瓦斯災害治理新技術

1、瓦斯災害治理新技術瓦斯災害治理新技術[摘要]在分析煤礦安全科技工作現(xiàn)狀和趨勢基礎上，介紹了近年來我國瓦斯災害防治技術研究取得的進展和新成果。通過“十五”科技攻關項目的研究，提出了瓦斯煤塵爆炸危險性評價方法，研究出了基于瓦斯地質、地質動力區(qū)劃、電磁波探測方法的煤與瓦斯突出區(qū)域預測技術和基于AE聲發(fā)射、電磁輻射和瓦斯涌出等原理的煤與瓦斯突出非接觸連續(xù)預測技術，實驗成功了高瓦斯煤層群開采保護層瓦斯災害綜合防治及順煤層強化抽放等技術，開發(fā)了礦井

2、通風系統(tǒng)監(jiān)測、可靠性評價分析及決策控制技術。另外還分析了我國煤礦安全所面臨的挑戰(zhàn)和急需開展的科技研究工作。[關鍵詞]危險性評價；煤與瓦斯突出；瓦斯抽放；災害治理；新技術1概述瓦斯是我國煤礦的主要災害因素之一，瓦斯煤塵爆炸、煤與瓦斯突出等災害嚴重威脅著我國煤礦的安全生產。由于災害因素多、治理難度大，礦井瓦斯一直是我國煤礦安全工作的重點和難點。目前，我國所有煤礦均為瓦斯礦井，據統(tǒng)計，在100個國有重點煤炭生產企業(yè)的609處礦井中，高瓦斯礦井

3、占268％，煤與瓦斯突出礦井占176％，低瓦斯礦井占556％。國有地方和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦中，高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井占15％左右。部分局礦的情況更為嚴重，如淮南礦業(yè)集團所屬11對礦井均為突出礦井，平頂山煤業(yè)集團所屬的13對礦井也全部為高瓦斯或突出礦井。瓦斯災害已成為制約煤礦安全生產和煤炭工業(yè)發(fā)展的重要因素，為此，國家煤礦安全監(jiān)察局實施了“科技興安”戰(zhàn)略，并提出了“先抽后采、監(jiān)測監(jiān)控、以風定產”的瓦斯治理“十二字方針”，與此同時，我國的各類科

4、技計劃也逐步加強了瓦斯災害治理技術研究開發(fā)的支持力度?！笆濉币詠?，科研院所、高等院校及企業(yè)以產學研結合方式開展了攻關研究，在瓦斯煤塵爆炸、煤與瓦斯突出預測、保護層開采、順煤層瓦斯抽放及礦井通風系統(tǒng)監(jiān)測、評價與決策控制等方面取得了重大進展，并獲得了一批重要的科技成果。2瓦斯治理技術研究的新成果21瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價技術瓦斯煤塵爆炸一直是困擾煤礦安全生產的重大災害之一。近年來，我國在煤塵著火機理及瓦斯煤塵爆炸機理研究方面，建立了粉

5、塵云著火及燃燒過程簡化模型，得出了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，試驗系統(tǒng)中點火誘導期與高溫固體顆粒燃料產物的質量分數和燃燒陣面中的熱輻射有關，在爆炸極限范圍內顆粒相濃度與顆粒點立溫度越低火焰加速效果越明顯，輻射熱損失可能導致燃燒區(qū)域的重構，粉塵空氣混合物火焰穩(wěn)態(tài)結構發(fā)生明顯變化等重要結論；通過研究得出了瓦斯煤塵共存條件下煤塵云著火特征參數計算方法，揭示了瓦斯爆炸過程中爆炸波和火焰的變化特征

6、。在取得上述成果的基礎上，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(fā)生的影響因素擴權重、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(fā)性指標和爆炸后果嚴重性指標。前者包括自然因素、技術因素、管理因素和經濟因素四方面指標，后者包括煤塵爆炸指數、沉積煤狀況、隔抑爆方式、隔抑爆用水量、井下作業(yè)人員、以往事故

7、損失及礦山救護能力等。開發(fā)出了瓦斯煤塵爆炸危險性預測評價技術和專家系統(tǒng)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(tǒng)。通過連續(xù)監(jiān)測含瓦斯煤巖流變破壞過程中產生的電磁輻射信號強度和脈沖數及其變化的研究，實現(xiàn)了對煤與瓦斯突出等煤巖動力災害現(xiàn)象的預測預報，研究并揭示了電磁輻射與煤與瓦斯突出影響因素間的關系，提出了臨界值法與動態(tài)趨勢法相結合的煤巖動力災害預警方法，開發(fā)成功了煤巖動力災害非接觸電磁輻射連續(xù)監(jiān)測儀，實現(xiàn)了煤巖動力災害的非接觸、

8、連續(xù)動態(tài)監(jiān)測及煤與瓦斯突出預警。24高產高效礦井瓦斯災害綜合治理技術加強瓦斯災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，通過開展了保護層作用機理的研究，利用三維離散單元法對淮南礦區(qū)保護層開采后，采空區(qū)頂、底板煤巖體應力重新分布的規(guī)律、頂底板變形和破壞特征進行了數值模擬研究，從理論上計算了

9、保護層開采后卸壓范圍向頂、底板方向發(fā)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、首采層(保護層)頂板走向鉆孔抽放技術、首采層(保護層)工作面采空區(qū)埋

10、管抽放技術、首采層(保護層)掘進工作面邊掘邊抽技術。在試驗研究中還在實際層間距70m(相對層間距35倍)近水平煤層群的下保護層開采和8090~急傾斜近距離煤層群的下保護層開采上取得了重大進展；在順煤層強化抽放方面上，通過試驗和理論研究，形成了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200300mm，為擴孔前的45倍，最大擴孔

11、直徑達6199mm。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，研究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。通過試驗研究，解決了下向鉆孔施工中的排渣、排水等技術難題，取得了下向孔鉆探長度達到701m的良好

12、效果。研究中完善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；對于單一低透氣性突出煤層巷道掘進的瓦斯抽放技術難題，通過理論分析和試驗研究，發(fā)現(xiàn)煤層巷道掘進工作面和巷道兩幫的煤體在松動和原始煤體之間存在的隨巷道向前掘進而向前移動的蠕變“u”形圈，在“u”形圈內煤層的透氣系數成百倍地增加；分析了煤層賦存參數、瓦斯抽放參數對抽放鉆孔抽放瓦斯效果的影響，確定了有效抽放半徑與抽放時間的關系、抽放負壓和抽

13、放量的關系，并據此合理布置邊抽邊掘鉆孔，其截流抽放瓦斯率可達到30％以上，并且煤體的強度有較大增加。25礦井通風系統(tǒng)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(huán)節(jié)，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(tǒng)布置不合理或管理不當，則是導致瓦斯積聚和自然發(fā)火及造成瓦斯、火災事故進一步擴大的主要原因。集約化生產的大型礦井實行一礦一面已成趨勢，要求通風系統(tǒng)具有更強的穩(wěn)定性、可靠性和合理性，具有較強的