文獻(xiàn)綜述--煤礦礦井瓦斯防治綜述

1、<p>　　煤礦礦井瓦斯防治綜述</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著中國(guó)煤礦開(kāi)采深度的增加,煤與瓦斯突出礦井和突出煤層的數(shù)量不斷增加。這對(duì)我國(guó)煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)形成了巨大威脅，同時(shí)也給煤炭研究工作者提出了更大的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，區(qū)域性、局部性瓦斯防突結(jié)合，以保護(hù)層開(kāi)采及卸壓瓦斯抽采技術(shù)和強(qiáng)化預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)為代表的區(qū)域性瓦斯治理技術(shù),

2、得到了長(zhǎng)足發(fā)展。同時(shí)，煤炭化工的探索、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、模糊理論的興起，也為催化氧化技術(shù)，數(shù)字化瓦斯預(yù)測(cè)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型等新興瓦斯綜合治理技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)可能。本文概述了我國(guó)瓦斯防治的發(fā)展歷程，發(fā)展現(xiàn)狀和方向，以及當(dāng)前瓦斯防突治理的相關(guān)新技術(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵字：瓦斯防突；瓦斯抽采；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；催化氧化 </p><p>　　礦井瓦斯及瓦斯災(zāi)害處理的必

3、要性</p><p><b>　　1.1礦井瓦斯</b></p><p>　　礦井瓦斯是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中，從煤、巖內(nèi)涌出的各種氣體的總稱。煤礦術(shù)語(yǔ)中的瓦斯主要成分就是甲烷。甲烷是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)毒的氣體；微溶于水。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的密度為0.716，與空氣的相對(duì)密度為0.554；其擴(kuò)散速度是空氣的1.34倍，當(dāng)巷道風(fēng)速低、風(fēng)流含有瓦斯時(shí)，容易在頂板附近想成瓦斯集聚層。另外，甲烷

4、具有強(qiáng)烈溫室效應(yīng)的氣體,其溫室效應(yīng)為二氧化碳的21倍,對(duì)臭氧層的破壞能力是的7倍。</p><p>　　1.2瓦斯突出災(zāi)害處理的必要性</p><p>　　煤炭是中國(guó)的主要能源,約占一次能源的70%,同時(shí)中國(guó)也是世界上煤與瓦斯突出災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1950年吉林省遼源礦務(wù)局富國(guó)西二坑在垂深280 m煤巷掘進(jìn)發(fā)生第一次有記載突出以來(lái),到1995年底,國(guó)有重點(diǎn)煤礦中先后有138個(gè)礦井

5、發(fā)生了10 815次煤與瓦斯突出,死亡1 266人。在10 521次有突出煤量記錄的煤與瓦斯突出中,共突出煤炭81.58萬(wàn)t,平均突出強(qiáng)度為77.5 t/次。在有瓦斯量記錄的4 675次煤與瓦斯突出中,共突出瓦斯量6 798.3萬(wàn),平均每次突出瓦斯量1.45萬(wàn)。事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失為企業(yè)和礦井的生產(chǎn)和效益帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。 </p><p>　　2004年，全國(guó)大中型煤礦平均開(kāi)采深度456 m。平均

6、采深華東約620 m，東北約530 m，西南約430 m，中南約420 m，華北約360 m，西北約280 m。采深超過(guò)1 000 m的煤礦有8處，超過(guò)800 m的有15處。采深大于600 m的礦井產(chǎn)量占28.47%。全國(guó)煤礦開(kāi)采以每年約10~20 m(最快近50 m)的速度向深部延深。隨著礦井開(kāi)采深度的增加,傳統(tǒng)的煤與瓦斯突出礦區(qū)，突出危險(xiǎn)性更加嚴(yán)重。一些過(guò)去煤與瓦斯突出不嚴(yán)重的礦區(qū)，突出災(zāi)害日趨嚴(yán)重，且發(fā)生了千噸級(jí)以上的特大型煤與瓦

7、斯突出，如淮南、淮北、鄭州、平頂山等礦區(qū)。</p><p>　　我國(guó)煤礦瓦斯治理技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　2.1我國(guó)煤礦瓦斯治理技術(shù)的發(fā)展的3個(gè)階段:</p><p>　　2.1.1探索階段：</p><p>　　20世紀(jì)50~80年代,主要摸清煤與瓦斯突出規(guī)律,引進(jìn)消化和吸收國(guó)外煤與瓦斯突出防治技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),研究適合中國(guó)特點(diǎn)的煤與瓦斯突

8、出預(yù)測(cè)方法和突出防治工程方法。</p><p>　　2.1.2局部措施為主階段：</p><p>　　20世紀(jì)80~90年代末,主要貫徹落實(shí)“四位一體”綜合防突措施,以1988年《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》出版和1995年的修訂為代表,研究重點(diǎn)是煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)方法與預(yù)測(cè)指標(biāo),同時(shí)兼顧突出防治工程方法的深化研究。</p><p>　　2.1.3區(qū)域性治理與局部治理

