基于煤巷掘进面瓦斯涌出指标实时突出预测技术研究
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摘要
煤与瓦斯突出是煤矿井下较为严重的灾害事故,严重威胁煤矿的安全生产,制约着煤矿的高产高效和经济效益。从本质上讲,煤与瓦斯突出是一种复杂的动力现象。目前的研究广泛认为它与地应力、瓦斯因素和煤的物理力学性质有关,对于煤与瓦斯突出,目前仍无法达到准确预测、及时预警的目的,一旦异常情况发生,井下作业人员猝不及防,便会造成人员伤亡。
长期的煤矿生产实践证明,煤与瓦斯突出前,常伴随有工作面瓦斯涌出异常,如瓦斯涌出变大或忽大忽小等现象,煤与瓦斯突出过程中也伴随有大量的瓦斯涌出,为此,利用工作面瓦斯动态涌出预测来预测工作面前方突出危险性不失为一种有效的手段。通过研究,建立掘进工作面瓦斯涌出连续性突出预测方法和确定预测指标及临界值;提高预测突出的连续性和可靠性,实现掘进工作面超前动态预测,防止煤与瓦斯突出事故的发生,以适合于煤炭高效安全开采的需要。
本文以淮南矿业(集团)有限责任公司潘一矿为研究对象,主要研究了掘进工作面正常瓦斯涌出与突出前瓦斯涌出的变化关系、不同作业工序的瓦斯涌出动态规律、落煤期间瓦斯放散规律、巷道壁瓦斯涌出规律。利用数学方法建立掘进工作面瓦斯动态涌出预测的数学模型,通过研究掘进工作面瓦斯动态涌出曲线的典型特征、瓦斯涌出动态变化规律与突出危险性的关系;确定掘进工作面的瓦斯涌出动态预测敏感指标及其突出预测临界值,建立掘进工作面瓦斯涌出指标连续性突出预测方法,综合判断掘进工作面当前地点的安全状况及前方的潜在危险性。从而达到减少瓦斯灾害事故的发生,保障矿井安全生产。
Coal and gas outburst is a severer disastrous accident in coal mine that threatens coal security and limits the high production and high efficiency and the economic benefit of the coal mines. Essentially, coal and gas outburst is a complicated dynamical phenomenon. At present, it is affected by the geostatic stress, gas and the mechanical and physical properties of coal, but the accurate prediction and timely pre-warning of the coal and gas outburst can not be realized. Once dose the abnormal conditions occur, the miners are unprepared, which causes the casualty.
It is improved by the long-term coal mine production that before the coal and gas outburst, the abnormal gas-effusion often occurs, for example, the gas emission quantity gets larger or protean. During the coal and gas outburst, the gas emission quantity also gets larger. Therefore, predicting the danger in the front of the working face with the dynamic gas-effusion is a effective method. Through researches, erecting the method to predict gas outburst with the continuity of the gas emission and determining the predicting indexes and the critical value can increase the continuity and reliability of predicting outbursts, realize the dynamic predication of the outburst in excavation face and avoid it take place, which is suitable for the need of the efficiency and safety mining.
In this thesis, combining with Panyi Mine of HuaiNan Mining Group, the relation between the normal gas emission and it before the outburst, the dynamic law of the gas emission at different working procedures, the spreading law during cutting the coal and the law of gas emission from the roadway wall were studied. The mathematical model to predict the gas emission in the excavation face was erected. By studying the typical characteristic of the dynamic curve describing the gas emission and the relation between the dynamic law of gas emission and outburst hazard, the sensitive indexes on the dynamic prediction of the gas emission and the critical value of the outburst were determined and the continuous predicting method of outburst based on the indexes of the gas emission in excavation face was erected, which can synthetically estimate the security situation of current location and the potentially dangerous in front of the face and lessen the gas accidents to safeguard the mine safety production.
