CN107392394B - 一种动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法 - Google Patents
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Abstract
一种动态监测的掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，包括如下步骤：（a）确定矿井地质构造应力影响区域、开采应力卸压区域和开采应力集中区域；（b）通过已掘巷道向被监测巷道掘进面前方煤体内施工若干个测压钻孔；（c）安装在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***；（d）通过在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***自动记录和保存煤层瓦斯压力数据和变化曲线；（e）根据煤层瓦斯压力数据和变化曲线，按照判断准则确定监测巷道前方煤与瓦斯突出危险性。本发明通过动态监测掘进面前方煤体内煤层瓦斯压力的分布规律全面考察地质构造、采动应力和煤层瓦斯压力对煤与瓦斯突出的影响，进而能够更科学的监测巷道掘进中煤与瓦斯突出的危险性。
Description
技术领域
本发明涉及基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法。
背景技术
目前，我国煤矿煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测和验证方法主要采用钻屑瓦斯解吸指标、钻屑量、煤层瓦斯含量和煤的坚固性指标法。采用上述方法主要存在以下几个方面的问题：①预测和验证手段是“抽查”式的，没有实现动态监测；②预测和验证过程中人为因素太多，容易导致测定结果存在很大的误差，出现高指标不突出和低指标突出的情况时有发生；③上述测定指标大多是预测煤与瓦斯突出危险性的间接指标；④采用上述传统的煤与瓦斯突出危险性预测和验证方法存在预测距离短、预测范围小的问题；⑤传统预测和验证方法需要在掘进工作面施工参数测定钻孔，而施工参数孔势必降低有效掘进工时，影响掘进效率；⑥不能满足煤矿安全装备智能化、信息化、精细化的发展趋势，由于现有技术存在上述多个方面的问题，在预测掘进工作面煤与瓦斯突出时既存在不准确问题，而且还影响掘进效率，煤矿生产的安全性与经济性均不能保障。
发明内容
根据申请人针对煤与瓦斯突出机理取得的研究成果，高煤层瓦斯压力和构造煤的赋存是导致煤与瓦斯突出的主因。根据以往研究成果，无论震动***还是由打大直径超前钻孔过程和水力冲孔喷孔引起的煤与瓦斯突出，突出区域内煤体能发生脉动式或平缓的压缩变形，而后煤层瓦斯压力也会发生或急剧或缓慢的上升，即煤层瓦斯压力的变化过程是与煤层的变形是有相关关系的，煤层发生压缩，瓦斯压力增大，反之亦然。因此，在进行煤层瓦斯压力测定的时候一直把它当做一个静态的指标去考察，即一个区域的煤层瓦斯压力是一定的，测定结束以后不会去考察其受采掘影响的动态变化过程。但事实上，从岩石力学的角度考察该完整未破坏煤体只能发生扩容破坏，发生扩容破坏以后煤体的体积增大，这种情况下煤层瓦斯压力只能下降，所以，在这种条件下并不会出现上述煤层瓦斯压力发生急剧上升的过程。这样就可以理解，只有在赋存构造煤的区域煤层瓦斯压力才能发生急剧上升的变化过程，因为构造煤呈现出来的严重破坏结构是在历次地质构造运动时期形成的，在构造运动的作用下形成扩容破坏的构造煤，这些构造煤的密度小于未破坏的煤体。后期在巷道开挖掘进中，在地应力和采掘扰动的作用下发生压缩变形。煤层瓦斯压力的动态变化过程可以反映一个区域构造煤的赋存情况。由此可见，通过监测煤层瓦斯压力的动态变化过程能够预测煤体的突出危险性。
本发明提供了一种基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
一种基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，包括如下步骤：
（a）根据地质勘探资料及矿井开采资料，确定矿井地质构造应力影响区域、开采应力卸压区域和开采应力集中区域；
（b）针对拟在地质构造应力影响区域掘进的被监测巷道，在开采应力卸压区域超前掘进监测巷道，超前距离大于被监测巷道超前压力峰值与被监测巷道掘进面距离的1.5-2倍；
（c）按一定间隔距离平行向被监测巷道掘进面前方煤体内施工若干个测压钻孔，间隔距离根据实测的煤层透气性系数确定；
（d）安装在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***，在测压钻孔内布置瓦斯压力传感器，并与监控分站连接，对在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***进行调试，开始监测和记录各测压钻孔的煤层瓦斯压力值；
（e）通过在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***自动记录和保存煤层瓦斯压力数据和变化曲线；
（f）根据煤层瓦斯压力数据和变化曲线，按照判断准则确定被监测巷道前方煤与瓦斯突出危险性。
