专题-煤矿瓦斯事故预防技术研究.doc

1、煤矿瓦斯事故预防技术研究摘要矿井瓦斯是生产矿井中严重自然灾害的重要根源之一。井巷及采场瓦斯的超限存在可导致人员窒息、遇火爆炸等矿井重大安全事故。多年以来，为了彻底治理好矿井瓦斯隐患，国内外广大煤炭科技人员已经进行了长期的艰苦努力和技术探索。特别是近20多年来，随着矿井安全技术工作向纵深方向的逐步发展，攻克了一个又一个的瓦斯治理技术难题。目前，就寺河矿井而言，该矿井属于高瓦斯矿井，近年来在防治瓦斯积聚与爆炸方面，也已经由单纯依靠通风吹散瓦斯，发展到应用电气设备防爆、堵绝火源、计算机监控、防止积聚、消除爆源等多项技术措施综合运用与实施的方法上来了。在本文的研究过程中，作者主要从搭建矿井瓦斯管理平台

2、“矿井瓦斯技术管理体系建设与应用”方面入手，深入探讨了生产矿井在瓦斯管理方面的新技术、新成果和新方法;特别从减少瓦斯超限报警次数、拟定隅角及采空区瓦斯抽排放方案、开展矿井通风系统优化改造以及进行矿井瓦斯技术管理体系建设等重要环节着手，对当前矿井瓦斯技术管理的先进理念、以及具有企业自主开发特色与效果的瓦斯管理技术均进行了详细分析和阐述。在此基础上，着重对矿井瓦斯技术管理体系建设及应用的内容进行了详而深入的探索。这对于促进坤升矿井瓦斯技术管理工作逐步向正规化、规范化、制度化与人性化方面的有续过度，必将发挥重要作用。在研究内容与方法上，本文的探讨具有如下技术特点，一是改进了过去对瓦斯管理的研究往往局

3、限于实践经验层面的事实，开展了对企业瓦斯管理中一个相当重要因素，一是矿井瓦斯管理技术体系建设的研究与探索，具有一定程度的创新;二是通过认真的技术研发工作，致力于提供能够应用于矿井生产实际的瓦斯技术管理方法与措施。在对矿井瓦斯管理新技术的研发与探索过程中，作者着重分析了应用加权相对偏离值法对矿井通风系统进行技术改造的方法步骤;探索利用调压技术调整工作面通风系统风压分布的基本方法.:在对隅角瓦斯运移形式、积聚成因以及煤层瓦斯含量等相关技术参数进行分析研究的基础上，采取顶板走向瓦斯抽放及跨层高位抽放等技术，有效的防止了工作面瓦斯超限问题，从而大大减少了隅角瓦斯超限报警次数。这些瓦斯管理技术与方法的研

4、究与应用，为矿井安全生产构建起了全方位、纵深式、较为可靠的矿井瓦斯技术管理体系，成功的实现了矿井瓦斯技术管理模式由“堵”向“疏”、由“后治”向超前“预测预防”方式的转变，对消除瓦斯隐患，建立矿井瓦斯技术防管机制，实现瓦斯综合治理等均发挥了积极有效的作用。因此，本文的研究内容必将具有积极而深远的理论和现实意义。关键词:瓦斯管理技术体系建设调压抽放1绪论1.1引言瓦斯事故是最严重的矿井灾害之一。我国的煤矿瓦斯与煤尘爆炸事故、煤与瓦斯突出事故频繁发生，伤亡人数多，严重影响着煤矿的安全生产。目前，全国共有高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井约9000多处，占生产矿井总数的30%左右。建国50多年来，我国一次伤

