我国煤与瓦斯突出灾害治理技术的发展

该文首先对我国煤与瓦斯突出特征进行说明,阐述了在治理瓦斯灾害方面尤其是煤与瓦斯突出方面取得的巨大成就,同时也揭示了煤与瓦斯突出的动力现象及特征,并得出了煤与瓦斯突出发生的原因、条件和过程。为我国煤矿开采过程中治理瓦斯提供了理论指导。     

多重地质构造影响下的煤与瓦斯突出危险性研究

煤与瓦斯突出灾害是我国煤矿的主要灾害之一,严重阻碍煤矿的安全、高效生产。大多数煤层形成后,经历了多期构造运动的改造,形成了复杂的构造体系。我国大多数煤矿受多重地质构造的影响,造成了煤矿瓦斯地质特征更加复杂。以平顶山矿区为例,通过对矿区构造背景、地质构造特征、矿井分布与地质构造部位关系及不同构造部位矿井的煤与瓦斯突出危险性分析,揭示了地质构造对煤与瓦斯突出灾害具有控制性作用,且受多重地质构造影响的煤层煤与瓦斯突出特征更为复杂,研究成果可指导煤矿瓦斯灾害的防治。     

煤与瓦斯突出的预测及地质因素研究进展

在总结国内外研究人员关于煤与瓦斯突出灾害发生机理基础上,论述了煤与瓦斯突出危险性预测方法的优缺点,重点对地质因素预测煤与瓦斯突出灾害危险性的合理性进行了分析。结果表明:为了使煤与瓦斯突出灾害预防措施更加有效,需深入研究煤与瓦斯突出与地质因素的关系,以地质因素定量化为手段,对煤与瓦斯突出灾害的危险性进行预测。     

基于险兆事件的煤与瓦斯突出灾害概率模型构建

任何一起煤与瓦斯突出灾害事故发生,都有征兆显现。为了防止煤与瓦斯突出灾害事故发生,以煤炭开采过程中的Near-miss为研究对象,阐述了煤与瓦斯突出Near-miss中的致突险兆因子及其作用机制,在现有灾害理论以及煤与瓦斯突出机理、预警技术研究的基础上,提出了煤与瓦斯突出灾害由4个要素组成,即致突险兆因子、承灾体、孕灾环境和相互作用形式,并进而提出了描述基于Near-miss的煤与瓦斯突出灾害的方法。     

基于险兆事件的煤与瓦斯突出灾害概率模型构建

任何一起煤与瓦斯突出灾害事故发生,都有征兆显现。为了防止煤与瓦斯突出灾害事故发生,以煤炭开采过程中的Near-miss为研究对象,阐述了煤与瓦斯突出Near-miss中的致突险兆因子及其作用机制,在现有灾害理论以及煤与瓦斯突出机理、预警技术研究的基础上,提出了煤与瓦斯突出灾害由4个要素组成,即致突险兆因子、承灾体、孕灾环境和相互作用形式,并进而提出了描述基于Near-miss的煤与瓦斯突出灾害的方法。     

煤与瓦斯突出监测报警系统突出判定及避险方法

结合目前煤与瓦斯突出防治技术,阐述了煤与瓦斯突出监测报警系统的布设原则,煤与瓦斯突出判定方法及报警避难方法。该方法确保煤与瓦斯突出事故发生时,井下人员安全撤离;及时准确判断煤与瓦斯突出事故发生时间、地点,一定程度避免煤与瓦斯突出事故发生后可能的瓦斯爆炸及煤尘爆炸等灾害,使煤与瓦斯突出事故造成的损失降至最低。     

东林煤矿扭转构造带煤与瓦斯突出声发射预测技术

针对南桐矿区东林煤矿扭转构造带煤与瓦斯突出灾害特征及非接触式连续预测技术研究不足的问题,采用实验室研究、现场考察等手段,对东林煤矿扭转构造带煤与瓦斯突出灾害特征及煤与瓦斯突出声发射预测技术进行了研究,结果表明：东林煤矿扭转构造形成过程中的挤压作用、剪切滑动作用造成了煤层厚度急剧变化及构造应力集中,使得煤与瓦斯突出灾害频繁发生,钻屑量指标严重超标,表现出以应力为主导的特征。采用声发射连续预测技术结合常规钻屑指标法预测技术,对东林煤矿煤与瓦斯突出灾害预测指标进行了研究,确定出东林煤矿煤与瓦斯突出预测地应力指标钻屑量临界值为15 kg/m,声发射能量指标临界值为20。     

新密煤田煤与瓦斯突出的主要控制因素分析

近年来,随着郑煤集团生产规模不断扩大,瓦斯灾害逐渐成为制约郑煤集团安全高效开采的一个重要影响因素。为有效控制煤矿瓦斯突出事故、遏制瓦斯突出灾害的发生,总结了新密煤田煤与瓦斯突出特征,并经过分析,得出结论:影响新密煤田煤与瓦斯突出的主要因素为煤层埋深、地质构造、瓦斯及构造软煤。     

