煤层底板突水监测预警系统的开发及应用

煤层底板突水问题,因其具有隐蔽性、突发性的特点,防治水工作面临巨大的问题和挑战,突水监测预警技术为煤矿安全生产过程中必要的措施。在研究煤层底板突水可监测性、监测条件及适用范围的基础上,研制开发了一套基于光纤光栅通信和传感技术的新型煤层底板突水监测预警系统。该系统由数据采集系统和数据突水监测数据集成分析系统组成,能够实现监测数据实时采集、曲线实时显示、远程分析、警情发布等功能。通过在东庞矿北井9208工作面自开切眼至距切眼225 m段监测预警试验,初步验证了煤层底板突水监测预警系统的实用性和有效性。     

百善煤矿12采区煤层底板砂岩富水性探讨

通过对百善煤矿12采区6123首采工作面煤层底板岩石组构、构造受力、音频电透视资料的分析,探讨了12采区煤层底板砂岩的富水性及富水性分区,提出了防治底板水的措施,为煤层底板突水预测与防治提供了依据。     

基于GIS—ANP的北阳庄煤矿煤层底板含水层富水性评价

煤层底板含水层的富水性对底板突水起到了关键性的作用,只有当导水裂隙带与含水层强富水区域相连接,才会发生矿井突水灾害,因此对煤层底板含水层的富水能力进行研究,有助于预防矿井水害的发生。以北阳庄煤矿陶系灰岩含水层为研究对象,选择煤层底板含水层富水性评价的主要控制因素,同时结合非线性数学方法——网络层次分析法（ANP）,建立了富水性综合评价模型。在此基础上,利用地理信息技术（GIS）对各影响因素数据进行了处理,制作了各影响因素专题图并进行了复合叠加和评价分级,最终得出了北阳庄煤矿奥陶系灰岩含水层富水性综合评价分区图。基于GIS—ANP的含水层富水性多源信息综合评价方法,能够反映含水层富水性受多因素控制的特征和因素间的相互影响关系,是一种可行的矿井含水层富水性评价方法。     

基于层次分析法的含水层富水性特征分析

对含水层的富水性进行评价是确定煤层底板是否突水的重要前提,选取构造裂隙发育程度、含水层厚度、脆性岩与塑性岩厚度比、钻孔涌水量共4个因素进行分析,利用AHP模型确定各因素的权重。利用SURFER的信息融合及数据处理功能,将归一化处理后的各主控因素进行分析,建立良庄井田15煤层富水性评价模型,最终对奥灰含水层进行富水性分区。     

回采工作面底板突水智能监测技术应用

针对华北型煤田煤层开采存在的底板突水问题,监测预警以"下三带"理论、"递进导升"理论以及突水系数法为理论基础,构建矿井充水结构三维可视化地质模型,结合电法勘探异常区对影响矿井水文地质条件的易突水地质构造和富水性异常区进行分析,依据分析结果进行底板突水监测系统布设,通过监测煤层开采过程中表征突水水源与突水通道时空演化的指标信息,对底板突水进行监测预警。并在示范矿井开展了回采工作面底板突水预警工程示范,解决矿井突水危险动态辨识与实时预警问题。     

巴拉素井田富水煤层顶底板矿物岩石特征研究

陕北侏罗纪煤田内的煤层富水问题较为特殊，严重影响着矿井安全生产。针对榆横北区巴拉素煤矿2号富水煤层顶底板围岩的矿物岩石特征开展了X射线衍射、薄片分析、扫描电镜等实验研究。结合对比其他非富水煤层顶底板围岩实验结果，发现了巴拉素煤矿2号富水煤层顶底板围岩矿物岩石特征的特殊性。结果表明：富水煤层的岩性及矿物组分具有异同性。巴拉素煤矿、大海则煤矿的2号煤层顶板直罗组和延安组砂岩以长石砂岩、长石岩屑砂岩及岩屑长石砂岩为主，矿物成分主要为石英、长石、黏土矿物。但从煤层顶底板岩矿赋存情况来看，巴拉素煤矿2号煤层顶板含水岩层内的黏土矿物相对赋存含量较低，相对不易形成堵塞岩层孔隙的胶结体。由黄铁矿赋存状态可分析得出在原始沉积环境中，巴拉素井田范围的地下水流动性及富水性较好。同时，从矿物接触特征分析发现，延安组砂岩较直罗组而言，富水性相对较差，且煤层底板岩层有压实的痕迹，不利于孔隙水的继续下渗。由此导致的富水性差异较为明显，通过对比相邻大海则井田2号煤层顶底板围岩实验结果，巴拉素井田2号煤层的围岩可能为充水提供了环境条件和补给能力，并揭示了大海则井田2号煤层非富水的围岩环境特征。该研究思路、方法及成果可为...     

