東保衛(wèi)煤礦瓦斯治理新技術(shù)應(yīng)用

付新

【摘要】在分析東保衛(wèi)煤礦安全科技工作現(xiàn)狀和趨勢(shì)基礎(chǔ)上，介紹了近年來(lái)我礦瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)應(yīng)用取得的進(jìn)展和新成果。

【關(guān)鍵詞】 危險(xiǎn)性評(píng)價(jià) 煤與瓦斯突出 災(zāi)害治理

1 概述

瓦斯是我礦的主要災(zāi)害因素之一。東保衛(wèi)煤礦2010年礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為19.319m?/min，主要來(lái)自于一采區(qū)和三采區(qū)的高瓦斯區(qū)域，一采區(qū)絕對(duì)瓦斯涌出量為9.241m?/min，占礦井瓦斯涌出量的47.8%；三采區(qū)瓦斯絕對(duì)涌出量為6.625 m?/ min，占礦井瓦斯涌出量的34.3%，因此一、三采區(qū)為重點(diǎn)瓦斯區(qū)域。

根據(jù)歷年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果，2010年，東保衛(wèi)煤礦瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井。但近兩年礦井相對(duì)瓦斯涌出量已超過(guò)10m3/t，隨著開(kāi)采深度的增加，我礦應(yīng)用了大量瓦斯治理新技術(shù)。

2 瓦斯治理技術(shù)應(yīng)用情況

2.1 瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)應(yīng)用

我礦根據(jù)粉塵云著火及燃燒過(guò)程簡(jiǎn)化模型，得出的粉塵空氣混合物點(diǎn)火過(guò)程中慢速導(dǎo)熱燃料模式到快速輻射燃燒模式的轉(zhuǎn)變具有爆炸特征，建立了礦井瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型，用事故樹(shù)方法分析了掘進(jìn)、采煤工作面瓦斯煤塵爆炸發(fā)生的影響因素?cái)U(kuò)權(quán)重、可能發(fā)生事故的模式和避免爆炸事故發(fā)生所要采取的途徑。確立了礦井采煤工作面、掘進(jìn)工作面瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將指標(biāo)分為爆炸易發(fā)性指標(biāo)和爆炸后果嚴(yán)重性指標(biāo)。引進(jìn)了瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)和專家系統(tǒng)軟件，并建立了瓦斯煤塵爆炸的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)和防治專家系統(tǒng)。

2.2 煤與瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

（1）我礦根據(jù)瓦斯地質(zhì)理論與物探技術(shù)相結(jié)合的方法進(jìn)行突出區(qū)域預(yù)測(cè)，引進(jìn)了采用瓦斯地質(zhì)方法，建立了瓦斯地質(zhì)理論與物探技術(shù)相結(jié)合的多技術(shù)集成的多尺度瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)瓦斯地質(zhì)新方法。

（2）引進(jìn)了具有信息輸入、動(dòng)態(tài)管理和空間分析功能的瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)WebGIS信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了瓦斯突出區(qū)域瓦斯地質(zhì)方法的自動(dòng)化和可視化；

采用地球物理探測(cè)技術(shù)，形成了一套礦井瓦斯富集部位地震探測(cè)技術(shù)與方法，建立了由3D3C地震技術(shù)、AVO技術(shù)、地震反演技術(shù)、地震屬性分析技術(shù)、地震波形分類技術(shù)、瓦斯地質(zhì)技術(shù)等構(gòu)成的瓦斯富集部位地質(zhì)—地震預(yù)測(cè)模式，形成了瓦斯富集部位探測(cè)的核心技術(shù)；

（3）采用地質(zhì)動(dòng)力區(qū)劃的方法，確定了活動(dòng)構(gòu)造和巖體應(yīng)力狀態(tài)對(duì)突出的影響，并劃分出應(yīng)力升高區(qū)、應(yīng)力降低區(qū)和應(yīng)力梯度。引進(jìn)突出多因素模式識(shí)別概率預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)軟件，確定了活動(dòng)斷裂、最大主應(yīng)力、應(yīng)力梯度等8個(gè)主要影響因素，并可方便地劃分突出的危險(xiǎn)區(qū)、威脅區(qū)和安全區(qū)，開(kāi)發(fā)出了突出區(qū)域預(yù)測(cè)決策分析系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)了圖、文、聲和像的可視化；