深部矿井煤与瓦斯突出防治关键技术

根据演马庄矿煤层开采客观条件和瓦斯灾害治理技术,对煤与瓦斯突出灾害监控预警、深孔瓦斯含量快速测定、钻孔及坑道突出危险区透视、导向槽定向水力压穿等技术进行了试验,实现了煤与瓦斯突出灾害多因素全过程监测和超前预警,煤层瓦斯含量测定更加精确、瓦斯地质异常区探测更加准确。瓦斯抽采效果显著提高,总结出了一套适用于单一煤层开采条件的突出防治关键技术。     

含水率对煤与瓦斯突出强度影响的试验研究

为了获得含水率对煤与瓦斯突出强度的影响规律,利用自主研发的大型煤岩瓦斯动力灾害模拟试验系统,在恒定瓦斯压力、轴向应力及煤样成型压力等条件下,进行了不同含水率煤体的煤与瓦斯突出模拟试验;同时提出了包含突出煤量和最远突出距离二元信息的数学方程,用于表示煤与瓦斯突出的相对突出强度。试验结果表明:自主研发的大型煤岩瓦斯动力灾害模拟试验系统的试验结果和现场煤与瓦斯突出实际状况相吻合;在轴压8 MPa、瓦斯压力0.8 MPa试验条件下,得出了含水率和相对突出强度呈二次曲线关系;煤体的含水率愈大,则相对突出强度愈小,发生煤与瓦斯突出的可能性也越小。     

我国煤矿煤与瓦斯突出现状及预警技术的研究

针对我国煤矿煤与瓦斯突出的现状,系统地分析了煤与瓦斯突出发生的八大主要规律。为满足矿井安全生产的需要,介绍了一套集地质测量、生产、技术、调度、通风、防突、监控等各实体部门的安全生产信息于一体的煤与瓦斯突出综合预警技术。研究认为：煤与瓦斯突出综合预警技术能相对准确地分析、预测、警报防突工作面所处的危险隐患与前方突出危险程度的发展趋势,有助于矿井煤与瓦斯突出危险性预测更加精确化、防突工作更有针对性。     

煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警关键技术研究进展

新一轮能源变革正在孕育,互联网+及智能化发展势头强劲,在总结我国煤矿典型动力灾害预防存在主要问题及思考煤矿监控预警如何面对新一轮科技创新的基础上,提出了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警新理念与关键技术。煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警是在煤炭精准开采的理念指导下,基于多相多场耦合灾变孕育演化机理,利用灾害前兆信息采集传感与多网融合传输技术、多源海量前兆信息提取挖掘方法,能够实现煤矿典型动力灾害前兆信息深度感知、风险精准判识及监控预警的新模式新方法。该模式能够实现煤矿监控预警由传统的经验型、定性型向精准型、定量型转变,全面提升我国煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警能力。凝练了煤矿典型动力灾害风险精准判识及监控预警的4个关键科学问题和8个主要研究方向,围绕基础理论研究、关键技术开发和预警平台搭建,重点阐述了12个方面的研究进展,为实现冲击地压、煤与瓦斯突出和煤岩瓦斯复合动力灾害隐患在线监测、智能判识、实时精准预警提供了技术路径。     

煤矿在线智能应急预警系统的研究与应用

根据瓦斯地质异常、采矿应力和瓦斯排放特征,考虑我国煤、瓦斯突出防治技术和矿山规律,结合矿山生产过程、地质资料和多种历史气体动态现象,对多源信息进行综合分析,建立了综合预警指标系统和煤矿模型,确定并建立了煤和瓦斯突出预测的指标模型和系统。此外,利用该模型建立在线综合系统和数据库,进行了瓦斯突出的预测,实现了煤矿工作面爆发危险的实时监测和智能识别。预测系统的应用结果表明,系统软硬件可以保证瓦斯突出的连续稳定预警,预警结果及时且准确,与矿山的实际风险一致。     

瓦斯压力在线监测技术在揭煤巷的应用研究

有效监测预警是煤矿瓦斯突出灾害防治的重要环节,我国大多数煤矿主要采用不连续的直接指标法和连续的间接指标法对瓦斯突出灾害进行监测预警,现场缺少瓦斯突出灾害连续直接监测技术。为了获得揭煤巷煤层瓦斯抽放过程中的瓦斯压力变化特征,设计了以连续监测、直接监测为核心的煤矿瓦斯突出灾害实时监测预警系统,采用分区布置多测点实时监测方法,验证了该系统的可靠性和监测数据的准确性,获得了瓦斯压力与抽放时间关系规律。研究表明:煤层瓦斯压力变化与抽放时间、瓦斯解吸状态相关,随着抽放时间延长,煤层瓦斯压力总体上呈降低趋势;随着瓦斯解吸量的增加,煤层瓦斯压力总体上呈升高趋势;随着抽放时间延长,抽放区域瓦斯压力为0.07~0.20 MPa,已低于突出临界值0.74 MPa,验证了煤层瓦斯抽放时间是防治瓦斯突出灾害的重要指标。研究可为煤矿瓦斯突出灾害有效监测预警和防治提供理论基础和技术手段。     

