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煤与瓦斯突出预测防治技术发展与展望1综述我院是我国最早从事瓦斯突出防治研讨的专业研讨院,研讨领域触及突出预测、防突出措施、措施效果检验和人身防护安全措施、突出机理等各方面在国内首先开展了开采爱护层、大、小直径超前钻孔、钻孔水力冲刷、水力冲孔、深孔松动爆破、石门金属骨架等多种防突措施研讨;领先在国内开展了煤层与瓦斯突出区域性预测和工作面预测科研工作,提出了区域预测煤和瓦斯突出危险性综合指标P和K、煤层突出危险性指标4P、工作面预测钻屑量指标S、钻屑瓦斯解吸指标△h
2、C及钻孔瓦斯涌出初速度指标g;建立了区域预测综合防突技术思想,并在现场投入应用;领先开展了AE声放射、瓦斯涌出特征非接触连续预测突出研讨,以及机掘面防突措施研讨20世纪5020XX年X月,我院于1956——1960年首先在北票、红卫、涟邵、焦作、梅田、六盘水等矿井进行瓦斯突出调查,建立了全国重点突出矿井卡片;1958年领先在北票煤田台吉三井、冠山二井开采爱护层,并获得胜利,为最初的防突提供了最为有效的技术手段;1959年连续在天府磨心坡井推广应用开采爱护层,并结合瓦斯抽放综合防突20世纪60代初,我院即建立区域预测单项指标4P、f值,1960年——1965年进行了全国突出煤层4P、f值普查;1961年——1963年在4防突对策和技术展望1认真贯彻执行“四位一体”防突综合措施,对防止突出事故来说,有两大任务一是防止突动身生,二是防止突出造成人身伤亡事故综合措施中的防突措施和安全防护措施分别是为解决上述任务的两条防线十多年来,某些突出严峻的国有重点煤矿应用了综全防突措施取得了良好的效果,但大多数突出矿井仍未应用2提高突出危险性预测的精确性结合突出矿井的详细条件,通过科学实验可确定突出预测敏感指标和标志突出危险的临界值在“八五”、“九五”期间科技攻关的基础上,尽快完成用声放射、瓦斯涌出动态改变和电磁幅射等指标,对工作面突出危险性进行连续非接触式预测3提高防突措施的效果伴着突出矿井机械化程度的提高,实验研讨机采机掘工作面的防突措施包括从防突观点动身,尽量减小机械截煤深度,均速推动,改善工作面支撑状况,使工作面前方煤体应力均衡向前推移,防止形成大的集中应力,将突出危险性降至最小程度例如,在突出煤层加采面推广运用刨煤机,在机掘工作面试用带有超前掏卸压槽机构的掘进机等4优先推广运用开采爱护层和预抽煤层瓦斯等区域性防突措施这是当前行之有效的防突治本措施开采爱护层时应结合抽放瓦斯提高爱护效果的扩大爱护范围单一突出危险煤层提高瓦斯抽放率是世界煤矿抽放瓦斯领域又一亟待解决的难题,在这方面我国进行了大量科学实验工作,先后实验胜利密集大直径钻孔、水力割缝、水力压裂、网络布孔、定向卸压爆破和交叉布孔等但这些方法往往由于工艺冗杂,需要大量资金投入,难以在生产中推广运用寻求工艺较简洁能顺应突出矿井生产条件的提高煤层瓦斯抽放率的方法,仍是防突出工作的一个重大课题
(5)强化突出矿井的瓦斯地质工作包括矿井地质构造和煤层赋存条件的预测工作,防止误揭突出煤层;各种地质构造区域煤层瓦斯含量、瓦斯压力和地应力改变规律及其与突出危险性的关系;各种地质构造对煤层的破坏程度和性质的影响等
