦斯放散初速度不能準(zhǔn)確反映煤礦現(xiàn)場的突出危險(xiǎn)性程度。

4）地應(yīng)力是誘發(fā)突出的重要因素[18]，地應(yīng)力的大小影響瓦斯向外解吸的速度?，F(xiàn)行的煤的瓦斯放散初速度測定方法沒有反映出煤中瓦斯向外放散時(shí)地應(yīng)力的影響。

5）溫度是影響煤中瓦斯解吸放散的重要因素[19-20]，現(xiàn)行的煤的瓦斯放散初速度測定方法不能反映現(xiàn)場煤層突出狀態(tài)的真實(shí)溫度條件。

現(xiàn)行方法測定結(jié)果反映的是標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件下瓦斯通過煤粒向外釋放的難易程度，僅能表征突出危險(xiǎn)的一個側(cè)面，是單一指標(biāo)，不足以準(zhǔn)確反映現(xiàn)場煤巖體內(nèi)部瓦斯向外釋放的災(zāi)害嚴(yán)重程度。

2原位瓦斯放散初速度測定裝置及方法

鑒于現(xiàn)行煤的瓦斯放散初速度測定方法存在的問題，提出了一種原位瓦斯放散初速度測定裝置及方法：采用原始煤塊代替煤顆粒，用原始瓦斯成分代替甲烷，增加現(xiàn)行測定方法欠缺的煤體所處瓦斯壓力、應(yīng)力、溫度環(huán)境，還原測定的原位環(huán)境，提高煤的瓦斯放散初速度測定準(zhǔn)確性。

2.1測定裝置

煤的原位瓦斯放散初速度測定裝置包括抽真空模塊、管路、原位瓦斯氣體制備模塊、原位環(huán)境模擬模塊、瓦斯放散模塊、PLC 控制模塊，如圖1所示。原位瓦斯氣體制備模塊含有數(shù)個儲氣容器，每個儲氣容器內(nèi)存儲單一瓦斯組分氣體，如?CH4，N2，?CO2，C2?C8。每個儲氣容器出口各有1個閥門控制氣體流出，流出的氣體由對應(yīng)的流量傳感器記錄出氣量。各組分氣體流出后流至氣體混合室內(nèi)充分混合，然后先經(jīng)增壓泵將氣體壓力增加到實(shí)測的煤層瓦斯壓力大小，再經(jīng)過溫度控制器調(diào)節(jié)溫度。原位瓦斯氣體制備模塊通過閥門5管連接原位環(huán)境模擬模塊，通過閥門6管連接抽真空模塊。

原位環(huán)境模擬模塊包括應(yīng)力加載機(jī)、原位煤樣或型煤、原位環(huán)境室、壓力傳感器3、溫度傳感器2。應(yīng)力加載機(jī)加載在原位環(huán)境室的外殼上，壓力傳感器3與溫度傳感器2安設(shè)在原位環(huán)境室內(nèi)部。原位環(huán)境模擬模塊通過閥門7管連接抽真空模塊，通過閥門9管連接瓦斯放散模塊，通過閥門5管連接原位瓦斯氣體制備模塊。原位環(huán)境室上安裝有實(shí)時(shí)監(jiān)測氣體參數(shù)的壓力傳感器3和溫度傳感器2，實(shí)時(shí)監(jiān)測、記錄并顯示原位環(huán)境室內(nèi)的氣體壓力和氣體溫度，并將氣體的壓力和溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給 PLC 控制模塊。原位環(huán)境室具有規(guī)則的形狀，用于放置原位煤樣或型煤。原位環(huán)境室的外面為剛性，剛性面外接電液伺服控制的應(yīng)力加載機(jī)，剛性面與剛性面的連接為柔性密封連接。原位環(huán)境室密封耐壓不低于3 MPa。

瓦斯放散模塊包括閥門9、監(jiān)測放散流量的流量傳感器5、瓦斯放散空間、監(jiān)測放散空間氣體壓力的壓力傳感器2、閥門10、放氣口。瓦斯放散模塊通過閥門9管連接原位環(huán)境模擬模塊，通過閥門8管連接抽真空模塊。模塊中的放散空間具有放氣口，原位環(huán)境室內(nèi)的瓦斯釋放至放散空間時(shí)途經(jīng)流量傳感器5，用于表征瓦斯放散速度。

PLC 控制模塊如圖2所示。該模塊與流量傳感器1—流量傳感器5、壓力傳感器1—壓力傳感器3、溫度傳感器1、溫度傳感器2電連接，獲取其信號并進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)計(jì)算處理；與閥門1—閥門10、增壓泵、溫度控制器、真空泵電連接，根據(jù)內(nèi)部算法控制其動作。

