新型钻孔瓦斯涌出初速度测定装备

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（ 第 43 卷第 3 期）
设计·开发
新型钻孔瓦斯涌出初速度测定装备
齐黎明，梁 为，程根银
（ 华北科技学院 安全工程学院，河北 三河 065200）
摘 要：钻孔瓦斯涌出初速度是常用的煤与瓦斯突出预测指标之一，但是，随着钻孔深度增大，预
测结果的准确性逐渐降低。这导致预测深度较浅，严重制约着采掘速度的提高。通过对钻孔瓦
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图 1 钻杆垂直方向上的受力分析图
矩，N·m； l 为钻杆长度，m。则，平衡方程如下，
F1 + F2 = ql
（ 1）
M1
+ F2l
=
1 2
ql2
（ 2）
再截取其中 1 段钻杆进行受力分析，如图 2。
在图 2 中，x 为所截取钻杆的长度，m； Fx 为钻杆的 剪力，N； Mx 为钻杆的弯矩，N·m。
钻孔瓦斯涌出速度是预测煤层突出危险性的重 要指标之一［1 － 5］。它指的是在打钻结束后，马上进 行封孔，测定封闭段中涌出的最大瓦斯量，其原理基 于突出煤和非突出煤在瓦斯解吸量和解吸速度上的 差异，突出煤瓦斯解吸量大，初始瓦斯解吸速度快， 解吸量随时间的衰减速度也快［6］。
钻孔瓦斯涌出初速度的大小取决于煤层瓦斯含 量、煤层瓦斯压力、煤的破坏程度、物理力学性质等 因素，即它几乎反映了决定煤层突出危险性的全部 因素。因此，理论上讲，该指标反映了煤与瓦斯突出 的危险性［7］。
在垂直方向上，钻杆一方面要受自身重力，另一 方面，要受到钻杆前端煤体的支撑力和后端钻机的 支撑力； 因此，可将它简化成普通的材料力学问题， 具体受力情况如图 1。
在图 1 中，q 为钻杆重力均布载荷，N / m； F1 为 钻机的支撑力，N； F2 为煤体支撑力，N； M1 为钻机弯
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（ 2012 － 03）
方法进行突出预测。 虽然钻孔瓦斯涌出初速度测定为有效防治煤与
瓦斯突出做出了重大贡献，但是，它的预测钻孔长度 太短，需要频繁预测，这严重影响矿井采掘进度［9］。 为此，对钻孔瓦斯涌出初速度测定技术与装备进行 了研究。
1 测定钻孔轴线形状分析
钻孔瓦斯涌出初速度测定的第一步工作是打钻 孔，在打钻过程中，钻杆受到多种力的共同作用，这 导致钻孔的轴线不一定呈直线形状。在水平方向上 的受力基本与钻孔轴线形状无关； 因此，在此主要对 钻杆垂直方向上的受力进行分析。
在 1969 － 1980 年期间，苏联用钻孔瓦斯涌出初 速度法先后在顿巴斯的 127 个矿井的 3 930 个掘进 工作面和 2 070 个回采工作面进行了预测实践，其 结果证明，准确率高达 98%［8］； 我国现行的《防治煤 与瓦斯突出规定》和《煤矿安全规程》也推荐使用该
基金项目：国家重点基础研究计划（ 973） 资助项目（ 2005cb221504） ； 华北科技学院校内科研基金 B 类资助项目（ 08 － 1 － 1） ； 河北省重点 基础研究资助项目（ 11965629D）
斯涌出初速度测定仪器工作时的受力状况进行分析，得出了胶囊不同位置的应力状态，并提出了
新型钻孔瓦斯涌出初速度测定装备的研究思路，制造出了相应的装备，并进行了现场试验。试验
结果显示： 新型钻孔瓦斯涌出初速度测定装备测定钻孔深度要高于传统仪器。
关键词：瓦斯涌出初速度； 钻孔； 突出
中图分类号：TD712． 5
1 2
F2 ll2 ）
（ 8）
将式（ 8） 代入式（ 6） ，有
ω = E1I（
－ 1 qx4 + 24
文献标志码：B
文章编号：1003 － 496X（ 2012） 03 － 0056 － 04
The New Measuremenial Velocity
QI Li － ming，LIANG Wei，CHENG Gen － yin （ School of Safety Engineering，North China Institute of Science and Technology，Sanhe 065200，China） Abstract： the drilling gas inrush initial velocity is one of common predictors for coal and gas outburst． With the increasing of drilling depth，however，the accuracy of prediction decreased，which led to the predict depth shallowed and severely restricted the increasing of excavating velocity． Through analyzing the stress state of measuring equipment when it measured the drilling inrush initial velocity，the stress conditions of the capsule in different positions were achieved，and the thought about new measuring equipment of drilling gas inrush initial velocity was put forward，the corresponding equipment was created，and field test was conducted． The result showed that the measurement depth of new drilling gas inrush initial velocity measuring equipment was deeper than the traditional equipment． Key words： gas inrush initial velocity； drilling； outburst