(6)强化突出机理研讨当前突出综合假说已得到世界各国的普遍认同,但该假说只是定性地说明了突出原动力(地应力和瓦斯压力)和受力体(煤体)之间大致的能量和功的关系,且在很多方面认识上并不全都,例如,突出时释放的固体弹性变形潜能是主要来源于煤层还是围岩何以会突出那么多瓦斯,有特别瓦斯吗构造应力是突出的必要条件,还仅是有利条件煤体发生连续自发(雪崩式0破坏的详细条件是什么延期性突动身生的原因何在等等上面这些问题仅触及突出机理的物理本质方面,至于数学描述突出的发生、发展和终止过程,则是突出机理研讨方面一个更为冗杂的课题防治煤与瓦斯突出是世界煤矿安全技术领域一大难题经过数十年的科学研讨和煤矿生产实践,现已初步形成我国自己的,,四位一体,,防突综合措施的每一个环节上不断完善提高,使突出预测更加精确,防突措施更加牢靠,以保证突出矿井的安全生产《煤矿安全》红卫、蛇形山矿进行开采爱护层推广;19——1965年在红卫煤矿进行300mm大直径超前钻孔和水平分层采煤法自我卸压爱护防突研讨,并将大直径超前钻孔推广到北票、梅田等局;1966——1968年在北票台吉、冠山三宝进行了13个煤层、14个石门的钻孔水力冲刷实验研讨,均安全揭开石门;1968年在北票三宝矿进行煤巷道水力冲孔防止突出措施工艺研讨;1968年国内领先在北票台吉矿进行深孔松动爆破防突措施研讨;1965——1967年在北票开展震惊放炮揭开突出层,将震惊放炮用瞬发发展到毫秒;1967年我院在北票三宝一井、台吉矿首次应用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度4P、煤的牢固性f区域突出危险性预测、提出了煤的突出危险性综合指标K20世纪7020XX年X月,1974——1975年,我院应用提出的综合指标K结合地质条件,对北票三宝、台吉两个矿各煤层进行区域突出危险性分类;于1977年在北票矿务局实验研讨超声波测定煤层应力,研制了超声波应力测定仪,并初步探究了地震指标与煤和瓦斯突出的关系(水氯指标及入射性元素放射性强度与突出关系)20世纪8020XX年X月,我院的突出研讨工作有了飞跃,1980—-1981年,我院在调查分析了我国一系列突出矿井始突深度、煤层瓦斯压力、煤的牢固性性系数f,综合考虑地应力、瓦斯和煤质这3项具有确定突动身生的主要因素,在北票、红卫经大量考察研讨,提出了标志煤层突出危险性的综合指标D,并建立了地勘、基建和生产矿井预测煤层和区域突出危险性综合指标法(D、K指标),并在系统考察研讨煤样暴露时间、破坏类型、瓦斯压力、煤样精度诸因素与瓦斯解吸规律基础上,在国内首次提出了预测工作面突出危险的钻屑瓦斯解吸指标△h
2、衰减系数C和钻屑量指标S初步得出了标志突出危险性的钻屑倍率指标,研制了MD-1型井下瓦斯解吸仪,首次胜利地利用a h
2、C、S预测石门揭煤工作面突出危险性以上预测方法和指标的提出奠定了我国突出区域预测和工作面预测的理论和工艺技术基础1986年开头国家“七五”攻关,我院就“北票综合防突措施”、“焦作综合防突措施”、“瓦斯突出监测系统”进行重点科技攻关在北票实验胜利了低透气性煤层网格布孔大面积预抽区域防突措施和钻孔卸压煤协作金属骨架防止石门揭煤突出新工艺,将石门揭煤时间由原来的3〜6个月缩短到1〜3个月;在煤巷突出预测攻关中,首次在突出矿进行四位一体综合防突,经1800m巷道跟踪多参数预测,提出综合反映钻屑量、钻屑量解吸指标的综合指标F,首次用预测突出率、预测突出精确率、预测非突出精确率来评价突出预测方法适用性指标,并研制了MD-2型瓦斯解吸仪、ZCD-1型钻孔多级流量计、JN-1型封孔器等,成套工作面突出预测仪表,在全国突出矿井得到了广泛的应用在焦作实验胜利工艺简洁、装备配套的深孔掌握卸压爆破局部防突措施,连续、安全掘进300m,最高月掘进速度达
