煤与瓦斯突出综合预警技术实现原理及应用

1、煤与瓦斯突出综合预警技术实现原理及应用刘程1,2,赵旭生2,谈国文2,周政林3,罗培荣3,雷洪波3(1.重庆大学资源及环境科学学院,重庆400044;2.煤炭科学研究总院重庆研究院瓦斯防灭火研究分院,重庆400037;3.重庆松藻煤电有限责任公司渝阳煤矿,重庆401445摘要:在事故理论和灾害防治理论指导下,通过系统安全分析技术和精细化、规范化的管理方法,系统研究瓦斯地质规律、瓦斯涌出特性、采掘作业对突出的影响、日常预测指标及发展规律、防突措施及有效性,综合分析矿井存在的各种隐患和预兆信息,对工作面的危险状态与发展趋势进行评价和预警,实现瓦斯灾害在线监测、超前提醒、趋势把握和灾害信息的及时发布

2、。通过现场预警平台的构建和实施,建立了一套集地质测量、生产、技术、调度、通风、防突、监控等各实体部门日常管理信息资料于一体的瓦斯灾害预警体系,为煤矿瓦斯灾害治理提供了技术保障和支持,取得了较好的技术经济效果。关键词:煤与瓦斯突出;综合预警;瓦斯地质;瓦斯涌出;防突管理中图分类号:TD713文献标识码:B文章编号:1003496X (201005001503基金项目:国家“十一五”科技支撑计划资助项目(2006BAK03B02煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象,我国是煤与瓦斯突出事故最严重的国家之一,煤与瓦斯突出次数占到世界突出总次数的37%以上,严重威胁着矿井的安全生产,防突工作是我国

3、煤矿安全工作的重点和难点12。近几年在国家科技计划的大力支持下,煤矿产学研单位联合攻关,在瓦斯灾害治理方面取得了重大发展和重要成果,但煤矿开采强度和开采深度的不断加大,使得已有的一些瓦斯治理规律的认识以及预防瓦斯灾害的技术措施和手段不能与之相适应34,瓦斯难题还很严峻。采用现代通讯技术、计算机技术和传感技术防治瓦斯灾害是瓦斯灾害治理的重要研究和发展方向之一,煤与瓦斯突出预警技术研究起源于2003年科技部院所专向科研项目的启动5,以计算机系统和网络条件为运行环境、以矿井基础资料和瓦斯灾害发生规律为基础支撑,从多方面综合分析各种危险信息、深度挖掘各种危险预兆,对工作面的突出危险状态和发展趋势作出合

4、理评价,实现瓦斯灾害预警并及时发布,是煤矿技术决策人员的高级参谋。1实现原理1.1基本原理煤矿瓦斯灾害发生机理复杂、影响因素繁多,煤与瓦斯突出综合预警技术(简称预警系统是在事故理论和灾害防治理论指导下,分别从工作面客观危险性、防突措施重大缺陷、安全管理重大隐患三个方面系统分析日常预测指标值及发展规律、瓦斯地质赋存规律、邻近空间采掘作业影响、瓦斯涌出特性、重大措施缺陷和管理隐患等影响突出的因素,形成多因素、多指标的预警规则库,建立综合预警指标体系(如图1所示。预警系统综合分析现场安全信息后,根据预警规则,系统评价工作面当前的危险状态和发展趋势,从状态预警和趋势预警两个方面给出并发布预警结果。1.

5、2实现过程煤与瓦斯突出预警技术要以规范的资料管理、通畅的信息共享为基础,图2为煤与瓦斯综合预警技术的实现流程。基于三维GIS (地理信息系统的矿井数字化建设内容包括煤(层赋存信息、瓦斯赋存信息、井巷空间及其属性信息、通风设施设备信息、瓦斯及其它传感器信息、地质构造信息等。信息的来源有2种方式:一是对综合监控系统的所有数据自动采集,二是各部门通过相关系统进行人工输入,利用系统间的无缝连接,预警系统实时采集。2系统建设与功能煤与瓦斯突出综合预警技术是一成套体系,主·51·技术经验煤矿安全(201005 图1 煤与瓦斯突出综合预警指标体系图2煤与瓦斯突出综合预警技术实现过程要包括

6、瓦斯地质分析系统、瓦斯涌出分析系统、动态防突管理与分析系统、地质测量信息管理系统,各子系统可以独立起来实现特定分析功能,也可以为多个组合起来实现综合预警功能。2.1瓦斯地质分析系统系统的主要功能是煤层瓦斯地质资料的信息化管理,煤层埋深、高程、厚度,瓦斯含量、压力、涌出量等基本参数的预测和自动绘制,突出危险区域的自动区划和抽放的效果评价。随着采掘工作的进行,可以自动更新瓦斯地质资料,并校正原先的瓦斯地质图,实现瓦斯地质图的智能绘制和动态管理。2.2瓦斯涌出分析系统通过自动读取KJ90监控系统的瓦斯浓度监测数据,研究割煤、放炮、打钻期间瓦斯涌出规律,并通过与其它瓦斯涌出指标的自动换算(V 30、Q