煤与瓦斯突出综合预警系统在严重突出矿井的建设

为了提升煤与瓦斯突出矿井防突水平和抗灾能力,以事故预警理论为指导,从瓦斯灾害防治实验室和预警平台2方面为示范矿井建设了煤与瓦斯综合预警系统。通过预警系统建设,形成了适合矿井实际特征的煤与瓦斯突出综合预警指标体系和规则库模型,从煤层及瓦斯赋存特征分析、采掘空间安全情况分析、钻孔施工效果分析、日常预测指标发展趋势、瓦斯涌出特征实时跟踪、超掘(采)动态监控等方面实现了煤与瓦斯突出灾害的在线监测、超前预警和过程化控制。现场应用表明,预警系统具有较高准确性,能捕捉分析矿井瓦斯突出灾害的潜在隐患和预兆,能为矿井防突提供决策依据和技术保障,并促进矿井的精细化、规范化管理和信息化交流。     

基于瓦斯涌出特征的煤与瓦斯突出连续预测技术及应用

针对现阶段煤与瓦斯突出预测技术难以实现时间和空间领域的全方位预测,预测结果准确率低、预测结果发布滞后且影响工作面正常采掘作业生产等技术缺陷,提出了一种利用工作面瓦斯涌出特征预测工作面前方煤与瓦斯突出危险情况的非接触式、连续预测方法。通过对煤矿监测数据结构特征进行综合分析,确定了瓦斯涌出特征突出预警系统的预警指标,建立了煤与瓦斯突出连续预测技术模型,并引入单项预测指标权重评判集,采用加权平均设计思路,构建形成了煤与瓦斯突出预警综合评判规则。在此基础上,采用C/S、B/S双架构系统开发模式,设计开发了瓦斯涌出特征突出预警系统平台。通过下峪口煤矿应用结果显示,该系统平台总体预警准确率达到了86%,且能够超前准确地预测工作面前方的煤与瓦斯突出危险情况,为突出矿井的正常掘进生产提供了安全保障。     

煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术“十三五”研究进展

冲击地压、煤与瓦斯突出等煤矿典型动力灾害的风险判识和监控预警是煤矿安全生产的重点和难点。在“十三五”期间,针对该问题重点开展了煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警关键技术研究及装备研发工作,建立了开采扰动和多场耦合叠加效应下煤矿动力灾害孕育演化机理和发生发展的新理论,提出了煤矿典型动力灾害多参量前兆信息智能判识理论及预警模型;开发了具有故障自诊断、高灵敏、标校周期长的前兆信息采集传感技术与装备;通过对异构数据融合、自组网、抗干扰等技术研究,提出了矿井关键区域人机环参数全面采集、多元信息共网传输新方法,为煤矿典型动力灾害监控预警系统安全无故障运行提供了技术保障;构建了自动化、信息化、智能化预警平台,平台具备故障自诊断、高灵敏、响应时间短、标校周期长、抗干扰等功能,预警准确率提升到90 % 以上。通过煤矿典型动力灾害监测预警基础研究-关键技术开发-应用示范的有机融合,实现了煤矿重大灾害灾变隐患在线监测、智能判识和实时准确预警。     

煤矿硫化氢防治技术的研究现状及趋势

在开采有硫化氢赋存的煤层时,有发生硫化氢事故的危险,威胁矿工生命安全,腐蚀井下机械设备。本文阐述了煤矿硫化氢的危害,分析了煤矿硫化氢的成因及来源,探讨了国内外硫化氢防治技术研究现状,归纳出现场常用的硫化氢治理方法,对煤矿硫化氢防治的主要技术分别进行论述说明,指出了在煤矿硫化氢防治方面仍然存在一些不足,如硫化氢治理不彻底、效果不理想;吸收液不能充分利用造成原材料浪费;自动化程度不高,难以实现快速智能监测与多区域联合治理等。据此提出煤矿硫化氢防治技术需要进一步加强理论基础研究,构建硫化氢分级预警体系与智能监测预警系统,对原煤层、工作面、采空区等多源头进行综合治理,开发多区域煤矿硫化氢防治新工艺,不断研究与创新,使硫化氢治理更高效、更经济。     

煤与瓦斯突出事故预警系统的研究

结合计算机网络对煤与瓦斯突出事故预警系统进行了设计,主要介绍了系统的基本思路、组成及主要功能。该预警系统具有安全监测数据分析、瓦斯地质数据分析、绘制矿图及辅助设计等功能,它能够准确地对煤与瓦斯突出的预测预报进行分析与评价,减少事故的发生,对煤矿的安全生产具有现实意义。