95.2m在安阳龙山矿实验研讨了AE声放射非接触连续预测突出新方法,研制胜利IMSC-1型煤矿声放射测定仪,被收入《中国技术成果大全》第八期(科学技术文献出版社,20XX年)在完成上述攻关任务的同时,1987年在营城煤矿进行岩石(煤)与二氧化碳突出预测与防治研讨;1989年在北票、焦作领先开展利用监测系统预测突出及检验防突措施效果和机掘面防突措施研讨20世纪9020XX年X月,我院瓦斯突出担当有“工作面预测敏感指标及临界值确实定、机掘面防突措施及配套装备的研讨”、“利用综合参数连续预测突出方法及装备”三项国家“八五”重点科技攻关工程,攻关地点在焦作矿务局九里山矿在工作面敏感指标课题中,利用模糊数学方法确定综合模糊指标,预测突出精确率达61%,预测不突出精确率达XX%;机械防突措施中,研制了JX-2型开卸压槽装置,在国内首次利用机械装置开出连续的卸压槽,在严峻突出煤层平均月掘进速度由27m提高到138m;在连续预测课题中,研制了MSZH-1型声放射指标转换器及配套的声放射传感器,在国内首次胜利地将声放射系统与矿井环境监测系统联网,初步提出相邻帮滑移平均小时势件相对改变率预测指标NE;在动态瓦斯涌出研讨中,扩展了矿井环境监测系统功能此外,我院20XX年还开发了煤与瓦斯突出专家系统,目前正在开发DSS煤矿工程师决策系统在人身防护安全措施研讨领域,我院早于1958年就研制胜利了过滤式自救器,并得到普遍应用;1976研制胜利AZN-60型4h氧气呼吸仪;1986年20XX〜年间续研制胜利AZH-
40、AZH-
15、AZH-
20、AZH-60型系列化学氧自救器;1986〜1988年进行了超氧化钾药片成型工艺的国家“七五”重点科技攻关,其成果快速产品化,并远销德国;20XX年又研制胜利OSR系列化学氧自救器全部上述产品均已商品化、产业化,在煤矿得到广泛的应用在煤矿瓦斯突出理论研讨方面,我院在20世纪5020XX年X月就开头突出煤层煤质结构、瓦斯放散特性与煤瓦斯突出关系的研讨1959年我院首次应用压汞法研讨突出煤、非突出煤孔隙、比外表积;1961年领先进行煤的吸附变形测定研讨,首次提出煤吸附变形定量关系20世纪7020XX年X月我院系统研讨煤层瓦斯重燃搭配对突出的影响,1972年提出煤与瓦斯突出最小瓦斯压力理论及数学模型,1978年提出瓦斯重燃搭配成份和煤与瓦斯突出的关系20世纪8020XX年X月我院开头煤与瓦斯突动身生条件的研讨,在试验室系统模拟(物理模拟)了煤的破坏类型、应力、瓦斯压力、含量等因素和煤与瓦斯突出的关系,系统地进行了突出煤、非突出煤冲击破裂率实验研讨,在国内首次应用沉降分析技术对突出粉煤颗粒组份进行了突出、非突出煤碘吸附实验,系统地进行了等压、非等压解吸规律的研讨20世纪9020XX年X月,我院系统开展了煤吸附瓦斯变形及变形力的研讨,得出了吸附变形时变形力与瓦斯压力的数学关系;首次开展了煤的分形孔隙与瓦斯突出的关系研讨2“四位一体”综合防突措施煤与瓦斯突出是极其冗杂的矿井瓦斯动力现象,是煤矿井下最为严峻的地质灾害之一原煤炭工业部于1988年颁发了《防治煤与瓦斯突出细则》把我国防突技术工作纳入了四位一体综合防突措施和轨道,使防突措施更加有的放矢,提高了措施的防突效果,提高了经济效益,取得了良好的效果,使我国的防突工作到达了一个新的阶段,形成了我国在煤矿生产中自己的综合防突措施体系3煤与瓦斯突出国家攻关工程成果简介煤科总院抚顺分院在国家“七五”、“八五”、“九五”及煤炭行业的科技攻关中,取得的重要科研成果有如下几个方面