矿井瞬变电磁法在煤矿底板富水性探测中的应用

运用矿井瞬变电磁探测方法对诚德煤矿16011工作面底板富水性进行了探测,探讨了瞬变电磁探测方法在煤层底板富水性探测中的应用。结合斜穿过异常区钻探探测结果,说明矿井瞬变电磁法对于探测煤层底板富水位置和范围是比较有效的物探方法之一,为煤层底板突水的防治提供了重要的基础资料,为煤矿安全生产提供可靠的依据。     

煤层底板水害三维监测与智能预警系统研究

针对华北型煤田煤层底板突水监测点覆盖不全、智能化水平不高等问题,以底板"下三带"理论为基础,提出集多频连续电法充水水源监测、"井-地-孔"联合微震采动底板破坏带监测以及监测大数据智能预警为一体的煤层底板突水三维监测与智能预警技术思路。其中多频连续电法监测系统以伪随机多频序列为人工场源,利用伪随机相关辨识技术提取强噪声背景中的弱信号,采用拟高斯-牛顿法对预处理数据进行三维电阻率反演,实现对煤层底板充水水源变化过程的自动化三维监测;"井-地-孔"联合微震监测系统主要通过研制带推靠的孔中传感器及回收装置,实现微震传感器"井-地-孔"三维立体布署,采用井下有线(IEEE1588)和地面无线(GPS)时钟同步方式解决地面与井下采集设备的时钟同步问题,建立起"井-地-孔"监测数据的实时传输网络,基于偏振分析联合反演的三分量定位算法,实现采动底板破坏深度时空精细定位与实时监测;智能预警系统利用时序大数据挖掘技术与计算机深度学习技术对电法、微震多元时序监测数据进行分析和处理,采用指标预警和模型预警方法对监测数据空间展布和预警级别以三视热力图形式输出,实时显示煤层底板各网格的预警等级,从而形成煤矿底板水害三维监测与智能预警技术体系。最后,以河北葛泉矿东井11916采煤工作面为应用对象,采用多频连续电法监测系统、"井-地-孔"联合微震监测系统,以及基于时空监测数据的智能预警系统对煤层底板岩溶水害进行三维监测与智能预警,为我国华北型煤田煤层底板水害监测预警提供了新的技术与装备支撑。     

潘西煤矿19煤层底板突水危险性评价研究

对潘西煤矿19煤层底板奥灰富水性及诱发底板奥灰突水等因素进行了分析,对煤层底板突水危险性进行了评价研究,为矿井安全开采提供了十分重要的理论及实践经验。     

霍尔辛赫煤矿3~#煤底板水文地质特征及带压开采

随着霍尔辛赫煤矿采掘活动向深部延伸,煤层底板承受的含水层水压增大,威胁煤矿安全生产。通过地质钻探、岩芯精细描述、钻孔抽水试验、水化学分析及水文地球物理测井等工程技术手段,综合分析3~#煤层底板岩溶含水层水文地质特征,并对带压开采条件进行了分析与评价,利用突水系数法对带压区进行了底板突水危险性分区。结果表明:太原组含水层富水性弱,突水系数为0.035～0.043 MPa/m;奥陶系灰岩含水层富水性弱-中等,井田北部富水性强于南部,东部富水性强于西部,突水系数为0.019～0.039 MPa/m。     

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。     

分布式温度监测系统在煤自燃预警中的应用

综采放顶煤工艺开采的易自燃煤层具有推进速度相对较慢,采空区一次冒落空间大,整体漏风严重,浮煤遗留多等特点,易造成煤自燃灾害发生。为有效实现开采过程中煤自燃监测,提高煤自燃预警效果,研制出XD-JX-T001型分布式温度监测预警系统,进行柴家沟煤矿42223工作面现场应用。通过对初采阶段、回采期间、末采及回撤期间温度与CO监测数据分析,得出了XD-JX-T001型分布式温度监测预警系统能够实现采空区温度连续监测、且定位准确、可靠性强,对煤自然发火状态能做到精准辨识。     

瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统研究与应用

为了解决高瓦斯易自燃煤层工作面采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治智能化程度低、缺乏灾害风险的精准分级管控等问题,构建了以瓦斯抽采与自然发火监测数据为基础、以风险分级智能化管控为核心的瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统。采用API接口调用方式建立数据采集平台,构建了基于多源信息融合、K-Means聚类分析、预警规则知识库等方法的分析预警模型,设计开发了瓦斯与煤自燃复合灾害监测预警系统软件,实现了复合灾害的精准监控、风险动态评判和智能预警。在试点工作面的应用结果表明,该系统可直观展示复合灾害监测预警信息,使采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治工作透明化,有效提升了灾害防治的智能化水平。     

基于视频技术的煤矿在线应急预警系统研究

研究基于视频技术的煤矿在线应急预警系统,提升煤矿在线应急反应能力和预警能力。该系统由矿井内控制层、地面网络层和在线应急预警层组成,矿井内控制层利用传感器、USB摄像头等设备,通过V4L2视频图像采集技术采集视频图像;地面网络层通过视频监控设备控制视频监控、地面控制等设备,并利用视频处理服务器采集矿井现场视频数据和完成报警,同时这些矿井现场视频数据传输至在线应急预警层;在线应急预警层使用模糊积分法构建在线应急预警模型,实现煤矿在线应急预警,并向客户端发出预警通知信息。实验表明,当视频图像数据量为8 000 h,系统传输耗时仅为0.8 s,在线应急反应能力好;预警的矿井应急程度与实际矿井应急程度一致,在线应急预警性能卓越。     