PLC 控制模塊可輸入待測煤層的原位瓦斯參數(shù)及環(huán)境參數(shù)，包括煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量、三維地應(yīng)力（σ1，σ2，σ3）、煤層瓦斯氣體組分、煤層溫度、煤礦井下采掘巷道大氣壓力，根據(jù)各溫度傳感器和壓力傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合輸入?yún)?shù)，自動進(jìn)行計(jì)算并判斷，進(jìn)而驅(qū)動受控元件動作。

2.2測定方法

基于煤的原位瓦斯放散初速度測定裝置[21]，提出了一種煤的原位瓦斯放散初速度測定方法，具體步驟如下。

1）獲取實(shí)測的原位瓦斯參數(shù)及環(huán)境參數(shù)。

2）根據(jù)原位環(huán)境參數(shù)中的瓦斯成分，將不同的氣體進(jìn)行混合，通過增壓裝置和溫控裝置控制其壓力和溫度，使制備的原位瓦斯氣體組分、壓力、溫度符合原位環(huán)境參數(shù)。

3）對原位環(huán)境室中的測試煤樣加載，得到三維地應(yīng)力。將制備好的原位瓦斯氣體充入原位環(huán)境室。放散空間壓力調(diào)整至符合原位環(huán)境參數(shù)的煤礦井下采掘巷道大氣壓力。

4）連通原位環(huán)境室與瓦斯放散空間，進(jìn)行原位瓦斯氣體放散，并獲取原位條件下第三標(biāo)定時(shí)間段（如0～60 s）內(nèi)瓦斯放散流量 Q（t）和放散空間壓力 P（t），t 為時(shí)間。

5）瓦斯放散流量?Q（t）對時(shí)間?t 的導(dǎo)數(shù)即為原位瓦斯流量放散速度νQ（t），放散空間壓力?P（t）對時(shí)間?t 的導(dǎo)數(shù)即為原位瓦斯壓力放散速度νP（t）。特別地，記錄?t=10 s 和?t=60 s 時(shí)的原位瓦斯流量放散速度νQ（10）和νQ（60）、原位瓦斯壓力放散速度νP（10）和νP（60），即可得出?AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（Δp）測定方法》標(biāo)準(zhǔn)框架體系下，用瓦斯流量表征的原位瓦斯放散速度ΔpQ=νQ（60）?νQ（10），用瓦斯壓力表征的原位瓦斯放散速度ΔpP=νP（60）?νP（10）。同時(shí)還可對νQ（t）和νP（t）求導(dǎo)，得出原位瓦斯流量放散速度衰減曲線及原位瓦斯壓力放散速度衰減曲線。

3測定裝置及方法試驗(yàn)

某礦為突出礦井，S 煤層為突出煤層?，F(xiàn)場取煤樣，測定該煤層的原位瓦斯放散初速度。

3.1原位環(huán)境參數(shù)測定

根據(jù)《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》，測得?S101工作面回風(fēng)巷距離開口處800 m 的?S 煤層瓦斯壓力（相對）為0.52 MPa。采用水壓致裂法測得該處的地應(yīng)力σ1=35 MPa，σ2=20 MPa，σ3=16 MPa。根據(jù)?GB/T 23250?2009《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》測得?S 煤層的自然瓦斯成分——?N2，CH4，CO2，C2?C8的體積分?jǐn)?shù)分別為85.39%，12.56%，0.88%，1.17%。采用測溫導(dǎo)線法測得 S 煤層的溫度為22.4℃， 采用空氣盒氣壓計(jì)測得煤礦井下采掘巷道 S101工作面回風(fēng)巷處的大氣壓力為96 kPa 。

3.2測定裝置氣密性檢測

關(guān)閉閥門1—閥門4、閥門10，打開閥門5—閥門9，開啟真空泵，觀測壓力傳感器2，當(dāng)其壓力為?10 kPa 時(shí)，關(guān)閉真空泵。觀察10 min，若壓力傳感器2的示數(shù)沒有明顯變化，證明測定裝置密封性良好。