這些技術(shù)成果的研究和應(yīng)用，完善并發(fā)展了我礦瓦斯突出區(qū)域預(yù)測(cè)技術(shù)體系，提高了突出預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，非突出危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性達(dá)到100%，突出危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性超過(guò)70%，最大限度地降低了掘進(jìn)和回采過(guò)程中的瓦斯影響，顯著提高掘進(jìn)速度和提高回采工作面產(chǎn)量。

2.3 煤與瓦斯突出動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)應(yīng)用

煤與瓦斯突出的非接觸式預(yù)測(cè)是通過(guò)對(duì)瓦斯或煤體本身的信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)而進(jìn)行的連續(xù)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)技術(shù)。這種方法具有測(cè)試簡(jiǎn)單、不與生產(chǎn)發(fā)生沖突、實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。

通過(guò)分析瓦斯涌出動(dòng)態(tài)變化規(guī)律與突出危險(xiǎn)性的關(guān)系、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯動(dòng)態(tài)涌出特征波形、提取與突出危險(xiǎn)性相關(guān)的特征指標(biāo)，綜合判斷工作面所處地點(diǎn)的安全狀況以及前方的潛在危險(xiǎn)性，實(shí)現(xiàn)了炮掘工作面瓦斯動(dòng)態(tài)涌出預(yù)測(cè)，為我礦提供了一種新的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法和煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)工藝技術(shù)；

引進(jìn)一套AE聲發(fā)射監(jiān)測(cè)煤與瓦斯突出的技術(shù)裝備，提出了AE聲發(fā)射濾噪綜合處理技術(shù)和方法，通過(guò)阻噪、隔噪、抑噪、濾噪和有效AE信號(hào)提取等途徑，實(shí)現(xiàn)了有效濾噪的目的。

2.4 高產(chǎn)高效礦井瓦斯災(zāi)害綜合治理技術(shù)應(yīng)用

加強(qiáng)瓦斯災(zāi)害的治理是防止煤礦重特大事故發(fā)生的重要保證。高瓦斯煤層群保護(hù)層開(kāi)采、低透氣性煤層瓦斯強(qiáng)化抽放、巷道邊掘邊抽等技術(shù)是瓦斯治理的有效措施，也一直都是煤礦瓦斯治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在煤層群保護(hù)層開(kāi)采方面，我礦從理論上計(jì)算了保護(hù)層開(kāi)采后卸壓范圍向頂、底板方向發(fā)展的深度，為確定被保護(hù)層的保護(hù)效果和卸壓范圍提供了可靠的理論依據(jù)。

針對(duì)首采保護(hù)層開(kāi)采時(shí)，上下高瓦斯突出煤層的瓦斯集中向首采工作面涌出的特點(diǎn)，并考慮到確保和提高防突效果的要求，試驗(yàn)成功了多種首采層瓦斯綜合治理技術(shù)措施：

保護(hù)層底板巷道+上向穿層鉆孔抽放瓦斯技術(shù)、被保護(hù)層頂板煤（巖）巷道+下向穿層鉆孔抽放技術(shù)、首采層（保護(hù)層）頂板巷道抽放技術(shù)。

在順煤層強(qiáng)化抽放方面上，通過(guò)引進(jìn)一套在順煤層鉆孔中運(yùn)用高壓水射流擴(kuò)孔和鉆擴(kuò)一體化技術(shù)提高瓦斯抽放效果的成套技術(shù)和裝備，以及對(duì)石門(mén)揭煤抽、排瓦斯鉆孔擴(kuò)孔的工藝技術(shù)和方法。擴(kuò)孔后鉆孔直徑達(dá)到200-300mm，為擴(kuò)孔前的4.5倍，最大擴(kuò)孔直徑達(dá)600mm。擴(kuò)一個(gè)鉆孔的時(shí)間相當(dāng)于施工一個(gè)鉆孔時(shí)間的1/6，而一個(gè)擴(kuò)孔鉆孔的抽排放瓦斯及防突效果相當(dāng)于2個(gè)以上的鉆孔，明顯提高了瓦斯抽放的效果；