9、并重階段：</p><p>　　自本世紀(jì)初開(kāi)始,淮南礦業(yè)集團(tuán)在長(zhǎng)期瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上,提出了“可保盡保,應(yīng)抽盡抽”的瓦斯治理戰(zhàn)略。長(zhǎng)期理論研究和突出危險(xiǎn)煤層的開(kāi)采實(shí)踐證明,開(kāi)采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯是有效地防治煤與瓦斯突出的區(qū)域性措施。我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》第一百九十二條規(guī)定:“對(duì)于有突出危險(xiǎn)煤層,應(yīng)采取開(kāi)采保護(hù)層或預(yù)抽煤層瓦斯等區(qū)域性防治突出措施”。第一百九十三條規(guī)定:“在突出礦井開(kāi)采煤層群時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇開(kāi)采

10、保護(hù)層防治突出措施”。第一百九十八條規(guī)定:“開(kāi)采保護(hù)層時(shí),應(yīng)同時(shí)抽采被保護(hù)層瓦斯”。2005年1月,國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局、國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局下發(fā)了《國(guó)有煤礦瓦斯治理規(guī)定》,第五條明確規(guī)定:“突出礦井必須首先開(kāi)采保護(hù)層,不具備開(kāi)采保護(hù)層條件的,必須對(duì)突出煤層進(jìn)行預(yù)抽,并確保預(yù)抽時(shí)間和效果”。由此可見(jiàn),在現(xiàn)有技術(shù)條件下,采用區(qū)域性瓦斯治理措施對(duì)有效地防治煤與瓦斯突出,保障突出危險(xiǎn)煤層的安全高效開(kāi)采具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p>

11、<p>　　3.瓦斯治理技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　3.1區(qū)域性瓦斯防突技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　當(dāng)前我國(guó)區(qū)域性瓦斯防突措施主要有開(kāi)采保護(hù)層大面積預(yù)抽煤層瓦斯兩種。</p><p>　　3.1.1保護(hù)層開(kāi)采及卸壓瓦斯抽采技術(shù)</p><p>　　為消除鄰近煤層的突出危險(xiǎn)而先開(kāi)采的煤層或巖層稱為保護(hù)層；位于突出危險(xiǎn)煤層上方的保

12、護(hù)層稱為上保護(hù)層，位于下方的稱為下保護(hù)層。由于保護(hù)層開(kāi)采的采動(dòng)作用并同時(shí)抽采卸壓瓦斯，可使鄰近的突出危險(xiǎn)煤層的突出危險(xiǎn)區(qū)域轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)突出危險(xiǎn)區(qū)，該突出危險(xiǎn)煤層稱為被保護(hù)層。在中國(guó)保護(hù)層開(kāi)采技術(shù)一般包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容:</p><p>　　1)保護(hù)層開(kāi)采及瓦斯抽采規(guī)劃;</p><p>　　2)保護(hù)層開(kāi)采及瓦斯抽采;</p><p>　　3)被保護(hù)層卸壓瓦斯的強(qiáng)化抽

13、采;</p><p>　　4)被保護(hù)層保護(hù)效果及保護(hù)范圍考察;</p><p>　　5)被保護(hù)層區(qū)域性消除突出危險(xiǎn)性認(rèn)證;</p><p>　　6)被保護(hù)層開(kāi)采及瓦斯抽采.</p><p>　　3.1.2預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)</p><p>　　對(duì)于單一突出危險(xiǎn)煤層,無(wú)保護(hù)層開(kāi)采條件時(shí),多采用強(qiáng)化預(yù)抽煤層瓦斯防止煤與瓦斯突

14、出,同時(shí)降低煤層瓦斯含量。</p><p>　　3.2局部性防突措施</p><p>　　局部防突措施包括預(yù)防和消突采掘工作面前方煤層突出危險(xiǎn)措施。主要有松動(dòng)爆破，鉆孔排放瓦斯，水力沖鉆，金屬骨架，超前鉆孔，超前支架，泄壓槽以及煤體固化。</p><p><b>　　3.2.1松動(dòng)爆破</b></p><p>　　松動(dòng)爆

15、破是向掘進(jìn)工作面前方應(yīng)力集中區(qū)打若干個(gè)鉆孔、裝藥爆破，使煤層裂隙增加，提高鉆孔瓦斯抽采量，加快瓦斯的排出，從而在工作面前方造成較長(zhǎng)的卸壓帶，以防止突出的發(fā)生。主要使用于煤質(zhì)較硬、圍巖穩(wěn)定的煤層開(kāi)采中。</p><p>　　3.2.2鉆孔排放瓦斯</p><p>　　石門(mén)和立井揭煤前，由巖巷或煤巷向其及其周?chē)拿簩映按蜚@，將煤層中的瓦斯經(jīng)過(guò)鉆孔自然排放出來(lái)后在進(jìn)行采掘工作。此法主要使用于厚