3.3原位瓦斯氣體制備

通過控制閥門1—閥門4和對應(yīng)的流量傳感器，使?N2、CH4、CO2、C2?C8的體積比例為85.39∶12.56∶0.88∶1.17。將總計(jì)10 L 的4種氣體通過配套管路排進(jìn)氣體混合室充分混合，關(guān)閉閥門1—閥門4。通過增壓泵使混合氣體的壓力增加至原煤瓦斯壓力0.52 MPa，其間通過壓力傳感器1來監(jiān)測、記錄并顯示混合氣體壓力變化。之后將混合氣體通過配套管路排至溫度控制器，使混合氣體溫度達(dá)到原煤溫度22.4℃， 其間通過溫度傳感器來監(jiān)測、記錄并顯示溫度控制器內(nèi)的混合氣體溫度。整個過程中閥門5、閥門6始終處于關(guān)閉狀態(tài)。由此制備得到具有原位煤層瓦斯壓力和溫度的原位瓦斯氣體。

3.4原位環(huán)境模擬

通過煤礦井下定點(diǎn)取樣的方式取測試地點(diǎn)塊狀煤樣，用切割機(jī)制成5 cm×5 cm×5 cm 的原煤試塊。將試塊放入原位環(huán)境室，通過應(yīng)力加載機(jī)三向同時(shí)逐漸加載，使得三維地應(yīng)力σ1=35 MPa，σ2=20 MPa，σ3=16 MPa。關(guān)閉閥門7、閥門9，打開閥門5，將制備好的原位瓦斯氣體充入原位環(huán)境室，持續(xù)5～10 min，完成一次充氣過程。關(guān)閉閥門5、閥門6、閥門8和閥門9，打開閥門7，打開真空泵，釋放原位環(huán)境室內(nèi)的氣體。觀察氣體壓力傳感器的示數(shù)，示數(shù)低于?1 kPa 時(shí)關(guān)閉真空泵，關(guān)閉閥門7，完成一次放氣過程。持續(xù)5個充氣?放氣循環(huán)，使原位瓦斯氣體的溫度與煤樣溫度一致。整個循環(huán)由?PLC 控制模塊控制完成，每個循環(huán)的實(shí)際持續(xù)時(shí)間和循環(huán)的實(shí)際次數(shù)由?PLC 控制模塊通過接收壓力傳感器3和溫度傳感器2的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析判斷。每次充氣時(shí)，保持煤樣內(nèi)原位瓦斯壓力15 min。

打開閥門10，使放散空間內(nèi)進(jìn)入空氣。關(guān)閉閥門10，打開閥門8，打開真空泵，觀察壓力傳感器2示數(shù)，當(dāng)其與所測巷道空間實(shí)測壓力96 kPa相等時(shí)，關(guān)閉真空泵，關(guān)閉閥門8。這樣，放散空間內(nèi)的壓力即調(diào)整至煤礦井下采掘空間的實(shí)際大氣壓力。

3.5原位瓦斯放散及測定

打開閥門9，連通原位環(huán)境室與瓦斯放散空間，通過流量傳感器5、壓力傳感器2分別測定、記錄第三標(biāo)定時(shí)間段（0～60 s）內(nèi)瓦斯放散流量和放散空間壓力，并將相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給 PLC 控制模塊進(jìn)行記錄。

4瓦斯放散數(shù)據(jù)分析

4.1流量表征瓦斯放散初速度

放散過程測得標(biāo)定條件下第三標(biāo)定時(shí)間段（0～60 s）內(nèi)原位瓦斯放散流量曲線 Q（t），如圖3所示。

圖3中曲線的擬合方程為

Q（t）=86：881t-1 R2=0：9575 （1）

式中：t ∈（a，60 s]，a 為突出模擬發(fā)生的啟動時(shí)間與傳感器測得數(shù)據(jù)所需的反應(yīng)時(shí)間之和，a≈0.45 s；R2為相關(guān)系數(shù)。

從圖3可看出：t=0.45 s（初始時(shí)刻）時(shí)瓦斯放散流量為193.1 mL·s?1，t=60 s 時(shí)瓦斯放散流量為1.4 mL·s?1；隨著模擬放散過程的進(jìn)行，瓦斯放散流量逐漸減小，大致呈負(fù)指數(shù)變化規(guī)律。

用第三標(biāo)定時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的瞬時(shí)流量或第三標(biāo)定時(shí)間段內(nèi)任一時(shí)間段的平均流量表征煤的原位瓦斯放散初速度。對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，對測試結(jié)果進(jìn)行無量綱處理。若取第三標(biāo)定時(shí)間段內(nèi)的平均瓦斯放散流量作為煤的原位瓦斯放散初速度ΔpQA，則通過函數(shù)求導(dǎo)取平均值可得ΔpQA=7.1 mmHg。若取第一標(biāo)定時(shí)刻（30 s）的瞬時(shí)速度作為煤的原位瓦斯放散初速度ΔpQI，則ΔpQI = Q（30）=2.9 mmHg。