在所述基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法中，安装在线和离线煤层瓦斯压力动态监测分析***步骤包括：
（a）在地面***数据服务器上安装用于煤层瓦斯压力动态监测分析的上位机软件；
（b）将瓦斯压力传感器安装到煤层测压钻孔预定测压位置；
（c）将瓦斯压力传感器连接到监控分站上；
（d）通过光缆将监控分站接入煤矿井下环网；
（e）将地面***数据服务器接入煤矿井下环网。
在所述基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法中，当任何一个测压钻孔的瓦斯压力值达到或超过0.74MPa时，监控分站和上位机软件自动进行语音报警，同时标示煤层瓦斯压力超过0.74MPa的区域监测信息，包括煤层瓦斯压力实时测定值、最大值、测压钻孔的编号和监测区域的位置信息。
在所述基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法中，当任何一个测压钻孔的煤层瓦斯压力值上升时，上位机软件自动将上升段的数据和曲线标红，显示测压钻孔控制区域内煤体的煤与瓦斯突出危险性在上升，当任何一个测压钻孔的煤层瓦斯压力值下降时，上位机软件自动将下降段的数据和曲线标绿，显示测压钻孔控制区内煤体的煤与瓦斯突出危险性在下降。
在所述基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法中，瓦斯压力传感器通过通信电缆以串联的方式与监控分站连接，将煤层瓦斯压力传感器采集的瓦斯压力数据存储记录在瓦斯压力监控分站。
在所述基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法中，测压钻孔与被监测巷道掘进方向垂直。
相比于现有技术，本发明具有以下技术优势：
（1）本发明提供的基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，采用超前掘进巷道进行监测，将煤体应力变化与地质构造和采动影响的关系变化融入到监测中来，作为监测指标预测煤与瓦斯突出的危险性，因此，本发明不仅较大程度的扩大了掘进工作面前方煤体突出危险性的监测范围，而且明显提高了对煤与瓦斯突出危险性预测的准确性。
（2）本发明提供的基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，由于采用超前掘进巷道进行监测，布置钻孔时，测压钻孔间隔距离根据实测的煤层透气性系数确定，因此，本发明能够同时保证瓦斯压力监测精度，提高布置效率和降低监测成本。
（3）本发明提供的基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，由于根据矿区地质构造和采动影响综合因素来进行煤与瓦斯突出危险性监测，是从根本性原因对煤与瓦斯突出危险性进行预防，因此，本发明能够不需要像其他监测方法需要确定多项指标，而是仅依据监测瓦斯压力单一指标就可以较为准确的确定巷道掘进过程中煤与瓦斯突出危险性程度，极大程度的排除了非关键因素对预防准确性的干扰。
（4）本发明提供的基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，符合煤矿安全技术装备智能化、信息化、精细化的发展趋势。
（5）本发明提供的基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，无需在被监测煤巷掘进工作面施工参数孔，进而可以提高掘进效率，并且，可以使用大型快速综掘设备。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法实施示意图；
图中标记为：1-监测巷道，2-被监测巷道，3-监控分站，4-瓦斯压力传感器，5-测压钻孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1所示是本发明一种基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法的优选实施例。
所述基于煤层压力动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，包括如下步骤：
（a）根据地质勘探资料及矿井开采资料，确定矿井地质构造应力影响区域、开采应力卸压区域和开采应力集中区域；
（b）针对拟在地质构造应力影响区域掘进的被监测巷道2，在开采应力卸压区域超前掘进监测巷道1，超前距离大于被监测巷道2超前压力峰值与被监测巷道2掘进面距离的1.5-2倍；
（c）按一定间隔距离平行向被监测巷道2掘进面前方煤体内施工若干个测压钻孔5，间隔距离根据实测的煤层透气性系数确定；
（d）安装在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***，在测压钻孔5内布置瓦斯压力传感器4，并与监控分站3连接，对在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***进行调试，开始监测和记录各测压钻孔5的煤层瓦斯压力值；
（e）通过在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***自动记录和保存煤层瓦斯压力数据和变化曲线；