7、 30、K V 、峰波比等,实现多指标、动态连续地分析预测工作面的突出危险性和发展趋势,起到突出危险性实时预警和超前提醒的作用。2.3动态防突管理与分析系统系统的主要功能是工作面“四位一体”综合防突措施资料的信息化管理,自动生成防突措施剖面图、平面图、大样图等图件,智能设计措施方案。根据钻孔施工参数,分析防突措施缺陷,根据日常预测(效检指标值及指标曲线,分析预测工作面的突出危险性,使防突工作更有针对性和时效性。2.4地质测量信息管理系统系统主要提供巷道空间部署、地质构造等资料数字化、矢量化的图形管理平台,是矿井数字化建设的基本工具。主要功能包括井巷工程及地质构造的绘制与编辑、地质钻孔资料管理、

8、测量导线信息管理、采掘工作面管理、地测资料的查询和统计分析。矿图还可以与CAD 格式图件交互转换,基本实现了矿图元件的便捷绘制与基础资料的信息化管理及共享。2.5预警综合分析系统预警综合分析系统是通过与各系统的无缝连接,集各种信息于一体,分析工作面的突出危险性并为用户提供预警基础信息的基本工具,主要包括预警服务器和预警管理平台。预警服务器实时采集各系统输入的基础信息,根据预定的预警规则,从当前危险状态(状态预警和发展趋势(趋势预警两个方面综合分析突出危险性。预警管理平台用于定制工作面预警规则、设定预警信息的表现形式、查询预警信息、浏览相关矿图。3现场应用分析3.1现场概况松藻煤电公司渝阳煤矿位

9、于南桐煤田大坪子井田范围,井田内主要褶皱有5条,破坏可采煤层的断层有166条,其中断层落差>3.0m 的有41条,断层密度为6.8条/km 2,构造条件相当复杂。绝对瓦斯涌出量90.71m 3/min ,相对瓦斯涌出量75.1m 3/t ,属煤与瓦斯突出矿井。随着不断发展,矿井开采逐渐向深部延伸,绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量都增大,突出危险性也越来越大,采用先进的瓦斯灾害防治技术保证安全生产,已成为重难点。因此,渝阳煤矿引进了煤与瓦斯突出预警成套技术,建立了以总工程师为负责人、各部门第一负责人为成员·61·煤矿安全(Total 427技术经验的预警运行领导机构,并为

10、各个部门和关键岗位制定了突出预警数据采集与分析制度、预警计算机系统运行要求、突出预警上报与发布流程等各项规章制度,使各系统在相应部门安装并稳定运行(如图3所示。根据渝阳煤矿的实际条件,从客观危险性和重大措施缺陷2个方面制定了26条状态预警规则、22条趋势预警规则。状态预警结果分了4个等级:正常、威胁、危险和灾变;趋势预警结果分了3个等级:绿色、橙色和红色。预警结果以预警管理平台、局域网、手机短信等方式发布,用户根据不同等级的预警结果,确定相应的响应对策 。图3渝阳煤矿预警系统安装分布图3.2效果分析经过一年以来的资料收集与整理、预警效果考察,各系统运行稳定,效果良好。预警系统先后用于14个工作

11、面,根据考察分析,预警系统能够准确分析工作面的突出危险性,多次捕捉了危险预兆,给出报警信息。通过预警系统的建设,取得了以下效果。(1提高了防突工作的精细化管理水平。促进了矿井安全生产,预警系统相对准确地分析、预测了工作面危险隐患与前方突出危险程度的发展趋势,为突出防治工作提供了可靠的决策依据,使防突工作更有针对性、更加精确化,从而有效的减少防突工作量达60% 70%以上,在保障安全的前提下,增加了矿井产量。(2实现了矿井资料的信息化管理与共享。通过预警成套系统的运行,能够对渝阳煤矿主采煤层进行瓦斯赋存分析、对具有突出危险性的采掘工作面进行突出资料管理、对矿井的地质测量日常工作进行信息化管理、实

12、现了资料管理的便捷性和资料的信息化。(3起到了瓦斯治理的示范作用。预警系统从影响突出三大主导因素(地应力、瓦斯、煤的物理力学性质出发,真正实现了智能化、实时性、多参量综合性的突出灾害超前预警,预警结果通过预警管理平台、局域网、手机短信等方式发布,实现了预警成果的信息化。使渝阳煤矿在国内高瓦斯、突出矿井瓦斯治理工作中,起到了较好的示范效果。4结语(1煤与瓦斯突出综合预警技术是以矿井基础资料和瓦斯灾害发生规律为基础、以系类软件为载体、以综合监控系统和局域网络为环境、以系列预警管理制度为保障的成套技术体系。(2实践应用表明,煤与瓦斯突出综合预警技术能从多方面实时分析危险信息,准确评价工作面的突出危险性,使防突工作更有针对性,促进了矿井的安全生产。(3随着计算机技术和网络技术在煤矿的普及和发展,利用信息化技术提高煤矿安全管理和灾害防治技术水平是煤矿安全工作的发展趋势,煤与瓦斯突出综合预警技术具有灵活性好、综合性强、准确性高等优点,具有较好的应用前景。参考文献:1于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册M .北京:煤炭工业出版社,2005.2赵旭生.低指标突出现象原因分析及防突对策J .煤矿安全,2007(5.3胡千庭.中国预防煤矿瓦斯灾害对策研究C /2009煤矿瓦斯灾害预防与控制国际研讨会论文集,2009.4李学来,刘见中.瓦斯灾害治理新技术J .中国安全科学学报,2004(7.