掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度的延伸，地應(yīng)力、瓦斯壓力越來越大，煤與瓦斯突出災(zāi)害日趨嚴(yán)重、復(fù)雜，低指標(biāo)突出、低參數(shù)突出及頂?shù)装鍘r巷突出等時(shí)有發(fā)生。傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)手段已經(jīng)不能完全滿足礦井的安全、高效開采需求，煤與瓦斯突出的防治急需準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)預(yù)警。煤與瓦斯突出的發(fā)生是一個(gè)復(fù)雜的煤體在應(yīng)力與瓦斯耦合作用下動(dòng)態(tài)演化過程。對(duì)此，本文對(duì)煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)進(jìn)行深入研究，分析含瓦斯煤受載破壞前及掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出前的瓦斯涌出規(guī)律，研究工作面瓦斯涌出動(dòng)

2、態(tài)模型、瓦斯含量反演模型及瓦斯涌出的主要影響因素，建立煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系，提出煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的預(yù)警方法，開發(fā)煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警軟件并進(jìn)行驗(yàn)證。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴建立了含瓦斯煤受載破壞瓦斯涌出監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，分析了不同加載速度、吸附壓力和圍壓條件下含瓦斯煤受載破壞過程的瓦斯涌出規(guī)律，發(fā)現(xiàn)含瓦斯煤受載破壞前瓦斯涌出具有臨界慢化的特征，瓦斯涌出的方差及自相關(guān)系數(shù)的增大趨勢(shì)反映了含瓦斯煤受載破壞的前兆信息。⑵研

3、究了九里山等典型突出礦井掘進(jìn)工作面煤與瓦斯突出前的瓦斯涌出異常特征，發(fā)現(xiàn)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)前，瓦斯涌出量主要表現(xiàn)出升高型、波動(dòng)型和先降后升型三類異常前兆類型，并表現(xiàn)出臨界慢化的特征。瓦斯涌出升高型主要是由于工作面具有較高的瓦斯壓力梯度，隨著掘進(jìn)的進(jìn)行，工作面瓦斯涌出將持續(xù)升高，同時(shí)也極易造成典型的煤與瓦斯突出；瓦斯涌出波動(dòng)型主要是由于煤層深部存在高地應(yīng)力、高瓦斯壓力，在掘進(jìn)等外力擾動(dòng)下，煤體發(fā)生陣發(fā)性的變形破裂，導(dǎo)致瓦斯涌出的異常波動(dòng)；瓦

4、斯涌出先降后升型主要發(fā)生在地應(yīng)力異常增大區(qū)域，煤體受到高應(yīng)力的強(qiáng)烈壓縮，瓦斯的滲流通道被擠壓導(dǎo)致連通性較差，形成了低滲透區(qū)域，瓦斯涌出逐漸降低，隨著掘進(jìn)的進(jìn)行，采掘應(yīng)力疊加高地應(yīng)力逐漸破壞了瓦斯的賦存環(huán)境，煤層裂隙逐漸增多，瓦斯?jié)B流通道增多且貫通，瓦斯涌出逐漸增大。⑶根據(jù)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出的來源，建立了考慮損傷的有效應(yīng)力、煤體吸附瓦斯膨脹效應(yīng)和孔隙壓力壓縮煤體骨架綜合作用及其對(duì)滲透率影響的、能夠反映瓦斯涌出動(dòng)態(tài)特征的瓦斯涌出模型及瓦斯含

5、量反演模型；對(duì)掘進(jìn)工作面瓦斯涌出主要影響因素進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，瓦斯壓力及應(yīng)力的增大、掘進(jìn)速度的加快、煤層厚度及煤體強(qiáng)度的變化導(dǎo)致應(yīng)力梯度或瓦斯壓力梯度或二者皆增大，工作面煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性增強(qiáng)，瓦斯涌出表現(xiàn)出升高、降低等異常特征，揭示了煤與瓦斯突出前瓦斯涌出異常前兆的產(chǎn)生機(jī)制。⑷建立了包括表征瓦斯涌出臨界慢化特征的方差、自相關(guān)系數(shù)、瓦斯含量、聲發(fā)射及電磁輻射的煤與瓦斯突出實(shí)時(shí)預(yù)警指標(biāo)體系，提出了費(fèi)歇判別與模糊綜合預(yù)測(cè)相結(jié)合的煤與瓦斯突