东保卫煤矿瓦斯治理新技术应用

付新

【摘要】在分析东保卫煤矿安全科技工作现状和趋势基础上，介绍了近年来我矿瓦斯灾害防治技术应用取得的进展和新成果。

【关键词】 危险性评价 煤与瓦斯突出 灾害治理

1 概述

瓦斯是我矿的主要灾害因素之一。东保卫煤矿2010年矿井绝对瓦斯涌出量为19.319m?/min，主要来自于一采区和三采区的高瓦斯区域，一采区绝对瓦斯涌出量为9.241m?/min，占矿井瓦斯涌出量的47.8%；三采区瓦斯绝对涌出量为6.625 m?/ min，占矿井瓦斯涌出量的34.3%，因此一、三采区为重点瓦斯区域。

根据历年瓦斯等级鉴定结果，2010年，东保卫煤矿瓦斯等级鉴定结果为低瓦斯矿井。但近两年矿井相对瓦斯涌出量已超过10m3/t，随着开采深度的增加，我矿应用了大量瓦斯治理新技术。

2 瓦斯治理技术应用情况

2.1 瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术应用

我矿根据粉尘云着火及燃烧过程简化模型，得出的粉尘空气混合物点火过程中慢速导热燃料模式到快速辐射燃烧模式的转变具有爆炸特征，建立了矿井瓦斯煤尘爆炸危险性评价模型，用事故树方法分析了掘进、采煤工作面瓦斯煤尘爆炸发生的影响因素扩权重、可能发生事故的模式和避免爆炸事故发生所要采取的途径。确立了矿井采煤工作面、掘进工作面瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价指标体系，并将指标分为爆炸易发性指标和爆炸后果严重性指标。引进了瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术和专家系统软件，并建立了瓦斯煤尘爆炸的危险性评价和防治专家系统。

2.2 煤与瓦斯突出区域预测技术应用

（1）我矿根据瓦斯地质理论与物探技术相结合的方法进行突出区域预测，引进了采用瓦斯地质方法，建立了瓦斯地质理论与物探技术相结合的多技术集成的多尺度瓦斯突出区域预测瓦斯地质新方法。

（2）引进了具有信息输入、动态管理和空间分析功能的瓦斯突出区域预测WebGIS信息平台，实现了瓦斯突出区域瓦斯地质方法的自动化和可视化；

采用地球物理探测技术，形成了一套矿井瓦斯富集部位地震探测技術与方法，建立了由3D3C地震技术、AVO技术、地震反演技术、地震属性分析技术、地震波形分类技术、瓦斯地质技术等构成的瓦斯富集部位地质—地震预测模式，形成了瓦斯富集部位探测的核心技术；

（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。引进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；

这些技术成果的研究和应用，完善并发展了我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应用

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。

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，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；

引进一套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。

2.4 高产高效矿井瓦斯灾害综合治理技术应用

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，我矿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。

在顺煤层强化抽放方面上，通过引进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600mm。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，应用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。应用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；

2.5 矿井通风系统安全可靠性评价与决策技术

矿井通风是保障煤矿安全生产的关键性环节，合理的通风是防止瓦斯积聚、抑制煤炭自燃和火灾蔓延扩大的重要手段，通风系统布置不合理或管理不当，则是导致瓦斯积聚和 自然 发火及造成瓦斯、火灾事故进一步扩大的主要原因。

我矿引进矿井通风系统安全可靠性评价和决策技术，建立了基于评价指标体系和网络 仿真技术的两种矿井通风系统可靠性评价理论体系、评价方法和数学模型，实现了智能化、可视化通风系统可靠性评价和决策支持系统软件。

在灾变风流动态模拟及虚拟现实技术方面，引进了矿井灾害风流流动模拟的GIS显示系统，实现矿井灾变动态模拟结果在矿井通风系统图各巷道通风参数的动态显示，减少矿井灾害防治及救灾决策中应用灾变状态各参数的失误率，提高决策效率。

在通风系统自动调控方面，成功应用了井下自动控制风门及远程控制技术，研制出了带有卸压窗和撞杆自动开启装置的远程自控风门，实现了井下人、车信号分离，采用控制命令分级管理的方法，彻底贯彻了“生产服从救灾，行人服从行车”的风门管理理念，有效地提高了通风系统的稳定性和安全可靠性。

初步实现了矿井通风系统从监测、分析、决策到控制等各环节的闭环运行。

3结论

瓦斯灾害治理新技术在我矿进行了试验和应用，取得了经济、社会、安全环境的多重效益。这些研究成果对我矿生产条件和瓦斯灾害特点具有很强的针对性和适应性，具体成果表现为：

（1）瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术在我矿应用表明，评价结果准确可靠，具有很强的操作性和实用性，为预防瓦斯煤尘爆炸提供了重要技术支撑。

（2）瓦斯地质、动力区划和地球物理探测方法的煤与瓦斯突出预测技术有效减小防突工程量、提高防突效果。

（3）保护开采、顺煤层瓦斯强化抽放技术是我矿治理瓦斯的有效技术途径。

（4）通风系统的监测、可靠性评价技术随着矿井集约化水平的提高会越来越突现其基础作用。