在瓦斯抽放效果評(píng)價(jià)方面，應(yīng)用了根據(jù)煤層的最小突出瓦斯壓力、瓦斯含量為依據(jù)，合理確定評(píng)價(jià)預(yù)抽防突措施有效性的預(yù)抽率指標(biāo)和臨界值的方法。下向鉆孔及深孔預(yù)裂爆破是提高瓦斯抽放效果的另一重要技術(shù)途徑。應(yīng)用了適合于高瓦斯低透氣性、有突出危險(xiǎn)煤層深孔控制預(yù)裂爆破強(qiáng)化抽放瓦斯技術(shù)和石門(mén)快速揭煤技術(shù)；

2.5 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠性評(píng)價(jià)與決策技術(shù)

礦井通風(fēng)是保障煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，合理的通風(fēng)是防止瓦斯積聚、抑制煤炭自燃和火災(zāi)蔓延擴(kuò)大的重要手段，通風(fēng)系統(tǒng)布置不合理或管理不當(dāng)，則是導(dǎo)致瓦斯積聚和 自然 發(fā)火及造成瓦斯、火災(zāi)事故進(jìn)一步擴(kuò)大的主要原因。

我礦引進(jìn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全可靠性評(píng)價(jià)和決策技術(shù)，建立了基于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和網(wǎng)絡(luò) 仿真技術(shù)的兩種礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)理論體系、評(píng)價(jià)方法和數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了智能化、可視化通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)和決策支持系統(tǒng)軟件。

在災(zāi)變風(fēng)流動(dòng)態(tài)模擬及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)方面，引進(jìn)了礦井災(zāi)害風(fēng)流流動(dòng)模擬的GIS顯示系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井災(zāi)變動(dòng)態(tài)模擬結(jié)果在礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖各巷道通風(fēng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示，減少礦井災(zāi)害防治及救災(zāi)決策中應(yīng)用災(zāi)變狀態(tài)各參數(shù)的失誤率，提高決策效率。

在通風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控方面，成功應(yīng)用了井下自動(dòng)控制風(fēng)門(mén)及遠(yuǎn)程控制技術(shù)，研制出了帶有卸壓窗和撞桿自動(dòng)開(kāi)啟裝置的遠(yuǎn)程自控風(fēng)門(mén)，實(shí)現(xiàn)了井下人、車(chē)信號(hào)分離，采用控制命令分級(jí)管理的方法，徹底貫徹了“生產(chǎn)服從救災(zāi)，行人服從行車(chē)”的風(fēng)門(mén)管理理念，有效地提高了通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全可靠性。

初步實(shí)現(xiàn)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)從監(jiān)測(cè)、分析、決策到控制等各環(huán)節(jié)的閉環(huán)運(yùn)行。

3結(jié)論

瓦斯災(zāi)害治理新技術(shù)在我礦進(jìn)行了試驗(yàn)和應(yīng)用，取得了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、安全環(huán)境的多重效益。這些研究成果對(duì)我礦生產(chǎn)條件和瓦斯災(zāi)害特點(diǎn)具有很強(qiáng)的針對(duì)性和適應(yīng)性，具體成果表現(xiàn)為：

（1）瓦斯煤塵爆炸危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)在我礦應(yīng)用表明，評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，具有很強(qiáng)的操作性和實(shí)用性，為預(yù)防瓦斯煤塵爆炸提供了重要技術(shù)支撐。

（2）瓦斯地質(zhì)、動(dòng)力區(qū)劃和地球物理探測(cè)方法的煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)技術(shù)有效減小防突工程量、提高防突效果。

（3）保護(hù)開(kāi)采、順煤層瓦斯強(qiáng)化抽放技術(shù)是我礦治理瓦斯的有效技術(shù)途徑。

（4）通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)隨著礦井集約化水平的提高會(huì)越來(lái)越突現(xiàn)其基礎(chǔ)作用。