煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)在突出礦井中的應(yīng)用

宋祥峰

（貴州畢節(jié)市金沙縣長興煤礦,貴州 金沙 551800）

煤與瓦斯突出災(zāi)害已成為影響我國煤礦安全生產(chǎn)最為重要因素之一，并且在國內(nèi)煤礦中呈現(xiàn)出高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井數(shù)量多、分布廣且不均勻等特點。為消除或減少煤與瓦斯突出事故，通過對目前應(yīng)用的預測方法進行分析，并在分析的基礎(chǔ)上提出了實時診斷預警方法[1]。

1 煤與瓦斯突出現(xiàn)有預測方法

煤與瓦斯突出現(xiàn)有預測主要從地應(yīng)力指標和瓦斯、煤層結(jié)構(gòu)指標兩方面進行分析。其中地應(yīng)力以鉆屑量作為間接指標，以S表示，指在有突出危險的工作面的軟分層中，打直徑42mm的鉆孔，每隔2m測定其每米鉆孔長度排出的鉆屑量[2]。作為地應(yīng)力與強度的綜合性指標，鉆屑量在不受應(yīng)力作用時，其值為2.5kg/m，當鉆屑量達到5.5-7.5kg/m時，說明瓦斯突出或沖擊地應(yīng)力的可能性較大；在瓦斯、煤層結(jié)構(gòu)指標方面，通過以鉆屑解吸指標法或鉆孔瓦斯涌出初速度法作為瓦斯與煤結(jié)構(gòu)因素測定指標法，此外包括R指標法與綜合指標法。

2 煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)運行機理

煤與瓦斯突出體現(xiàn)在地應(yīng)力、瓦斯、煤的物理力學性能的綜合結(jié)果，井下瓦斯涌出特征與瓦斯壓力、地應(yīng)力大小、煤的物理力學性能有著重要關(guān)聯(lián)。可見，煤與瓦斯突出以在工作面風流中瓦斯?jié)舛茸兓癁橹匾憩F(xiàn)。因此，煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)通過對工作面瓦斯涌出動態(tài)變化數(shù)據(jù)利用工作面瓦斯監(jiān)測設(shè)備進行采集，實現(xiàn)對瓦斯壓力、地應(yīng)力大小、煤的物理力學性能的分析，得出相應(yīng)的參數(shù)與變化趨勢，實現(xiàn)對工作面瓦斯突出危險發(fā)展趨勢的預判，進而對工作面瓦斯突出危險性作出相應(yīng)的動態(tài)預警[3]。

瓦斯壓力指標以煤的瓦斯解析特征為重要指標，煤的解吸初速度受吸附瓦斯壓力影響顯著，通常吸附瓦斯壓力越大，煤的解吸初速度越高。在煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)中，以落煤后的瞬間最高瓦斯?jié)舛茸鳛槊簩油咚购肯鄬χ笜说呐卸ㄒ罁?jù)。

地應(yīng)力對于工作面日瓦斯涌出總量具有重要決定作用，通常將風流中日均濃度的變化作為反映工作面地應(yīng)力指標的重要依據(jù)。由于瓦斯涌出量受諸多因素影響，地應(yīng)力指標僅是一個相對指標。地應(yīng)力倍率指的是日均濃度與移動濃度的比值具有一定的波動性，屬于判據(jù)地應(yīng)力指標的重要依據(jù)。

煤的物理力學性能中煤層強度受工作面瓦斯涌出量衰減速度影響顯著，通常瓦斯涌出量衰減速度越快，煤層強度越低，瓦斯突出危險性越高。因此，常利用瓦斯?jié)舛人p下降趨勢作為反映煤層強度變化的一個間接判斷依據(jù)。

煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)具有較強的智能化、自動化特點，有利于提升預防和控制瓦斯突出危險解決工作質(zhì)量與效率。

3 煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)在礦井中的實踐應(yīng)用

以某煤礦為例，在該煤礦中應(yīng)用了煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)，其中安裝頭面7個，炮掘面6個。在系統(tǒng)運行半年期間，在7個診斷工作面中報警總次數(shù)達62次，其中威脅報警次數(shù)50次，含人及意外情況造成的報警8次；危險報警次數(shù)12次，含人及意外情況造成的報警4次。實踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)基本與靜態(tài)分析法相一致，可以對當前工作面瓦斯含量與壓力變化趨勢進行實時檢測。

查詢煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)瓦斯突出前通常發(fā)生瓦斯涌出量先降低，后增大趨勢，呈現(xiàn)出瓦斯突出量忽高忽低趨勢，如圖1和圖2所示。

圖1 煤礦突出前瓦斯?jié)舛茸兓厔輬D

圖2 煤礦煤層厚度對瓦斯涌出量影響示意圖

結(jié)合圖4可以看出，煤礦區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對煤礦突出前瓦斯動態(tài)變化具有顯著影響，通常地質(zhì)構(gòu)造地帶屬于瓦斯突出多發(fā)地帶。受煤層厚度影響，厚度變化對工作面支撐壓力與強度影響較大，而地質(zhì)構(gòu)造則對煤層厚度影響明顯。因此，工作面的瓦斯涌出量可以通過應(yīng)力變化與煤層涌出后煤層厚度變化進行表征。

應(yīng)用實踐發(fā)現(xiàn)，煤與瓦斯突出在線監(jiān)測預警系統(tǒng)對有突出危險情況自動預測準確率在59%以上，濾噪巖可提高到76%，對無突出危險情況自動預測準確率達100%[4]。

4 小結(jié)

總而言之，從瓦斯壓力、地應(yīng)力大小、煤的物理力學性能三方面對煤與瓦斯突出在線監(jiān)測預警系統(tǒng)進行研究，完善與優(yōu)化煤與瓦斯突出在線監(jiān)測預警系統(tǒng)，對于突出礦井瓦斯突出預警具有重要意義。

[1]聶百勝,何學秋等，煤與瓦斯突出研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2000,27(01):17-19.

[2]李鵬,煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)應(yīng)用分析[J].應(yīng)用科技,2014(04):115-116.

[3]蘇文叔，利用瓦斯涌出動態(tài)指標預測煤與瓦斯突出[J].煤炭工程師,1996(05):2-7.

[4]石記紅，煤與瓦斯突出實時診斷系統(tǒng)在突出礦井中的應(yīng)用[J].物探與化,2006:281-286.