煤與瓦斯突出實時診斷系統在突出礦井中的應用

宋祥峰

（貴州畢節市金沙縣長興煤礦,貴州 金沙 551800）

煤與瓦斯突出災害已成為影響我國煤礦安全生產最為重要因素之一，并且在國內煤礦中呈現出高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井數量多、分布廣且不均勻等特點。為消除或減少煤與瓦斯突出事故，通過對目前應用的預測方法進行分析，并在分析的基礎上提出了實時診斷預警方法[1]。

1 煤與瓦斯突出現有預測方法

煤與瓦斯突出現有預測主要從地應力指標和瓦斯、煤層結構指標兩方面進行分析。其中地應力以鉆屑量作為間接指標，以S表示，指在有突出危險的工作面的軟分層中，打直徑42mm的鉆孔，每隔2m測定其每米鉆孔長度排出的鉆屑量[2]。作為地應力與強度的綜合性指標，鉆屑量在不受應力作用時，其值為2.5kg/m，當鉆屑量達到5.5-7.5kg/m時，說明瓦斯突出或沖擊地應力的可能性較大；在瓦斯、煤層結構指標方面，通過以鉆屑解吸指標法或鉆孔瓦斯涌出初速度法作為瓦斯與煤結構因素測定指標法，此外包括R指標法與綜合指標法。

2 煤與瓦斯突出實時診斷系統運行機理

煤與瓦斯突出體現在地應力、瓦斯、煤的物理力學性能的綜合結果，井下瓦斯涌出特征與瓦斯壓力、地應力大小、煤的物理力學性能有著重要關聯。可見，煤與瓦斯突出以在工作面風流中瓦斯濃度變化為重要表現。因此，煤與瓦斯突出實時診斷系統通過對工作面瓦斯涌出動態變化數據利用工作面瓦斯監測設備進行采集，實現對瓦斯壓力、地應力大小、煤的物理力學性能的分析，得出相應的參數與變化趨勢，實現對工作面瓦斯突出危險發展趨勢的預判，進而對工作面瓦斯突出危險性作出相應的動態預警[3]。

瓦斯壓力指標以煤的瓦斯解析特征為重要指標，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。在煤與瓦斯突出實時診斷系統中，以落煤后的瞬間最高瓦斯濃度作為煤層瓦斯含量相對指標的判定依據。

地應力對于工作面日瓦斯涌出總量具有重要決定作用，通常將風流中日均濃度的變化作為反映工作面地應力指標的重要依據。由于瓦斯涌出量受諸多因素影響，地應力指標僅是一個相對指標。地應力倍率指的是日均濃度與移動濃度的比值具有一定的波動性，屬于判據地應力指標的重要依據。

煤的物理力學性能中煤層強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，煤層強度越低，瓦斯突出危險性越高。因此，常利用瓦斯濃度衰減下降趨勢作為反映煤層強度變化的一個間接判斷依據。

煤與瓦斯突出實時診斷系統具有較強的智能化、自動化特點，有利于提升預防和控制瓦斯突出危險解決工作質量與效率。

3 煤與瓦斯突出實時診斷系統在礦井中的實踐應用

以某煤礦為例，在該煤礦中應用了煤與瓦斯突出實時診斷系統，其中安裝頭面7個，炮掘面6個。在系統運行半年期間，在7個診斷工作面中報警總次數達62次，其中威脅報警次數50次，含人及意外情況造成的報警8次；危險報警次數12次，含人及意外情況造成的報警4次。實踐應用發現，煤與瓦斯突出實時診斷系統基本與靜態分析法相一致，可以對當前工作面瓦斯含量與壓力變化趨勢進行實時檢測。

查詢煤與瓦斯突出實時診斷系統，發現瓦斯突出前通常發生瓦斯涌出量先降低，后增大趨勢，呈現出瓦斯突出量忽高忽低趨勢，如圖1和圖2所示。

圖1 煤礦突出前瓦斯濃度變化趨勢圖

圖2 煤礦煤層厚度對瓦斯涌出量影響示意圖

結合圖4可以看出，煤礦區域地質構造對煤礦突出前瓦斯動態變化具有顯著影響，通常地質構造地帶屬于瓦斯突出多發地帶。受煤層厚度影響，厚度變化對工作面支撐壓力與強度影響較大，而地質構造則對煤層厚度影響明顯。因此，工作面的瓦斯涌出量可以通過應力變化與煤層涌出后煤層厚度變化進行表征。

應用實踐發現，煤與瓦斯突出在線監測預警系統對有突出危險情況自動預測準確率在59%以上，濾噪巖可提高到76%，對無突出危險情況自動預測準確率達100%[4]。

4 小結

總而言之，從瓦斯壓力、地應力大小、煤的物理力學性能三方面對煤與瓦斯突出在線監測預警系統進行研究，完善與優化煤與瓦斯突出在線監測預警系統，對于突出礦井瓦斯突出預警具有重要意義。

[1]聶百勝,何學秋等，煤與瓦斯突出研究現狀及發展趨勢[J].礦業安全與環保,2000,27(01):17-19.

[2]李鵬,煤與瓦斯突出實時診斷系統應用分析[J].應用科技,2014(04):115-116.

[3]蘇文叔，利用瓦斯涌出動態指標預測煤與瓦斯突出[J].煤炭工程師,1996(05):2-7.

[4]石記紅，煤與瓦斯突出實時診斷系統在突出礦井中的應用[J].物探與化,2006:281-286.