瓦斯压力在线监测预警机制应用研究

为了能准确、有效、及时的预测预报井下煤矿瓦斯突出,根据高瓦斯煤层应力场与瓦斯场具有典型的耦合效应,且瓦斯压力场与地应力场的关系主要表现在瓦斯压力的变化上这一原理,并在平煤股份十矿己15-16煤层和己17煤层安装一套煤矿瓦斯突出灾害实时监测预警系统,利用该系统中的煤层瓦斯压力实时监测功能实时在线监测揭煤区域煤层瓦斯压力变化情况,结果表明：煤层瓦斯压力变化随着瓦斯抽放时间而降低,而随着瓦斯解吸量的增加升高;监控到的瓦斯突出煤层瓦斯压力的变化符合正常规律,开发的煤矿瓦斯突出灾害监测预警系统能够连续监测煤层瓦斯压力及其变化动态,为煤矿瓦斯突出灾害监测预警提供了技术基础和有效手段。     

特厚煤层分层工作面冲击地压事故后复产方案研究与实践

在分析黑龙江峻德煤矿特厚煤层分层工作面重大冲击地压事故的基础上,研究得到事故发生的原因和相应的治理对策,制定了恢复生产的方案。提出了分层开采工作面恢复生产需满足的条件为：工作面和巷道围岩始终处于低应力低密度状态、消除底板(底煤和薄底板)冲击隐患、建立可靠支护、建立有效的实时监测体系和确定合理的开采强度。以煤层大直径钻孔为主实现围岩的低应力和低密度;提出了冲击危险巷道的基本支护、超前支护方式和强度;建立了应力实时在线监测为主、微地震监测为辅、多种监测手段联合的冲击地压实时监测预警体系;基于应力动态和微震监测确定工作面合理的开采强度。根据研究成果制定的恢复生产方案在峻德煤矿三水平北17层一段一分层3·15事故工作面实施后,保证了工作面安全恢复生产。     

煤层巷道冒顶机理与预警方法

顶板灾害是我国煤矿各类灾害中发生频率最高和死亡人数最多的灾害,当前绝大多数顶板灾害事故发生在巷道,尤其是受采动影响的煤层巷道。在分析巷道冒顶事故与围岩体环境之间关系基础上,将煤层巷道冒顶分为围岩主导型和应力主导型两大类型,揭示了裂隙危岩坠落、松散岩体冒落、弱黏结复合顶板垮落、大变形巷道蝶叶型冒顶等煤层巷道冒顶的机理与成因;在此基础上,提出了巷道冒顶隐患分阶段多层次的全时预警方法与机制,即设计阶段的冒顶隐患远期风险评价、巷道掘进施工阶段的随钻预估、服务周期内的长时临界预警,开发了岩层结构随钻探测仪、顶板多点位移监控器、锚杆锚索工况监测报警仪等用于长时和临界预警的仪器设备,形成的煤层巷道冒顶机理和预警方法与仪器设备将为顶板事故预报预防提供理论支撑和技术保障。     

基于多传感器的火电厂煤粉报警系统研究

以实现煤粉超标语音报警和画面报警为目的，设计基于多传感器的火电厂煤粉报警系统。该系统使用若干个电容传感器连接煤粉浓度采集电路采集煤粉传输流量浓度数据后，使用ZigBee无线传输模块内的路由器和协调器传输到CPU微控制器内。CPU微控制器驱动LCD显示报警模块启动基于最小二乘法的煤粉报警程序，依据当前煤粉浓度数据对其展开预警判断，当煤粉浓度超标时将该判断信息传输到CAN通信模块内，并使用CAN总线发送到监控主机内。监控主机为用户呈现当前煤粉浓度报警界面，并向用户发出语音报警。测试结果表明:该系统具备良好的兼容性和信息传输能力的同时，可有效为用户呈现煤粉浓度报警画面和语音煤粉浓度超标播报，具备良好的应用性。     

矿井火灾多源信息融合预警方法的研究

为了实现矿井火灾的早期预警,采用了多源信息融合技术,集成了煤矿安全监控系统、火灾束管监测系统、无线自组网温度监测系统和分布式光纤温度监测系统的指标数据,基于实验研究、现场观测、专家经验等数据,建立了矿井火灾多源信息融合预警系统,结合人工神经网络、多指标预警逻辑推理、运用灰色关联分析法建立实验数据拟合函数的计算方法,实现了矿井火灾多源信息融合算法,处理来自不同位置、具有不同物理意义的多源火灾信息,得出了火灾预警指标体系和火灾发展规律,以及煤自燃程度6个阶段的预警指标气体判定和对应的温度范围.