根據(jù) AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（Δp）測定方法》測得的瓦斯放散流量曲線如圖4所示。

對比圖3和圖4可知，采用原位瓦斯放散初速度測定裝置測得的瓦斯放散流量體現(xiàn)了突出發(fā)生過程的內(nèi)在規(guī)律，反映了突出事故的突然性和對井下巷道、設(shè)施破壞的危險(xiǎn)性。

對式（1）進(jìn)行積分，可求得放散空間內(nèi)瓦斯放散量隨時(shí)間變化情況，如圖5所示。

瓦斯放散量 V（t）隨時(shí)間 t變化規(guī)律為

V （t）=86：881ln（t/s）+69：375 （2）

從圖5可看出，隨著放散過程進(jìn)行，瓦斯放散量不斷增多，大致呈對數(shù)變化規(guī)律，60 s 內(nèi)瓦斯放散總量為425.1 mL。

4.2壓力表征瓦斯放散初速度

放散過程測得標(biāo)定條件下第三標(biāo)定時(shí)間段（0～60 s）內(nèi)，原位瓦斯放散壓力曲線 P（t），如圖6所示。

圖6中曲線的擬合方程為

P（t）=6：1626ln（t/s）+5：6380 R2=0：9532（3）

從圖6可看出：隨著模擬放散過程的進(jìn)行，放散空間內(nèi)的瓦斯壓力逐漸增大，瓦斯壓力增大速度逐漸減??；放散空間內(nèi)的瓦斯壓力隨時(shí)間變化大致呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系，t=60 s 測得最大瓦斯放散壓力，為30.9 mmHg。

用第三標(biāo)定時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)刻的瞬時(shí)壓力或第三標(biāo)定時(shí)間段內(nèi)任意時(shí)間段的平均壓力表征煤的原位瓦斯放散初速度。對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)置，對測試結(jié)果進(jìn)行無量綱處理。若取第三標(biāo)定時(shí)間段內(nèi)的平均瓦斯放散壓力作為煤的原位瓦斯放散初速度ΔpPA，則ΔpPA=25 mmHg；若取第一標(biāo)定時(shí)刻（30 s）的瞬時(shí)壓力作為煤的原位瓦斯放散初速度ΔpPI，則ΔpPI=P（30）=26.6 mmHg。

若參考?AQ 1080—2009《煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（Δp）測定方法》中采用壓差表征瓦斯放散初速度的方法，記錄10 s 時(shí)壓力傳感器2的讀數(shù)?p1及60 s 時(shí)讀數(shù)?p2。無量綱處理后，計(jì)算煤的原位瓦斯放散初速度ΔpPD=p1?p2=P（60）?P（10）=11 mmHg。

5結(jié)論

1）設(shè)計(jì)了煤的原位瓦斯放散初速度測定裝置?？紤]煤層賦存的原位瓦斯環(huán)境，將突出鑒定的4個單向指標(biāo)統(tǒng)一起來，提出了一種煤的原位瓦斯放散初速度測定方法。

2）隨著模擬瓦斯放散過程的進(jìn)行，瓦斯放散流量逐漸減小，大致呈負(fù)指數(shù)變化規(guī)律。用瓦斯流量表征原位瓦斯放散初速度，則ΔpQA=7.1 mmHg，ΔpQI=2.9 mmHg。

3）隨著模擬放散過程的進(jìn)行，放散空間內(nèi)的瓦斯壓力逐漸增大，瓦斯壓力增大的速度逐漸減小，瓦斯壓力隨時(shí)間變化大致呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系。用放散空間內(nèi)瓦斯壓力表征原位瓦斯放散初速度，則ΔpPA=25 mmHg，ΔpPI=26.6 mmHg，ΔpPD=11 mmHg。

4）提出的原位瓦斯放散初速度測定方法所得結(jié)果能夠綜合反映煤層賦存的雙重孔隙結(jié)構(gòu)、煤體的力學(xué)特性、煤體內(nèi)瓦斯的賦存能量、煤層賦存的地應(yīng)力和溫度等原位環(huán)境，真實(shí)反映煤礦井下發(fā)生突出的危險(xiǎn)性，是一個綜合指標(biāo)，突破了以往突出危險(xiǎn)性預(yù)測指標(biāo)分散、單項(xiàng)指標(biāo)臨界值地區(qū)差異大等難題，可更方便、精準(zhǔn)地指導(dǎo)煤礦井下突出危險(xiǎn)性預(yù)測和防治工作。

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