煤与瓦斯突出实时诊断系统在突出矿井中的应用

宋祥峰

（贵州毕节市金沙县长兴煤矿,贵州 金沙 551800）

煤与瓦斯突出灾害已成为影响我国煤矿安全生产最为重要因素之一，并且在国内煤矿中呈现出高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井数量多、分布广且不均匀等特点。为消除或减少煤与瓦斯突出事故，通过对目前应用的预测方法进行分析，并在分析的基础上提出了实时诊断预警方法[1]。

1 煤与瓦斯突出现有预测方法

煤与瓦斯突出现有预测主要从地应力指标和瓦斯、煤层结构指标两方面进行分析。其中地应力以钻屑量作为间接指标，以S表示，指在有突出危险的工作面的软分层中，打直径42mm的钻孔，每隔2m测定其每米钻孔长度排出的钻屑量[2]。作为地应力与强度的综合性指标，钻屑量在不受应力作用时，其值为2.5kg/m，当钻屑量达到5.5-7.5kg/m时，说明瓦斯突出或冲击地应力的可能性较大；在瓦斯、煤层结构指标方面，通过以钻屑解吸指标法或钻孔瓦斯涌出初速度法作为瓦斯与煤结构因素测定指标法，此外包括R指标法与综合指标法。

2 煤与瓦斯突出实时诊断系统运行机理

煤与瓦斯突出体现在地应力、瓦斯、煤的物理力学性能的综合结果，井下瓦斯涌出特征与瓦斯压力、地应力大小、煤的物理力学性能有着重要关联。可见，煤与瓦斯突出以在工作面风流中瓦斯浓度变化为重要表现。因此，煤与瓦斯突出实时诊断系统通过对工作面瓦斯涌出动态变化数据利用工作面瓦斯监测设备进行采集，实现对瓦斯压力、地应力大小、煤的物理力学性能的分析，得出相应的参数与变化趋势，实现对工作面瓦斯突出危险发展趋势的预判，进而对工作面瓦斯突出危险性作出相应的动态预警[3]。

瓦斯压力指标以煤的瓦斯解析特征为重要指标，煤的解吸初速度受吸附瓦斯压力影响显著，通常吸附瓦斯压力越大，煤的解吸初速度越高。在煤与瓦斯突出实时诊断系统中，以落煤后的瞬间最高瓦斯浓度作为煤层瓦斯含量相对指标的判定依据。

地应力对于工作面日瓦斯涌出总量具有重要决定作用，通常将风流中日均浓度的变化作为反映工作面地应力指标的重要依据。由于瓦斯涌出量受诸多因素影响，地应力指标仅是一个相对指标。地应力倍率指的是日均浓度与移动浓度的比值具有一定的波动性，属于判据地应力指标的重要依据。

煤的物理力学性能中煤层强度受工作面瓦斯涌出量衰减速度影响显著，通常瓦斯涌出量衰减速度越快，煤层强度越低，瓦斯突出危险性越高。因此，常利用瓦斯浓度衰减下降趋势作为反映煤层强度变化的一个间接判断依据。

煤与瓦斯突出实时诊断系统具有较强的智能化、自动化特点，有利于提升预防和控制瓦斯突出危险解决工作质量与效率。

3 煤与瓦斯突出实时诊断系统在矿井中的实践应用

以某煤矿为例，在该煤矿中应用了煤与瓦斯突出实时诊断系统，其中安装头面7个，炮掘面6个。在系统运行半年期间，在7个诊断工作面中报警总次数达62次，其中威胁报警次数50次，含人及意外情况造成的报警8次；危险报警次数12次，含人及意外情况造成的报警4次。实践应用发现，煤与瓦斯突出实时诊断系统基本与静态分析法相一致，可以对当前工作面瓦斯含量与压力变化趋势进行实时检测。

查询煤与瓦斯突出实时诊断系统，发现瓦斯突出前通常发生瓦斯涌出量先降低，后增大趋势，呈现出瓦斯突出量忽高忽低趋势，如图1和图2所示。

图1 煤矿突出前瓦斯浓度变化趋势图

图2 煤矿煤层厚度对瓦斯涌出量影响示意图

结合图4可以看出，煤矿区域地质构造对煤矿突出前瓦斯动态变化具有显著影响，通常地质构造地带属于瓦斯突出多发地带。受煤层厚度影响，厚度变化对工作面支撑压力与强度影响较大，而地质构造则对煤层厚度影响明显。因此，工作面的瓦斯涌出量可以通过应力变化与煤层涌出后煤层厚度变化进行表征。

应用实践发现，煤与瓦斯突出在线监测预警系统对有突出危险情况自动预测准确率在59%以上，滤噪岩可提高到76%，对无突出危险情况自动预测准确率达100%[4]。

4 小结

总而言之，从瓦斯压力、地应力大小、煤的物理力学性能三方面对煤与瓦斯突出在线监测预警系统进行研究，完善与优化煤与瓦斯突出在线监测预警系统，对于突出矿井瓦斯突出预警具有重要意义。

[1]聂百胜,何学秋等，煤与瓦斯突出研究现状及发展趋势[J].矿业安全与环保,2000,27(01):17-19.

[2]李鹏,煤与瓦斯突出实时诊断系统应用分析[J].应用科技,2014(04):115-116.

[3]苏文叔，利用瓦斯涌出动态指标预测煤与瓦斯突出[J].煤炭工程师,1996(05):2-7.

[4]石记红，煤与瓦斯突出实时诊断系统在突出矿井中的应用[J].物探与化,2006:281-286.