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1、ICS73.020CCSD09中华人民共和国能源行业标准NB/T113282023煤巷煤与瓦斯突出预测敏感指标及临界值的实验室测定方法Thelaboratorydeterminationmethodonthesensitivepredictiveindexsensitivityanditscriticalvalueusedinoutburstincoalroadway2024-04-11 实施2023-10-11发布国家能源局发布目次前言II1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 方法原理15仪器设备26煤样采集与制备37预测指标相对敏感度测定58最敏感指标及临界值的确定59试验报告
2、710安全管理7附录A（资料性）待测煤层水分、视密度及成型压力测定记录表8附录B（资料性）煤层突出预测指标敏感度测定记录表9附录C（资料性）待测煤层突出临界瓦斯压力测定记录表10附录D（规范性）待测煤层突出预测敏感指标及临界值测定报告11参考文献12-XX.-JU.刖三本文件按照GB/TL1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由煤矿瓦斯治理国家工程研究中心提出。本文件由能源行业煤矿瓦斯治理与利用标准化技术委员会(NEA/TC27)归口。本文件起草单位：中国矿业大学、淮南大电注浆工
3、程有限公司、中煤科工集团沈阳研究院有限公司、平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司、淮南矿业(集团)有限责任公司、安徽省质量和标准化研究院、华阳新材料科技集团有限公司、河南神火煤电股份有限公司、徐州恒安煤矿技术有限公司、浙江海洋大学、平安燥矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司、安徽英酷重工科技有限公司。本文件主要起草人：陈裕佳、孙怀亮、李鹏、吴志坚、曹走林、唐俊、李晓伟、张惠青、张超杰、仇海生、令狐建设、魏民涛、杨丁丁、俞启香、杨胜强、蒋承林、孙岚坤、黄睿、罗勇、段昌瑞、陈玉桂、周小雨1煤巷煤与瓦斯突出预测敏感指标及临界值的实验室测定方法1范围本文件描述了实验室测定煤巷煤与死斯突出预测敏感指
4、标及临界值的方法原理、仪器设备、煤样采集与制备、预测指标相对敏感度测定，最敏感指标及临界值的确定、武验报告、安全管理。本文件适用于煤巷煤与可的测吸感指标及临界值的实验室测定。2规范性引用文件下列文件中的内经通过文中的起范性引用而构成本文件必不可少的条软。其中，注日期的引用文件，仅注日期对应文序的吸本适用于本文件：不注H期的引用文件，其最新版本（包舌所有的修改单）适用于本文件。GB/T212业分析方法GB/T474燥样的制备方法AQ/T1065瓦斯解吸指标测定方法MT/T639瓦斯涌出初违度的测定方法MT/T1027碌芯煤样视相对密度测定3术语和定义下列术语和定义适习于本文件3.1成型压力the
5、lpfminstress将煤样压制成视毒度与现场软验念致的模拟煤层所器的试哙压力3.2相对敏感度relativeensiiy同一煤样在某个突出危险电留伪测料的预测指标最大筑与最小值的比值。3.3最敏感指标mostsensitiveindex随着煤样的突出危险性增大而增长幅度最高的预测指标。3.4预测指标临界值forecastindexcriticalvalue按一次快速揭开整个预测范围内煤体的预测模型预测不发生突出的预测指标最大值。4方法原理根据视密度和水分相同的原则在实验室模拟复制两个与待测煤层相同的软分层并施加与现场相似的地应力，分别充入低压瓦斯和高压瓦斯，构成两种突出危险性不同的煤层，再
6、分别打钻测定煤巷的各种煤与瓦斯突出预测指标，得到各预测指标的相对敏感度，从而确定待测煤层的最敏感指标。敏感指标的突出临界值可以通过突出模拟试验或测定与突出相关的参数来确定。通过突出模拟试验来确定时，要找到发生突出的临界瓦斯压力，在重新模拟复制的软分层中充入临界瓦斯压力的气体，再测一次最敏感指标，即得该指标的突出临界值。5仪器设备5.1 仪器设备及要求仪器设备及要求包括以下几项：a) 煤层模拟装置：包括长圆形压煤缸体和封孔测定装置：长圆形压煤缸体内长不小于1060mm,内宽不小于220mm,内高不小于330mm;端头测煤口处的水泥密封压盖直径大于60mm;b) 千吨压力机：加压范围为lt1000