长期的煤矿生产实践证明,煤与瓦斯突出前,常伴随有工作面瓦斯涌出异常,如瓦斯涌出变大或忽大忽小等现象,煤与瓦斯突出过程中也伴随有大量的瓦斯涌出,为此,利用工作面瓦斯动态涌出预测来预测工作面前方突出危险性不失为一种有效的手段。通过研究,建立掘进工作面瓦斯涌出连续性突出预测方法和确定预测指标及临界值;提高预测突出的连续性和可靠性,实现掘进工作面超前动态预测,防止煤与瓦斯突出事故的发生,以适合于煤炭高效安全开采的需要。
本文以淮南矿业(集团)有限责任公司潘一矿为研究对象,主要研究了掘进工作面正常瓦斯涌出与突出前瓦斯涌出的变化关系、不同作业工序的瓦斯涌出动态规律、落煤期间瓦斯放散规律、巷道壁瓦斯涌出规律。利用数学方法建立掘进工作面瓦斯动态涌出预测的数学模型,通过研究掘进工作面瓦斯动态涌出曲线的典型特征、瓦斯涌出动态变化规律与突出危险性的关系;确定掘进工作面的瓦斯涌出动态预测敏感指标及其突出预测临界值,建立掘进工作面瓦斯涌出指标连续性突出预测方法,综合判断掘进工作面当前地点的安全状况及前方的潜在危险性。从而达到减少瓦斯灾害事故的发生,保障矿井安全生产。
Coal and gas outburst is a severer disastrous accident in coal mine that threatens coal security and limits the high production and high efficiency and the economic benefit of the coal mines. Essentially, coal and gas outburst is a complicated dynamical phenomenon. At present, it is affected by the geostatic stress, gas and the mechanical and physical properties of coal, but the accurate prediction and timely pre-warning of the coal and gas outburst can not be realized. Once dose the abnormal conditions occur, the miners are unprepared, which causes the casualty.
It is improved by the long-term coal mine production that before the coal and gas outburst, the abnormal gas-effusion often occurs, for example, the gas emission quantity gets larger or protean. During the coal and gas outburst, the gas emission quantity also gets larger. Therefore, predicting the danger in the front of the working face with the dynamic gas-effusion is a effective method. Through researches, erecting the method to predict gas outburst with the continuity of the gas emission and determining the predicting indexes and the critical value can increase the continuity and reliability of predicting outbursts, realize the dynamic predication of the outburst in excavation face and avoid it take place, which is suitable for the need of the efficiency and safety mining.
In this thesis, combining with Panyi Mine of HuaiNan Mining Group, the relation between the normal gas emission and it before the outburst, the dynamic law of the gas emission at different working procedures, the spreading law during cutting the coal and the law of gas emission from the roadway wall were studied. The mathematical model to predict the gas emission in the excavation face was erected. By studying the typical characteristic of the dynamic curve describing the gas emission and the relation between the dynamic law of gas emission and outburst hazard, the