東保衛煤礦瓦斯治理新技術應用

付新

【摘要】在分析東保衛煤礦安全科技工作現狀和趨勢基礎上，介紹了近年來我礦瓦斯災害防治技術應用取得的進展和新成果。

【關鍵詞】 危險性評價 煤與瓦斯突出 災害治理

1 概述

瓦斯是我礦的主要災害因素之一。東保衛煤礦2010年礦井絕對瓦斯涌出量為19.319m?/min，主要來自于一采區和三采區的高瓦斯區域，一采區絕對瓦斯涌出量為9.241m?/min，占礦井瓦斯涌出量的47.8%；三采區瓦斯絕對涌出量為6.625 m?/ min，占礦井瓦斯涌出量的34.3%，因此一、三采區為重點瓦斯區域。

根據歷年瓦斯等級鑒定結果，2010年，東保衛煤礦瓦斯等級鑒定結果為低瓦斯礦井。但近兩年礦井相對瓦斯涌出量已超過10m3/t，隨著開采深度的增加，我礦應用了大量瓦斯治理新技術。

2 瓦斯治理技術應用情況

2.1 瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價技術應用

我礦根據粉塵云著火及燃燒過程簡化模型，得出的粉塵空氣混合物點火過程中慢速導熱燃料模式到快速輻射燃燒模式的轉變具有爆炸特征，建立了礦井瓦斯煤塵爆炸危險性評價模型，用事故樹方法分析了掘進、采煤工作面瓦斯煤塵爆炸發生的影響因素擴權重、可能發生事故的模式和避免爆炸事故發生所要采取的途徑。確立了礦井采煤工作面、掘進工作面瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價指標體系，并將指標分為爆炸易發性指標和爆炸后果嚴重性指標。引進了瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價技術和專家系統軟件，并建立了瓦斯煤塵爆炸的危險性評價和防治專家系統。

2.2 煤與瓦斯突出區域預測技術應用

（1）我礦根據瓦斯地質理論與物探技術相結合的方法進行突出區域預測，引進了采用瓦斯地質方法，建立了瓦斯地質理論與物探技術相結合的多技術集成的多尺度瓦斯突出區域預測瓦斯地質新方法。

（2）引進了具有信息輸入、動態管理和空間分析功能的瓦斯突出區域預測WebGIS信息平臺，實現了瓦斯突出區域瓦斯地質方法的自動化和可視化；

采用地球物理探測技術，形成了一套礦井瓦斯富集部位地震探測技術與方法，建立了由3D3C地震技術、AVO技術、地震反演技術、地震屬性分析技術、地震波形分類技術、瓦斯地質技術等構成的瓦斯富集部位地質—地震預測模式，形成了瓦斯富集部位探測的核心技術；

（3）采用地質動力區劃的方法，確定了活動構造和巖體應力狀態對突出的影響，并劃分出應力升高區、應力降低區和應力梯度。引進突出多因素模式識別概率預測計算機軟件，確定了活動斷裂、最大主應力、應力梯度等8個主要影響因素，并可方便地劃分突出的危險區、威脅區和安全區，開發出了突出區域預測決策分析系統軟件，實現了圖、文、聲和像的可視化；

這些技術成果的研究和應用，完善并發展了我礦瓦斯突出區域預測技術體系，提高了突出預測的準確性，非突出危險區預測準確性達到100%，突出危險區預測準確性超過70%，最大限度地降低了掘進和回采過程中的瓦斯影響，顯著提高掘進速度和提高回采工作面產量。

2.3 煤與瓦斯突出動態預測技術應用

煤與瓦斯突出的非接觸式預測是通過對瓦斯或煤體本身的信號的實時監測而進行的連續動態預測技術。這種方法具有測試簡單、不與生產發生沖突、實時連續監測等優點。

通過分析瓦斯涌出動態變化規律與突出危險性的關系、實時監測瓦斯動態涌出特征波形、提取與突出危險性相關的特征指標，綜合判斷工作面所處地點的安全狀況以及前方的潛在危險性，實現了炮掘工作面瓦斯動態涌出預測，為我礦提供了一種新的瓦斯涌出量預測方法和煤與瓦斯突出預測工藝技術；