3.1煤与瓦斯突出危险性工作面预测技术研讨由抚顺分院完成的国家“七五”科技攻关工程“北票综合防突措施研讨”在我国首次提出了在全国普遍适用的工作面突出危险性预测方法,提出了包括利用钻屑量、钻屑瓦斯解吸指标、钻孔瓦斯涌出量等新时期单项指标和综合指标进行工作面预测较为详尽的实施方案该预测方法在《煤矿安全规程》中被确定为工作面突出预测的标准方法之一,在全国得到推广应用该成果荣获煤炭部科技进步三等奖该项技术的推广应用,提高了我国煤矿防治与瓦斯突出的力量,使我国的年突出次数大为降低自煤炭部颁发《防治煤与瓦斯突出细则》以后,“四位一体”的综合防突措施在全国大部分突出矿井得到了较广泛的应用在执行综合防突措施中,工作面突出危险性预测成为防治突出首要的一环突出预测的正确与否既关系着突出危险煤层开采的作业安全,也触及到防突措施的实施范围,与煤矿的生产效率和经济效益亲密相关国家“七五”攻关中,抚顺分院为全国的突出矿井提供了一套广为适用的预测方法和配套的参数测试仪表但要求各矿井依据自己的运用情况,采纳合适于本矿区的敏感指标和临界值为此,抚顺分院在国家“八五”科技攻关工程“工作面突出敏感指标及临界值确实定研讨”中,在我国首次提出了煤与瓦斯突出敏感指标及临界值确实定方法提出了利用聚类分析技术、模糊数学处理方法,确定突出敏感指标及临界值,使预测不突出精确率到达XX%,预测突出的精确率到达60〜70%该成果在北票、焦作、抚顺得到了应用获得了煤炭部科技进步二等奖
3.2煤与瓦斯突出动态预测技术研讨传统的接触式突出预测技术一般需要施工钻孔,占用大量的作业时间,增加了防突费用和吨煤本钱,而且是间断性的点预测方式,常常在非预测时段发生突出,往往会导致人员伤亡事故,所以煤与瓦斯突出连续预测成为近年来的主要研讨方向抚顺分院在国家“八五”、“九五”科技攻关中提出了“利用综合参数连续预测突出方法及装备”、“声放射实时跟踪连续预测突出危险性技术研讨”两项科研课题利用AEAcousticEmssion声放射技术和瓦斯动态涌出特征对煤与瓦斯突出危险性进行连续预测取得了较好的效果研制了能够与环境监测系统联网的声放射突出危险监测系统提出了声放射突出危险预测指示及瓦斯动态涌出指标和临界值,为煤矿的生产应用提供了一整套完好的技术方法该成果到达国际先进水平
3.3煤与瓦斯突出强度预测技术研讨国家“九五”科技攻关中,抚顺分院完成了“煤与瓦期突出强度预测技术的研讨”,在全国首次提出了突出危险强度预测理论和方法,提出了利用相像的理论,在试验室对煤与瓦斯突出进行三维模拟试验,通过转变纵向应力、横向应力、瓦斯压力、煤体强度等参数,建立了突出强度数学模型,作出了突出强度预测从定性预测到定量预测的一个尝试,取得了较大的科研价值该项成果到达了国际领先水平
3.4煤与瓦斯突出预测预报专家系统的研讨该项课题对我国的主要突出矿井的预测参数值大小、指标、临界值和瓦斯突出方面的基础数据进行整理、归类、组成突出预测专家系统的数据库,利用计算机辅助决策技术对突出进行预测,形成煤与瓦斯突出预测预报专家系统该项课题填补了我国在这一领域的空白,使我国的突出预测技术从人工化走向智能化
3.5煤与瓦斯突出防治措施研讨
3.
5.1水力压裂防突抚顺分院在全国首次提出了水力压裂防突技术,并与山西阳泉、湖南红卫、抚顺、焦作煤矿合作,进行了现场实验,取得了较好的试验效果该项成果提出了水力压裂的一整套实施方法及装备,确定了煤层水力压裂工艺的根本参数
3.
5.2金属骨架及扩孔卸煤钻防突在国家“七五”攻关工程“北票综合防突措施研讨”中,抚顺分院与北票局协作提出了利用金属骨架和扩孔卸煤钻相结合进行石门揭穿突出危险煤层措施,并将该项成果进行完善和推广,从而使石门揭穿突出危险煤层的时间大为缩短,该项成果在全国得到了广泛的应用
3.
5.3机掘工作面防突在国家“八五”攻关课题“机掘面防突措施及配套装备的研讨”中,抚顺分院提出了一套利用卸压槽在综掘工作面防止煤与瓦斯突出的方法该方法标准了卸压槽防突措施的实施条件、开槽角度、深度、槽宽距离等实施工艺,并完成了割掘一体化该措施在焦作得到应用,使本来60~90m/月的掘进速度到达120m/月,提高了掘进速度,缓解了煤矿紧急的采掘接替形势,建立了突出危险煤层掘进综合机械化掘进防突体系。