sensitive indexes on the dynamic prediction of the gas emission and the critical value of the outburst were determined and the continuous predicting method of outburst based on the indexes of the gas emission in excavation face was erected, which can synthetically estimate the security situation of current location and the potentially dangerous in front of the face and lessen the gas accidents to safeguard the mine safety production.
引文
[1]富向，王魁军，杨天鸿构造煤的瓦斯放散特征[J]煤炭学报，2008，(07)；
[2]韩军，张宏伟，霍丙杰向斜构造煤与瓦斯突出机理探讨[J]煤炭学报，2008，(08)；
[3]张洲煤与瓦斯突出矿井鉴定各单项指标关联度研究[D]，河南理工大学，2009；
[4]杨德方薛湖井田瓦斯地质规律与瓦斯预测[D]，河南理工大学，2009；
[5]陈新生构造作用下煤层变形、破坏特征数值模拟研究[D]，河南理工大学，2009；
[6]何俊，陈新生地质构造对煤与瓦斯突出控制作用的研究现状与发展趋势[J]河南理工大学学报(自然科学版)，2009，(01)；
[7]杨德方，张子敏，张玉贵，杨付领复合构造控制煤与瓦斯突出及其地质条件[J]煤矿安全，2009，(08)：
[8]董德斌，曹矗林数理化方法在突出危险性区域预测中的应用[J]，煤矿安全，2006，10；
[9]郑哲敏从数量级和量纲分析看煤与瓦斯突出的机理[c]煤与瓦斯突出机理和预测预报第三次科研工作及学术交流会议选集，1983；
[10]周世宁，何学秋煤和瓦斯突出机理的流变假说[J]中国矿业大学学报，1990，12；
[11]郭德勇，韩德馨煤与瓦斯突出粘滑机理研究[J]煤炭学报，2003，28(6)；
[12]李萍丰浅谈煤与瓦斯突出机理的假说：二相流体假说[J]，煤矿安全，1989，11；
[13]蒋承林煤与瓦斯突出延期发生的原因探讨一“球壳失稳”假说的解释性研究之一[J]中国安全科学学报，1994 4(4)；
[14] unxingcao，DingdongHe，DavidcGli ek coalandgasoutburstsinfootwallso reversefaults[J]，Internati onalJournalofcoalGeolog2002；
[15] Huoyin Majorandminor struetural features of abedding shear zone alongacoal seam Andre latedga soutburst，Pingdingshaneoalfi eld，northernchina[J]，Internati onal Journ of CoalGeology，2002；[16]国家安全生产监督管理总局防治煤与瓦斯突出规定[M]煤炭工业出版社，2009；[1 7]国家安全生产监督管理局，国家煤矿安全监察局煤矿安全规程[M]，煤炭工业出版社，2006：
[18]曲方、刘克功、赵洪亮等基于煤壁瓦斯涌出初速度的综掘工作面瓦斯涌出量预测[J]煤矿安全，2004，35(8)：1-4；
[19]曹矗林，综掘工作面瓦斯预测技术在平顶山矿区的应用研究[J]北京，煤炭科学研究总院，2(003年；
[20]瓦斯通风防灭火安全研究所煤与瓦斯突出预测防治技术的发展与于展望[J]煤矿安全，2003.34(增刊)：
[21]陈大力.综掘工作面瓦斯预测技术的研究[J],煤矿安全,2001(8):4-7;
[22] A.基度宾斯基.煤下西里亚各煤矿现场测量煤层强度对预测突出危险的影响[M].煤矿安全译丛,1983.4;
[23]马晨晓,马新生,李太明,矿井瓦斯涌出量方法的研究[J],中州煤炭,2000(3);
[24]王佑安.煤与瓦斯突出危险预测[M].煤与瓦斯突出预测资料汇编.1987;
[25]于不凡.苏联煤和瓦斯突出预测的现状和展望[J].世界煤炭技术,1982.11;
[26]秦书玉.煤与瓦斯突出预报的模糊聚类相似分析法[M].中国地质灾害与防治学;
[27]蔡成功,景国勋.模糊综合评判法预测煤与瓦斯突出强度的研究[J].安全与环境学报,2004,02;
[28]刘静,刘阳.火灾损失的灰色模糊预测方法[J].火灾科学,2006,6;
[29]张宏伟,李胜等.煤与瓦斯突出危险性的模式识别和概率预测[J].岩石力学与工程学报,2005.2;
[30]石显鑫,蔡栓荣,冯宏等.利用声发射技术预测预报煤与瓦斯突出[J].煤田地质与勘探,1998.26(3);
[31]何学秋,刘明举.含瓦斯煤岩破坏电磁动力学[M].中国矿业大学出版社.1995;
[32]聂百胜,何学秋,王恩元等.用电磁辐射法非接触预测煤与瓦斯突出[J].煤矿安全,2000(2);
[33]王恩元,何学秋,聂百胜等.电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理[J].中国矿业大学学报,2000.29(3);
[34]Γ.A.李金.开采煤层瓦斯异常涌出的分类尝试[C].煤矿科学技术论文选.1959;