（f）根据煤层瓦斯压力数据和变化曲线，按照判断准则确定监测巷道1前方煤与瓦斯突出危险性。
在本实施例中，安装在线和离线煤层瓦斯压力动态监测分析***步骤包括：
（a）在地面***数据服务器上安装用于煤层瓦斯压力动态监测分析的上位机软件；
（b）将瓦斯压力传感器4安装到煤层测压钻孔5预定测压位置；
（c）将瓦斯压力传感器4连接到监控分站3上；
（d）通过光缆将监控分站3接入煤矿井下环网；
（e）将地面***数据服务器接入煤矿井下环网。
在本实施例中，当任何一个测压钻孔的瓦斯压力值达到或超过0.74MPa时，监控分站3和上位机软件自动进行语音报警，同时标示煤层瓦斯压力超过0.74MPa的区域监测信息，包括煤层瓦斯压力实时测定值、最大值、测压钻孔的编号和监测区域的位置信息。
在本实施例中，当任何一个测压钻孔5的煤层瓦斯压力值上升时，上位机软件自动将上升段的数据和曲线标红，显示测压钻孔5控制区域内煤体的煤与瓦斯突出危险性在上升，当任何一个测压钻孔5的煤层瓦斯压力值下降时，上位机软件自动将下降段的数据和曲线标绿，显示测压钻孔5控制区内煤体的煤与瓦斯突出危险性在下降。
在本实施例中，瓦斯压力传感器4通过通信电缆以串联的方式与监控分站3连接，将煤层瓦斯压力传感器4采集的瓦斯压力数据存储记录在瓦斯压力监控分站3。
在本实施例中，测压钻孔5与被监测巷道掘进方向垂直。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，其特征在于：包括如下步骤：
(a)根据地质勘探资料及矿井开采资料，确定矿井地质构造应力影响区域、开采应力卸压区域和开采应力集中区域；
(b)针对拟在地质构造应力影响区域掘进的被监测巷道(2)，在开采应力卸压区域超前掘进监测巷道(1)，超前距离大于被监测巷道(2)超前压力峰值所在位置与被监测巷道(2)掘进面迎头距离的1.5-2倍；
(c)按一定间隔距离平行向被监测巷道(2)掘进面前方煤体内施工若干个测压钻孔(5)，间隔距离根据实测的煤层透气性系数确定，测压钻孔(5)均为顺煤层钻孔，测压气室位于被监测巷道(2)巷道轮廓线内；
(d)安装在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***，在测压钻孔(5)内布置瓦斯压力传感器(4)，并与监控分站(3)连接，对在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***进行调试，开始监测和记录各测压钻孔(5)的煤层瓦斯压力值；
(e)通过在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***自动记录和保存煤层瓦斯压力数据和变化曲线；
(f)根据煤层瓦斯压力数据和变化曲线，按照判断准则确定被监测巷道(2)前方煤与瓦斯突出危险性。
2.根据权利要求1所述动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，其特征在于：安装在线或者离线煤层瓦斯压力动态监测分析***步骤包括：
(a)在地面***数据服务器上安装用于煤层瓦斯压力动态监测分析的上位机软件；
(b)将瓦斯压力传感器(4)安装到煤层测压钻孔(5)预定测压位置；
(c)将瓦斯压力传感器(4)连接到监控分站(3)上；
(d)通过光缆将监控分站(3)接入煤矿井下环网；
(e)将地面***数据服务器接入煤矿井下环网。
3.根据权利要求1或2所述动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，其特征在于：当任何一个测压钻孔的瓦斯压力值达到或超过0.74MPa时，监控分站(3)和上位机软件自动进行语音报警，同时标示煤层瓦斯压力超过0.74MPa的区域监测信息，包括煤层瓦斯压力实时测定值、最大值、测压钻孔的编号和监测区域的位置信息。
4.根据权利要求3所述动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，其特征在于：当任何一个测压钻孔(5)的煤层瓦斯压力值上升时，上位机软件自动将上升段的数据和曲线标红，显示测压钻孔(5)控制区域内煤体的煤与瓦斯突出危险性在上升，当任何一个测压钻孔(5)的煤层瓦斯压力值下降时，上位机软件自动将下降段的数据和曲线标绿，显示测压钻孔(5)控制区内煤体的煤与瓦斯突出危险性在下降。
5.根据权利要求1或2所述动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，其特征在于：瓦斯压力传感器(4)通过通信电缆以串联的方式与监控分站(3)连接，将煤层瓦斯压力传感器(4)采集的瓦斯压力数据存储记录在瓦斯压力监控分站(3)。
6.根据权利要求5所述动态监测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测方法，其特征在于：测压钻孔(5)与被监测巷道掘进方向垂直。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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