16、煤層、傾角大、透氣系數(shù)大和瓦斯壓力高的煤層揭煤時(shí)。</p><p><b>　　3.2.3水力沖鉆</b></p><p>　　水力沖鉆是在安全巖柱的防護(hù)下，向煤層打鉆后，用高壓水射流在工作面前方煤體內(nèi)沖出一定的孔道，加速瓦斯排放。水力沖鉆主要適用于石門(mén)揭煤和煤巷掘進(jìn)中。</p><p><b>　　3.2.4金屬骨架</b&g

17、t;</p><p>　　金屬骨架是一種超前支架。當(dāng)石門(mén)揭煤時(shí)，通過(guò)在巖柱上打鉆，將骨架插入孔內(nèi)，再將骨架尾部固定，最后用震動(dòng)爆破揭開(kāi)煤層。此法適用于地壓和瓦斯壓力都不太大的急斜薄煤層或中厚煤層，作為配套措施用。</p><p><b>　　3.2.5超前鉆孔</b></p><p>　　它是在煤層掘進(jìn)工作面前方始終保持一定數(shù)量的排放瓦斯鉆孔。

18、在鉆孔周?chē)纬尚秹簠^(qū)，使集中應(yīng)力區(qū)移向煤體深部。超前鉆孔適用于煤層賦存穩(wěn)定、透氣系數(shù)較大的情況。</p><p>　　此外，在急斜煤層厚煤層中掘進(jìn)平巷時(shí)可以使用超前支架，為了預(yù)防沖擊地壓或突出也可以使用卸壓槽技術(shù)、煤體固化等技術(shù)。</p><p>　　4.瓦斯防治的新技術(shù)</p><p><b>　　4.1催化氧化技術(shù)</b></p>

19、;<p>　　華晉焦煤有限責(zé)任公司與北京化工大學(xué)合作。通過(guò)研究調(diào)研比較了當(dāng)前化學(xué)防治瓦斯的熱氧化技術(shù)和催化氧化技術(shù)兩種方法。得出結(jié)論，與熱氧化技術(shù)相比，催化氧化反應(yīng)器的占地面積小，制造成本低，無(wú)NOx排放。系統(tǒng)的介紹了催化氧化反應(yīng)器的特點(diǎn)及適用條件。</p><p>　　4.2瓦斯?jié)舛阮A(yù)測(cè)模型</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及近幾年神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，瓦斯?jié)舛阮A(yù)測(cè)理論

20、有了新的發(fā)展。西安科技大學(xué)在對(duì)掘進(jìn)工作面瓦斯?jié)舛鹊母鞣N通風(fēng)影響因素分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了兩種掘金通風(fēng)瓦斯?jié)舛阮A(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。利用MATLAB軟件及煤礦現(xiàn)場(chǎng)獲得的實(shí)測(cè)樣本數(shù)據(jù)，建立了瓦斯?jié)舛菳P和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。通過(guò)預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析可知，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型能夠?qū)蚪鹜L(fēng)瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行準(zhǔn)確地動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，為不同掘金階段、不同瓦斯涌出量下的掘金通風(fēng)方案選擇提供了一定的理論基礎(chǔ)。</p><p><b>　

21、　總結(jié)</b></p><p>　　本文概述了我國(guó)瓦斯防治的發(fā)展歷程，發(fā)展現(xiàn)狀和方向，以及當(dāng)前瓦斯防突治理的相關(guān)新技術(shù)。以雄辯的數(shù)據(jù)和事例闡述了我國(guó)煤礦瓦斯防突治理的重要性和必要性。詳細(xì)的敘述了當(dāng)前我國(guó)瓦斯治理的各種方法及其利弊，大致預(yù)測(cè)了煤礦瓦斯治理的發(fā)展方向，簡(jiǎn)要介紹了瓦斯治理的新技術(shù)、新方法和新思路。作者認(rèn)為，傳統(tǒng)瓦斯防突治理的技術(shù)及方法仍然行之有效但也有相當(dāng)大的改進(jìn)空間。此外，新興瓦斯治理方法

22、例如化學(xué)法處理瓦斯還需要大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐方能進(jìn)一步穩(wěn)定成熟，而模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型在瓦斯預(yù)測(cè)防突領(lǐng)域的準(zhǔn)確性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證和提高。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　張國(guó)樞. 通風(fēng)安全學(xué)[M]. 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2011</p><p>　　盧義玉，王克全，李曉紅. 礦井通風(fēng)與安全[M]. 重慶大學(xué)出

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