掘進工作面煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預警技術研究.pdf

1、隨著煤礦開采深度的延伸，地應力、瓦斯壓力越來越大，煤與瓦斯突出災害日趨嚴重、復雜，低指標突出、低參數(shù)突出及頂?shù)装鍘r巷突出等時有發(fā)生。傳統(tǒng)的預測手段已經(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確、實時的監(jiān)測預警。煤與瓦斯突出的發(fā)生是一個復雜的煤體在應力與瓦斯耦合作用下動態(tài)演化過程。對此，本文對煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預警技術進行深入研究，分析含瓦斯煤受載破壞前及掘進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

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時預警指標體系，提出煤與瓦斯突出危險性的預警方法，開發(fā)煤與瓦斯突出實時監(jiān)測預警軟件并進行驗證。
　　本研究主要內容包括：⑴建立了含瓦斯煤受載破壞瓦斯涌出監(jiān)測實驗系統(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系數(shù)的增大趨勢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)煤與瓦斯突出危險前，瓦斯涌出量主要表現(xiàn)出升高型、波動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，隨著掘進的進行，工作面瓦斯涌出將持續(xù)升高，同時也極易造成典型的煤與瓦斯突出；瓦斯涌出波動型主要是由于煤層深部存在高地應力、高瓦斯壓力，在掘進等外力擾動下，煤體發(fā)生陣發(fā)性的變形破裂，導致瓦斯涌出的異常波動；瓦

4、斯涌出先降后升型主要發(fā)生在地應力異常增大區(qū)域，煤體受到高應力的強烈壓縮，瓦斯的滲流通道被擠壓導致連通性較差，形成了低滲透區(qū)域，瓦斯涌出逐漸降低，隨著掘進的進行，采掘應力疊加高地應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)掘進工作面瓦斯涌出的來源，建立了考慮損傷的有效應力、煤體吸附瓦斯膨脹效應和孔隙壓力壓縮煤體骨架綜合作用及其對滲透率影響的、能夠反映瓦斯涌出動態(tài)特征的瓦斯涌出模型及瓦斯含

5、量反演模型；對掘進工作面瓦斯涌出主要影響因素進行了數(shù)值模擬分析，瓦斯壓力及應力的增大、掘進速度的加快、煤層厚度及煤體強度的變化導致應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性增強，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、自相關系數(shù)、瓦斯含量、聲發(fā)射及電磁輻射的煤與瓦斯突出實時預警指標體系，提出了費歇判別與模糊綜合預測相結合的煤與瓦斯突