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瓦斯灾害治理新技术

作者:李学来 刘见中  
评论: 更新日期:2010年10月10日

    (3)采用地质动力区划的方法,确定了活动构造和岩体应力状态对突出的影响,并划分出应力升高区、应力降低区和应力梯度。为此开发了突出多因素模式识别概率预测计算机软件,确定了活动断裂、最大主应力、应力梯度等8个主要影响因素,并可方便地划分突出的危险区、威胁区和安全区,开发出了突出区域预测决策分析系统软件,实现了图、文、声和像的可视化;
    (4)采用电磁波透视技术,成功研制出了探测煤层瓦斯灾害易发区的技术和装备,建立了电磁波反射和吸收特征数据库和地质异常体的识别系统,得出了瓦斯灾害易发区分布规律,提出了判定瓦斯灾害易发区的敏感指标和临界值,形成一套适于瓦斯灾害易发区的判识方法。
    这些技术成果的研究和应用,完善并发展了我国煤矿瓦斯突出区域预测技术体系,提高了突出预测的准确性,非突出危险区预测准确性达到100%,突出危险区预测准确性超过70%,最大限度地降低了掘进和回采过程中的瓦斯影响,显著提高掘进速度和提高回采工作面产量。
2.3  煤与瓦斯突出动态预测技术
    煤与瓦斯突出的非接触式预测是通过对瓦斯或煤体本身的信号的实时监测而进行的连续动态预测技术。这种方法具有测试简单、不与生产发生冲突、实时连续监测等优点。因此,非接触式连续预测是目前突出预测的主要研究方向。在“九五”攻关成果的基础上,针对掘进工作面煤与瓦斯突出非接触动态预测预报的需要,分别研究出了基于动态瓦斯涌出规律原理、AE声发射原理和电磁辐射原理的工作面突出危险性连续监测技术与装备。
    通过分析瓦斯涌出动态变化规律与突出危险性的关系、实时监测瓦斯动态涌出特征波形、提取与突出危险性相关的特征指标,建立了煤巷掘进炮后30分钟的吨煤瓦斯动态涌出量指标、瓦斯涌出变异系数指标、炮后瓦斯涌出最大速率指标等连续预测指标,研究确定了这几种指标与炮掘工作面突出危险性的关系及指标临界值,以此综合判断工作面所处地点的安全状况以及前方的潜在危险性,实现了炮掘工作面瓦斯动态涌出预测,为我国煤矿提供了一种新的瓦斯涌出量预测方法和煤与瓦斯突出预测工艺技术;
    开发出了一套AE声发射监测煤与瓦斯突出的技术装备,提出了AE声发射滤噪综合处理技术和方法,通过阻噪、隔噪、抑噪、滤噪和有效AE信号提取等途径,实现了有效滤噪的目的,取得了历年来滤噪研究中最有突破性进展的研究成果,研究出了包括传感器在内的AE声发射预测工艺技术,分析和总结了煤岩破坏AE声发射规律、AE声发射与瓦斯动力灾害的关系;
    通过连续监测含瓦斯煤岩流变破坏过程中产生的电磁辐射信号强度和脉冲数及其变化的研究,实现了对煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害现象的预测预报,研究并揭示了电磁辐射与煤与瓦斯突出影响因素间的关系,提出了临界值法与动态趋势法相结合的煤岩动力灾害预警方法,开发成功了煤岩动力灾害非接触电磁辐射连续监测仪,实现了煤岩动力灾害的非接触、连续动态监测及煤与瓦斯突出预警。
2.4  高产高效矿井瓦斯灾害综合治理技术
    加强瓦斯灾害的治理是防止煤矿重特大事故发生的重要保证。高瓦斯煤层群保护层开采、低透气性煤层瓦斯强化抽放、巷道边掘边抽等技术是瓦斯治理的有效措施,也一直都是煤矿瓦斯治理的重点和难点。在煤层群保护层开采方面,通过开展了保护层作用机理的研究,利用三维离散单元法对淮南矿区保护层开采后,采空区顶、底板煤岩体应力重新分布的规律、顶底板变形和破坏特征进行了数值模拟研究,从理论上计算了保护层开采后卸压范围向顶、底板方向发展的深度,为确定被保护层的保护效果和卸压范围提供了可靠的理论依据。
    针对首采保护层开采时,上下高瓦斯突出煤层的瓦斯集中向首采工作面涌出的特点,并考虑到确保和提高防突效果的要求,试验成功了多种首采层瓦斯综合治理技术措施:
    保护层底板巷道+上向穿层钻孔抽放瓦斯技术、被保护层顶板煤(岩)巷道+下向穿层钻孔抽放技术、首采层(保护层)顶板巷道抽放技术、首采层(保护层)顶板走向钻孔抽放技术、首采层(保护层)工作面采空区埋管抽放技术、首采层(保护层)掘进工作面边掘边抽技术。在试验研究中还在实际层间距70m(相对层间距35倍)近水平煤层群的下保护层开采和80-90~急倾斜近距离煤层群的下保护层开采上取得了重大进展;
    在顺煤层强化抽放方面上,通过试验和理论研究,形成了一套在顺煤层钻孔中运用高压水射流扩孔和钻扩一体化技术提高瓦斯抽放效果的成套技术和装备,以及对石门揭煤抽、排瓦斯钻孔扩孔的工艺技术和方法。扩孔后钻孔直径达到200-300mm,为扩孔前的4.5倍,最大扩孔直径达619.9mm。扩一个钻孔的时间相当于施工一个钻孔时间的1/6,而一个扩孔钻孔的抽排放瓦斯及防突效果相当于2个以上的钻孔,明显提高了瓦斯抽放的效果;
    在瓦斯抽放效果评价方面,研究了根据煤层的最小突出瓦斯压力、瓦斯含量为依据,合理确定评价预抽防突措施有效性的预抽率指标和临界值的方法。下向钻孔及深孔预裂爆破是提高瓦斯抽放效果的另一重要技术途径。通过试验研究,解决了下向钻孔施工中的排渣、排水等技术难题,取得了下向孔钻探长度达到70.1m的良好效果。研究中完善了适合于高瓦斯低透气性、有突出危险煤层深孔控制预裂爆破强化抽放瓦斯技术和石门快速揭煤技术;
    对于单一低透气性突出煤层巷道掘进的瓦斯抽放技术难题,通过理论分析和试验研究,发现煤层巷道掘进工作面和巷道两帮的煤体在松动和原始煤体之间存在的随巷道向前掘进而向前移动的蠕变“u”形圈,在“u”形圈内煤层的透气系数成百倍地增加;
    分析了煤层赋存参数、瓦斯抽放参数对抽放钻孔抽放瓦斯效果的影响,确定了有效抽放半径与抽放时间的关系、抽放负压和抽放量的关系,并据此合理布置边抽边掘钻孔,其截流抽放瓦斯率可达到30%以上,并且煤体的强度有较大增加。

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