7、t,停机后能保压，包含推车与轨道，内高可调，可将测试平台或突出模拟装置整体推人；c) 突出模拟装置：包括缸体与应力转移支柱；缸体内径不小于600mm,内高不小于370mm,侧面突出口直径达200mm;d) 煤电钻：钻杆直径38mm,钻头直径42mm;e) 小型软分层压制装置：包括5I千斤顶、内径42mm的小缸体及压柱、手压泵、数字压力表(60MPa)和数显千分表等；f) 高精度电子秤：量程为Og500g,分辨率不大于0.01g;g) 全自动密度仪：分辨率不大于0.0002g/cn?;h)煤样粉碎机；i) 插头筛分机：6mm孔径筛子；j) 磅秤：量程为0.0kg100.0kg,分辨率不大于0.1
8、kg;k) 搅拌机：400kg500kg;l) 秒表：分辨率不大于1s;m) 气压计：量程为80kPa110kPa,分辨率不大于0.5kPa;n)温度计：量程为050,分辨率不大于0.5;O) 水分快速测定仪：量程为0.1%30机误差不大于0.05%;P) 钻屑解吸指标Ah?测定仪：最程为OkPa3kPa,误差2%;q) 钻屑解吸指标KI值测定仪：压力范围为OkPa10kPa,误差2%;r) 钻孔瓦斯涌出初速度(q值)测定仪：量程为LOLmin30.0Lmin,精度应优于2.5级；s) 真空泵：抽气量大于2Lmin,真空度小于4Pa;t) 甲烷气源：压力大于IMPa,纯度大于99.9%;u)
9、数字压力表：量程大于2MPa,精度不低于0.1级；v) 四通截止阀。5.2气密性检查1. 2.1对煤层模拟装置中的长圆形缸体和突出模拟装置的圆形缸体，进行气密性检查时，缸体中不装煤样，关闭与钢瓶之间的充气阀门，接通真空泵抽气15min,停泵并放置60min后，与两个缸体相接的电子压力表压力上升小于100Pa(5. 2.2对于使用过程中煤层模拟装置和突出模拟装置的气密性检查，应在每次试验充气后，利用肥皂水，涂于各个接口处，Imin内没有气泡产生，视为密封良好。6. 2.3系统气密性检查每三个月应至少进行一次。6底座;7 上梁；8 立柱；9螺钉；10 一数显千分表,6煤样采集与制备6.1煤样的采集
10、在一个地质单元内的已揭露煤层区域寻找厚度不小于200mm的软分层。软分层煤样的采集分为原煤样的采集和模拟煤样的采集。采集原煤样时清除表面煤体，从深部20cm3OCm处采集200g300g块状煤样，放人密封瓶中保存带回。模拟煤样从新暴露的软分层中采集，质量为400kg500kgo6.2软分层成型压力测定6.2.1原煤样视密度测定按照GB/T474煤样的制每方法，取IOg左右的块状原煤样采用全自动密度仪测定原煤样的视密度，测定应满足MT/Tl要求。测定的数据填人附录A的表Al中6.2.2成现压力涮定成型压力测定装露见图1。在无煤样的情况下用数显千分表测定无载荷F该测定装置的高度。取15g20g左右
11、66性径以下的原煤样，称重后放人小缸体中，按照附录A琴A.、中所给定的压力，由低到高加压11人二到50MPa,每次稳定30min等松弛30mh后，测定加煤样后成型压力测定装置的高度，减去无煤样时该测定装置的高度，就是压制松弛后的煤样高度，乘以缸体内四面积，得到压制后煤样的体积，计该压力下的视密度。测定11次后画In视密度随成型压力的变化曲线，见图2,与原断的视密地J比，即可确定压制软分层的成型压力测定的数据填入附录A表A1中。标引序号说明:1原煤样；2 小缸体：3 l压柱；4支撑梁；5 T斤顶；1.30图2煤样视密度随成型压力的变化曲线6.3 模拟煤样的处理6. 3.1原煤样与模拟煤样水分的测
12、定按照GB/T474煤样的制备方法，从原煤样和模拟煤样中分别取样，再按照GB/T212的要求测定原煤样和模拟煤样的水分。测定的数据填入附录A的表A.1内。7. 3.2模拟煤样搅拌和存储将现场采集来的模拟煤样粉碎并过筛至6mm以下，放入混合搅拌机中。根据原煤样和模拟煤样的水分差值及模拟煤样的总重量，向搅拌机中的模拟煤样补充水分，确保模拟软分层水分与原煤样一致。煤样在搅拌机中一次搅拌均匀后（时间不少于30min）放入塑料桶中密封保存。6.4 软分层的压制压力机从塑料桶中取15kg20kg模拟煤样，放入煤层模拟装置的长圆形缸体中，压上长圆形压柱，见图3,整体推人压力机内，按确定的成型压力值施加压力，
