煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)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(zhǎng)興煤礦,貴州 金沙 551800）

煤與瓦斯突出災(zāi)害已成為影響我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)最為重要因素之一，并且在國(guó)內(nèi)煤礦中呈現(xiàn)出高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井?dāng)?shù)量多、分布廣且不均勻等特點(diǎn)。為消除或減少煤與瓦斯突出事故，通過(guò)對(duì)目前應(yīng)用的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行分析，并在分析的基礎(chǔ)上提出了實(shí)時(shí)診斷預(yù)警方法[1]。

1 煤與瓦斯突出現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法

煤與瓦斯突出現(xiàn)有預(yù)測(cè)主要從地應(yīng)力指標(biāo)和瓦斯、煤層結(jié)構(gòu)指標(biāo)兩方面進(jìn)行分析。其中地應(yīng)力以鉆屑量作為間接指標(biāo)，以S表示，指在有突出危險(xiǎn)的工作面的軟分層中，打直徑42mm的鉆孔，每隔2m測(cè)定其每米鉆孔長(zhǎng)度排出的鉆屑量[2]。作為地應(yīng)力與強(qiáng)度的綜合性指標(biāo)，鉆屑量在不受應(yīng)力作用時(shí)，其值為2.5kg/m，當(dāng)鉆屑量達(dá)到5.5-7.5kg/m時(shí)，說(shuō)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(biāo)方面，通過(guò)以鉆屑解吸指標(biāo)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(cè)定指標(biāo)法，此外包括R指標(biāo)法與綜合指標(biāo)法。

2 煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)理

煤與瓦斯突出體現(xiàn)在地應(yīng)力、瓦斯、煤的物理力學(xué)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(xué)性能有著重要關(guān)聯(lián)。可見(jiàn)，煤與瓦斯突出以在工作面風(fēng)流中瓦斯?jié)舛茸兓癁橹匾憩F(xiàn)。因此，煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)通過(guò)對(duì)工作面瓦斯涌出動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)利用工作面瓦斯監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯壓力、地應(yīng)力大小、煤的物理力學(xué)性能的分析，得出相應(yīng)的參數(shù)與變化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面瓦斯突出危險(xiǎn)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)判，進(jìn)而對(duì)工作面瓦斯突出危險(xiǎn)性作出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)預(yù)警[3]。

瓦斯壓力指標(biāo)以煤的瓦斯解析特征為重要指標(biāo)，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(shí)時(shí)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?duì)指標(biāo)的判定依據(jù)。

地應(yīng)力對(duì)于工作面日瓦斯涌出總量具有重要決定作用，通常將風(fēng)流中日均濃度的變化作為反映工作面地應(yīng)力指標(biāo)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(biāo)僅是一個(gè)相對(duì)指標(biāo)。地應(yīng)力倍率指的是日均濃度與移動(dòng)濃度的比值具有一定的波動(dòng)性，屬于判據(jù)地應(yīng)力指標(biāo)的重要依據(jù)。

煤的物理力學(xué)性能中煤層強(qiáng)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(qiáng)度越低，瓦斯突出危險(xiǎn)性越高。因此，常利用瓦斯?jié)舛人p下降趨勢(shì)作為反映煤層強(qiáng)度變化的一個(gè)間接判斷依據(jù)。

煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)具有較強(qiáng)的智能化、自動(dòng)化特點(diǎn)，有利于提升預(yù)防和控制瓦斯突出危險(xiǎn)解決工作質(zhì)量與效率。

3 煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)在礦井中的實(shí)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(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)，其中安裝頭面7個(gè)，炮掘面6個(gè)。在系統(tǒng)運(yùn)行半年期間，在7個(gè)診斷工作面中報(bào)警總次數(shù)達(dá)62次，其中威脅報(bào)警次數(shù)50次，含人及意外情況造成的報(bào)警8次；危險(xiǎn)報(bào)警次數(shù)12次，含人及意外情況造成的報(bào)警4次。實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)基本與靜態(tài)分析法相一致，可以對(duì)當(dāng)前工作面瓦斯含量與壓力變化趨勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

查詢煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)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(shì)，呈現(xiàn)出瓦斯突出量忽高忽低趨勢(shì)，如圖1和圖2所示。

圖1 煤礦突出前瓦斯?jié)舛茸兓厔?shì)圖

圖2 煤礦煤層厚度對(duì)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(duì)煤礦突出前瓦斯動(dòng)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(duì)工作面支撐壓力與強(qiáng)度影響較大，而地質(zhì)構(gòu)造則對(duì)煤層厚度影響明顯。因此，工作面的瓦斯涌出量可以通過(guò)應(yīng)力變化與煤層涌出后煤層厚度變化進(jìn)行表征。

應(yīng)用實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，煤與瓦斯突出在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)對(duì)有突出危險(xiǎn)情況自動(dòng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率在59%以上，濾噪巖可提高到76%，對(duì)無(wú)突出危險(xiǎn)情況自動(dòng)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)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(xué)性能三方面對(duì)煤與瓦斯突出在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行研究，完善與優(yōu)化煤與瓦斯突出在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)于突出礦井瓦斯突出預(yù)警具有重要意義。

[1]聶百勝,何學(xué)秋等，煤與瓦斯突出研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[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(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)指標(biāo)預(yù)測(cè)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(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)在突出礦井中的應(yīng)用[J].物探與化,2006:281-286.