2009年4月 王 建等,国内煤矿瓦斯理论、实验及其应用技术研究现状

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作面20m~30m深处煤岩内的隐伏小型构造等地质异常体。该技术通过在西山、淮南、松藻等矿区进行试验,取得了好的效果。3.1.2 P S波长距离构造探测技术

P S波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的P波和S波,并分析预报地质构造,能方便快捷地预报采掘工作面100m~150m深处煤岩内的地质异常情况。

3.1.3 煤层瓦斯含量直接测定技术

向煤层施工取芯钻孔,将煤芯从煤层深部取出并及时放入煤样筒中密封;测量煤芯的瓦斯解吸速度及解吸量,计算瓦斯损失量;测量从煤样筒中释放出的瓦斯量,与井下测量的瓦斯解吸量一起计算煤芯瓦斯解吸量;将煤样筒中的部分煤样装入密封的粉碎系统,测量在常压下粉碎过程及粉碎后一段时间所解吸出的瓦斯量,计算粉碎瓦斯解吸量,据此计算出可能瓦斯含量;再根据试验测定煤层残余瓦斯含量,最终求出煤层瓦斯含量。目前,试验取样钻孔深度达到50m。利用这种方法能够大面积测定煤层瓦斯含量,了解各区域的煤层瓦斯含量分布状况,

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以此为基础便可有效地预测瓦斯灾害易发区。3.2 高效瓦斯抽采技术3.2.1 地面钻孔抽采

瓦斯抽采是预防瓦斯灾害最根本的手段。对淮南矿区地面钻井抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯技术进行的试验研究表明,钻孔在正常工作期间,瓦斯抽放量和瓦斯浓度均较高,平均流量为15m/min,瓦斯平均体积分数为80%,抽放效果较好。当工作面推过钻孔4m~100m时,钻孔瓦斯流量和浓度都增到最大值。

3.2.2 井下顺煤层枝状长钻孔预抽煤层瓦斯技术

使用澳大利亚VLD 1000定向千米钻机,对不同深度钻孔的抽采效果进行了现场试验和考察,发现随着钻孔深度的增加,钻孔的累计抽采总量也相应增加。说明增加钻孔长度对提高抽采效果是可行的。在煤矿井下实施千米钻孔后,既可大幅度减少抽采巷道工程量,又能实现大面积预抽。对相同深度钻孔抽采量与抽采时间进行比较表明,钻孔的合理抽采时间以1a~2a为宜。3.3 瓦斯灾害监测技术

瓦斯灾害监测是及时发现瓦斯灾害隐患的关键手段,主要包括传感器技术和监控网络系统两部分。3.3.1 红外瓦斯传感器技术

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波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在的关系,通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓

度值的原理进行工作。测试结果表明,红外瓦斯传感器对于甲烷的测量范围为0%~100%。3.3.2 宽带监控系统

KJ90分布式网络化煤矿综合监控系统主干传输平台采用了基于IP的工业以太网通信技术,将地面以太网技术直接延伸至煤矿井下环境,为矿井构筑了先进、可靠、标准、高速、宽带、双向的综合信息传输平台,使矿山安全和综合自动化系统的各种监控设备、自动化过程控制设备、语音通讯设备、图像监控设备等都以IP方式接入,并与煤矿企业的因特网整体架构实现无缝连接。3.4 瓦斯灾害预警技术

瓦斯灾害预警技术通过建立大量的信息数据库和监控系统监测各相关影响因素的变化,利用试验研究得到的相关模型,实现对瓦斯灾害预警,并提出合理的消除瓦斯灾害隐患的建议,提升矿井安全生产的管理水平。

预警系统基于ARCInfor三维地理信息系统平台进行开发,使过程和结果具有直观性。预警系统主要具备以下功能:瓦斯赋存分析与预测,区域煤与瓦斯突出危险性预测,采掘工作面煤与瓦斯突出危险性预测,瓦斯变化实时监控与预测,瓦斯爆炸危险性预测及系统管理,矿图维护与输入输出。

4 煤矿瓦斯的灾害评价

4.1 瓦斯煤尘爆炸危险性预测评价技术

瓦斯爆炸一直是困扰煤矿安全生产的重大灾害之一。近年来,我国在煤尘着火机理及瓦斯煤尘爆炸机理研究方面,建立了粉尘云着火及燃烧过程简化模型,得出了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、试验系统中点火诱导期与高温固体颗粒燃料产物的质量分数和燃烧阵面中的热辐射有关、在爆炸极限范围内颗粒相浓度与颗粒点立温度越低火焰加速效果越明显、辐射热损失可能导致燃烧区域的重构、粉尘空气混合物火焰稳态结构发生明显变化等重要结论。通过研究还得出了瓦斯煤尘共存条件下煤尘云着火特征参数计算方法,揭示了瓦斯爆炸过程中爆炸波和火焰的变化特征。

在取得上述成果的基础上,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、