13、保持30min,然后卸除压力，将长圆形缸体由压力机推出，按同样的方法继续加入模拟煤样压制，直到长圆形缸体内煤样总质量达到70kg85kg。最后一次压制煤样前，将长圆形压柱底侧密封槽内放入密封圈，再推人压力机内进行压制。标引序号说明：1一一模拟煤样：5密封圈；2长圆形缸体；6压盖；3一一配套压柱；7金属堵头。4充气及压力表接口；6 .5突出危险性不同的软分层模拟软分层压制成型后，接上真空泵抽气12h,再用压力机施加待测煤层的地应力（平均地层容重乘以埋藏深度），充入0.2MPa0.3MPa的甲烷，吸附稳定48h,就构成一个突出危险性较低的软分层。如果要模拟复制一个突出危险性较大的软分层，则在本次测
14、试完成后，清除残余煤样，封堵长圆形缸体端口，按同样的方法压制软分层，但充人0.6MPa0.7MPa的甲烷，吸附稳定48h,就构成一个危险性较高的软分层。7 预测指标相对敏感度测定7.1 模拟钻进拧开参数测定装置端口处的氢属堵头，将钻机接上麻花钻种对准密封水泥端头内的水泥段打钻，直至进入煤体中1m,就可以视定高压或低压这两种条件下各种煤巷燥与瓦斯突出预测指标，见图3。为保证测定的结果具有可比便，国次打钻测定的钻速和取律深度要基本相同，每科预测指标的测定步骤在两次测定过程中要保持大致，此外，各指标的最小值不得小于等于零，否则该指标的测定值视为无效。测定的结果填人附录上的表B.I中7.2 钻屑解吸指
15、提丝声h2的测足在向突出危的性，低的软分层和较高的软分层打品的过程中，统一选择在相同的钻进位置时进行取样，测定煤样的起解吸指标K,和1）,测定符合AQ/T1065的相关要求。7.3 钻孔瓦斯浦国材速度q的测定打钻停止后，麻花钻杆，将镉孔瓦断涌出初速度测定仪的流量计直接与学口相接，测定钻孔瓦斯涌出初速度，测定幼合MT/T639的相关要求，7.4 钻屑S的测定每次打钻后，收外的所有错同进行称重，减去混入煤屑中的水泥段的重量，部是这次的钻屑量S.7.5 其他预测指标的到定如果需要测定其他或测指标，要依据测定的要求准备好相应的仪器以便与其他指标一起平行完成测定。其他预测指标的蒯曷我命超响上述4项指标的
16、测定。8最敏感指标及临界值的确定1.1 预测指标相对敏感度的计算将突出危险性较低和较高的软分层打钻测定的各个预测指标值填人附录B的表B.1中，各预测指标的相对敏感度采用式（1）计算。号（1）式中：n;第i个预测指标的相对敏感度；G1压力较低时测定的预测指标值；G压力较高时测定的预测指标值。1.2 最敏感指标及临界值测定8. 2.1最敏感指标的确定将各个预测指标的相对敏感度值填入附录B的表B.1中，除上述4项指标之外的其他指标测定结果填入附录B表B.1的备注1或备注2中，可以看出各个预测指标随着同一煤层突出危险性的增加而增加的幅度，相对敏感度最高的预测指标就是最敏感指标。9. 2.2最接近突出的
17、临界瓦斯压力确定最敏感指标的突出临界值测定宜采用突出模拟法来确定，也可采用经试验证实有明确临界值的综合指标来确定。采用突出模拟法时需多次按照6.4和6.5的要求在突出模拟装置上压制一个厚度为200IOmni的软分层，见图4。每次抽真空12h,施加与待测煤层同样的地应力，充入不同压力的瓦斯并稳定48h后突然打开，模拟突出，从而找到一个接近突出的临界瓦斯压力。在突出模拟试验之前，先调整图4中压力转移支柱的4个螺钉，使之与缸体处于无应力接触状态。打开横梁后，观察堵头的移动和抛出原位的煤体情况来判定是否发生瓦斯动力现象。如果堵头能自行推出，随后水平抛出原位的煤样重量超过总压煤量的8%,则为突出；如果堵
18、头未能自行移动，人工移动堵头后移出原位的煤体重量小于总压煤量的5%,则为不突出。适当调整每次充人的瓦斯压力值继续模拟突出，直到抛出的煤样重量介于总压煤量的5%8%之间，这时的瓦斯压力就是临界瓦斯压力。测定的数据填人附录C的表C.1中。压力机标引序号说明：1模拟煤体；2圆形缸体；3压柱：4密封圈：5压力表及充气接口（加上前后共3个）；6压力转移支柱；7堵头；8螺钉；9千斤顶。8.2.3景牧底梢标交出临界值的确定在长圆形缸体内按照6.4和6.5的方法压制煤样，抽真空12h,并施加同样的地应力，充入临界瓦斯压力的瓦斯，稳定48h,按6.6中同样的方式打钻测定最敏感指标，即得最敏感指标的突出临界值。9