[35]郭立稳,俞启香等.龙山煤矿煤与瓦斯突出温度异常现象分析[J].煤炭学报,2000.2;
[36]孔祥堂,刘恩功.浅析临沂矿区瓦斯涌出异常区及其防治[J].山东煤炭科技,2003(3);
[37]王晓波,董东林.南屯煤矿局部采区瓦斯涌出异常原因分析[J].煤炭工程师,1997(5);
[38]苏文叔.利用瓦斯涌出动态指标预测煤与瓦斯突出[J].煤炭工程师.1996(5);
[39]俞启香,郭立稳.钻孔瓦斯动态涌出特征及其与突出危险的关系[J].中国矿业大学学报,1998;
[40]于不凡,王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].煤炭工业出版社,2000;
[41]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M],煤炭工业出版社,2001;
[42]于不凡.煤和瓦斯突出机理[M].煤炭工业出版社.1985;
[43]国家煤矿安全监察局.2002年国有煤矿安全生产状况分析报告[C];
[44]于不凡.国外煤和瓦斯突出工作面预测研究综述[C].煤与瓦斯突出预测资料汇编.1987;
[45]于不凡.谈煤和瓦斯突出的机理[M].煤炭科学技术,1979;
[46]何继善.瓦斯突出地球物理研究[M].煤炭工业出版社,1999。
[2]韩军，张宏伟，霍丙杰向斜构造煤与瓦斯突出机理探讨[J]煤炭学报，2008，(08)；
[3]张洲煤与瓦斯突出矿井鉴定各单项指标关联度研究[D]，河南理工大学，2009；
[4]杨德方薛湖井田瓦斯地质规律与瓦斯预测[D]，河南理工大学，2009；
[5]陈新生构造作用下煤层变形、破坏特征数值模拟研究[D]，河南理工大学，2009；
[6]何俊，陈新生地质构造对煤与瓦斯突出控制作用的研究现状与发展趋势[J]河南理工大学学报(自然科学版)，2009，(01)；
[7]杨德方，张子敏，张玉贵，杨付领复合构造控制煤与瓦斯突出及其地质条件[J]煤矿安全，2009，(08)：
[8]董德斌，曹矗林数理化方法在突出危险性区域预测中的应用[J]，煤矿安全，2006，10；
[9]郑哲敏从数量级和量纲分析看煤与瓦斯突出的机理[c]煤与瓦斯突出机理和预测预报第三次科研工作及学术交流会议选集，1983；
[10]周世宁，何学秋煤和瓦斯突出机理的流变假说[J]中国矿业大学学报，1990，12；
[11]郭德勇，韩德馨煤与瓦斯突出粘滑机理研究[J]煤炭学报，2003，28(6)；
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[14] unxingcao，DingdongHe，DavidcGli ek coalandgasoutburstsinfootwallso reversefaults[J]，Internati onalJournalofcoalGeolog2002；
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[18]曲方、刘克功、赵洪亮等基于煤壁瓦斯涌出初速度的综掘工作面瓦斯涌出量预测[J]煤矿安全，2004，35(8)：1-4；
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[26]秦书玉.煤与瓦斯突出预报的模糊聚类相似分析法[M].中国地质灾害与防治学;
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[30]石显鑫,蔡栓荣,冯宏等.利用声发射技术预测预报煤与瓦斯突出[J].煤田地质与勘探,1998.26(3);
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[32]聂百胜,何学秋,王恩元等.用电磁辐射法非接触预测煤与瓦斯突出[J].煤矿安全,2000(2);
[33]王恩元,何学秋,聂百胜等.电磁辐射法预测煤与瓦斯突出原理[J].中国矿业大学学报,2000.29(3);
[34]Γ.A.李金.开采煤层瓦斯异常涌出的分类尝试[C].煤矿科学技术论文选.1959;
[35]郭立稳,俞启香等.龙山煤矿煤与瓦斯突出温度异常现象分析[J].煤炭学报,2000.2;
[36]孔祥堂,刘恩功.浅析临沂矿区瓦斯涌出异常区及其防治[J].山东煤炭科技,2003(3);
[37]王晓波,董东林.南屯煤矿局部采区瓦斯涌出异常原因分析[J].煤炭工程师,1997(5);
[38]苏文叔.利用瓦斯涌出动态指标预测煤与瓦斯突出[J].煤炭工程师.1996(5);
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[40]于不凡,王佑安.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].煤炭工业出版社,2000;
[41]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M],煤炭工业出版社,2001;
[42]于不凡.煤和瓦斯突出机理[M].煤炭工业出版社.1985;
[43]国家煤矿安全监察局.2002年国有煤矿安全生产状况分析报告[C];
[44]于不凡.国外煤和瓦斯突出工作面预测研究综述[C].煤与瓦斯突出预测资料汇编.1987;
[45]于不凡.谈煤和瓦斯突出的机理[M].煤炭科学技术,1979;
[46]何继善.瓦斯突出地球物理研究[M].煤炭工业出版社,1999。
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