引進一套AE聲發射監測煤與瓦斯突出的技術裝備，提出了AE聲發射濾噪綜合處理技術和方法，通過阻噪、隔噪、抑噪、濾噪和有效AE信號提取等途徑，實現了有效濾噪的目的。

2.4 高產高效礦井瓦斯災害綜合治理技術應用

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

針對首采保護層開采時，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，并考慮到確保和提高防突效果的要求，試驗成功了多種首采層瓦斯綜合治理技術措施：

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

在順煤層強化抽放方面上，通過引進一套在順煤層鉆孔中運用高壓水射流擴孔和鉆擴一體化技術提高瓦斯抽放效果的成套技術和裝備，以及對石門揭煤抽、排瓦斯鉆孔擴孔的工藝技術和方法。擴孔后鉆孔直徑達到200-300mm，為擴孔前的4.5倍，最大擴孔直徑達600mm。擴一個鉆孔的時間相當于施工一個鉆孔時間的1/6，而一個擴孔鉆孔的抽排放瓦斯及防突效果相當于2個以上的鉆孔，明顯提高了瓦斯抽放的效果；

在瓦斯抽放效果評價方面，應用了根據煤層的最小突出瓦斯壓力、瓦斯含量為依據，合理確定評價預抽防突措施有效性的預抽率指標和臨界值的方法。下向鉆孔及深孔預裂爆破是提高瓦斯抽放效果的另一重要技術途徑。應用了適合于高瓦斯低透氣性、有突出危險煤層深孔控制預裂爆破強化抽放瓦斯技術和石門快速揭煤技術；

2.5 礦井通風系統安全可靠性評價與決策技術

礦井通風是保障煤礦安全生產的關鍵性環節，合理的通風是防止瓦斯積聚、抑制煤炭自燃和火災蔓延擴大的重要手段，通風系統布置不合理或管理不當，則是導致瓦斯積聚和 自然 發火及造成瓦斯、火災事故進一步擴大的主要原因。

我礦引進礦井通風系統安全可靠性評價和決策技術，建立了基于評價指標體系和網絡 仿真技術的兩種礦井通風系統可靠性評價理論體系、評價方法和數學模型，實現了智能化、可視化通風系統可靠性評價和決策支持系統軟件。

在災變風流動態模擬及虛擬現實技術方面，引進了礦井災害風流流動模擬的GIS顯示系統，實現礦井災變動態模擬結果在礦井通風系統圖各巷道通風參數的動態顯示，減少礦井災害防治及救災決策中應用災變狀態各參數的失誤率，提高決策效率。

在通風系統自動調控方面，成功應用了井下自動控制風門及遠程控制技術，研制出了帶有卸壓窗和撞桿自動開啟裝置的遠程自控風門，實現了井下人、車信號分離，采用控制命令分級管理的方法，徹底貫徹了“生產服從救災，行人服從行車”的風門管理理念，有效地提高了通風系統的穩定性和安全可靠性。

初步實現了礦井通風系統從監測、分析、決策到控制等各環節的閉環運行。

3結論

瓦斯災害治理新技術在我礦進行了試驗和應用，取得了經濟、社會、安全環境的多重效益。這些研究成果對我礦生產條件和瓦斯災害特點具有很強的針對性和適應性，具體成果表現為：

（1）瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價技術在我礦應用表明，評價結果準確可靠，具有很強的操作性和實用性，為預防瓦斯煤塵爆炸提供了重要技術支撐。

（2）瓦斯地質、動力區劃和地球物理探測方法的煤與瓦斯突出預測技術有效減小防突工程量、提高防突效果。

（3）保護開采、順煤層瓦斯強化抽放技術是我礦治理瓦斯的有效技術途徑。

（4）通風系統的監測、可靠性評價技術隨著礦井集約化水平的提高會越來越突現其基礎作用。