19、试验报告把各个预测指标的敏感度和由此确定的最敏感指标及测得的临界值填入测定报告，精确到0.01。测定报告按照附录D中表D.1的格式提交。10安全管理10.1要求10. 1.1实验室应制定完善的安全管理制度和操作规程。10.1 .2试验人员应经过操作和安全培训方能上岗。10.2 场地10 .2.1实验场北库限有可燃气体报警仪器且通风良对。11 .2.2突出模海工前设有拦阻人员进入危险区的团挡。10.3操作10.3.1 进人实被场地的人员应该正确使用劳动防护用品。10.3.2 探测临见上听压力的突出模拟试验，初次充气压力应低于b.7MPae10.3.3模拟突生所，在设定的压力值处关闭压力机进出油路
20、，关闭压力机及周围20m以内的电器。10.3.4横梁打升前及打开期间应疏散突出回方向及周围的人员。10.3.5模拟突出统度由3个以也人员参加一人负责蹄，一人负责用千一顶开堵头，另一人负责操作压力机。附录A（资料性）待测煤层水分、视密度及成型压力测定记录表表A.1待测煤层水分，视密度及成型压力测定记录表煤样编号采样日期采样地点；矿井采区工作面煤层赋存深度：温度：原煤样总质量包装采集煤样质量包装原煤样与模拟煤样水分测定结果序号空罐质量/g测试前质量/g测试后质量/g水分/%平均值原煤样一号原煤样二号序号空罐质量/g测试前质量/g测试后质量/g水分/%平均值模拟煤样一号模拟煤样二号模拟煤样视密度与成
21、型压力的关系测定序号煤样质量/g液体石蜡体积/cm3石蜡+煤样体枳/cm3煤视密度/（g*cr3）平均值原煤样（块状）一号原煤样（块状）二号小缸体面积/cm?千斤顶面积cm2零压空罐高度/cm加人煤重量/g千斤顶压力/MPa压制压力/MPa2.455101520253035404550罐含煤高度/cm煤样高度/cm煤样体积/co?视密度/(gcm-)原煤样总质量kg模拟煤补水Sykg原煤样视密度/（g-cm3）成型压力/MPa煤层围压。/MPa检测；计算：审核：日期:附录B(资料性)煤层突出预测指标敏感度测定记录表表B.1煤层突出预测指标敏感度测定记录表煤样编号采样日期:采样地点:原煤样赋存深
22、度/m煤层温度/C环境气压mmllg长圆形缸体压煤面积充人的气体介打钻时长/(min采区工作面模拟煤样质量：包装:质量成型压力/MPa应力/MPa2.0.136施加的成型压力电C2煤层序号第一次测定第二次测定相对敏感度瓦斯压力/MPaK：值7 mL (g min)-值/(L InirrI)钻屑量(kg ,S.-m-1)备注1备注2检测:备注本结论仅对所接收的煤样负责，在该煤样所在地质单无内有效，审核+附录C（资料性）待测煤层突出临界瓦斯压力测定记录表表CJ待测煤层突出临界瓦斯压力测定记录表煤样编号采样日期：年月日采样地点：矿井采区工作面.煤层原煤样质量：包装：模拟煤样质量：包装：赋存深度/m成
23、型压力八IPa煤层温度/C平均地应力/MPa环境气压/mmHg环境温度/七模拟突出缸体内截面积m0.2827施加的成型压力八充人的气体介质CH4施加的围压/t压煤总质量kg临界瓦斯压力值/MPa瓦斯压力/MPa1.2.3.4.5.抛煤量kg突出定性测定日期备注本结论仅对所接收的煤样负责，在该煤样所在地质单元内有效。检测:计算:审核;日期:附录D（规范性）待测煤层突出预测敏感指标及临界值测定报告表Dj待测层突出预测敏感指标及I除值测定报告煤样编号采样日期：年月日采样地点，矿开采区工作面煤层原煤样质量：包装模拟燥佯质量：包装：原煤样水分/%视密度/(gcm-)模拟煤样水分/%赋存深度/m成型压力/MPa煤层温度/r平均地应力/MPa环境气压/mmHg环境温度/C缸体内截面积/m?施加的成型加压八充人气体介质CH施加的地应力/t临界瓦斯压力/Mf最致感指标预测指标的敏感度hl9S最敬感指标的突出临界值备注本结论仅对所接吸的煤样负责，在该煤样所在地质单无内有数，检测：计算，审核：日期:参考文献1国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出细则Z.2019年7月16H.2蒋承林，俞启香.煤与瓦斯突出的球壳失稳机理及防治技术M.江苏；中国矿业大学出版社，1998.3郭伟.工程经济学M.北京：化学工业出版社，2011.