5、亡100人以上的特别重大事故共发生71次，仅瓦斯爆炸事故就达49起，占全部特别重大事故的69%。可以说，矿井瓦斯灾害防治工作不论是过去还是将来，一直是煤矿安全工作的重中之重。我国的瓦斯综合治理工作任重而道远。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状从理论、实践及其结合上，几十年来国外都对矿井瓦斯灾害防治工作进行了广泛而深入的研究与探索，现简单分述如下。1.2.1.1对矿井瓦斯预测工作的研究在对矿井瓦斯预测工作的研究中，美国、澳大利亚、波兰、德国、英国等世界主要产国家围绕地质开采因素、煤岩结构应力及井巷面区瓦斯预测预报等方面开展了大量而深的实验室和现场试验研究工作，取得了令人瞩目的巨大成就。各

6、国所研发的许多矿井瓦预测方法己经在生产实际中得到了广泛使用并取得实际成效。特别是近年来计算机技术应用则显著提高了矿一井瓦斯预测计算的速度和精度，使矿井瓦斯预测工作更加及时和准。1.2.1.2对矿井瓦斯涌出量方面的研究矿井瓦斯涌出量方面的研究内容主要包括:研究煤层瓦斯的形成和迁移规律;测定煤瓦斯含量;预测矿井瓦斯涌出量，等等。(1)煤层瓦斯成分研究。煤层瓦斯通常指甲烷(沼气)，因为甲烷CH4是主要成分，一般占总量的80%以上，但是，即使在室温下，煤层瓦斯也含有其他小分子的碳氢化合物及COZ、NZ、02和HZ等气体物质。(2)煤层瓦斯含量测定。目前各国主要采用的是解吸法测定煤层瓦斯含量。(3)矿井

7、瓦斯涌出量测定。生产矿井中的瓦斯来源主要包括井巷煤岩中的缓慢析出瓦斯、掘进区瓦斯、采煤区瓦斯以及采空区瓦斯。目前进行矿井瓦斯涌出量预测时所采用的方法主要有三类:矿山统计法、煤层瓦斯含量法和瓦斯分源法等。(4)矿井瓦斯等级划分。国外大多数国家都划分矿井瓦斯等级，目的时便于采取相应的矿井安全技术措施。例如，俄罗斯矿井瓦斯等级的划分方法是:按照平均日产1t煤涌出的瓦斯量划分为四个等级:一级瓦斯矿井，5 m3/t以下;二级瓦斯矿井，5-10 m3/t;三级瓦斯矿井，1015 m3/t;超级瓦斯矿井，15 m3/t以上。德国所有的烟煤矿井都划分为瓦斯矿井;工作面绝对瓦斯涌出量大于20 m3/min时，视

8、为特大瓦斯工作面。1.2.1.3有关矿井瓦斯抽放方面的研究在许多国家，矿井瓦斯抽放己经成为降低工作面瓦斯涌出量和防止矿井瓦斯突出的一项主要措施。前苏联一年的瓦斯抽放量为25亿m3;德国的平均抽放率达50%，其年抽放量约为6亿m3。1.2.1.4煤与瓦斯突出防治世界许多产煤国家都有煤矿瓦斯突出事故记载。从各国突出情况来看，多以煤和瓦斯突出为主，个别情况有岩石和CO2突出。突出事故多发生在石门掘进揭煤时或煤巷掘进工作面。各国在对瓦斯突出预测的研究方面，主要围绕地质因素、煤结构应力和瓦斯参数测定等基本工作开展了大量实验室和现场试验研究，并在生产实际中进行了区域性预测和日常预测，取得了实际成效。在有关

9、突出防治技术的研究方面，通常都在有突出危险并且瓦斯含量高的煤层，必须采用抽放方法减少煤层瓦斯含量，并使瓦斯压力值降低到临界值以下;采用安全开采方法或卸压方法，使高应力区的应力重新分布或释放，也可有效地防止突出。回采工作面瓦斯防突措施则有区域性和局部性措施两种。前苏联、波兰、德国、英国等国家广泛采用的区域性措施主要有:瓦斯抽放、开采保护层、煤层大面积注水等;局部性措施主要有:松动爆破、超前钻孔、水力冲孔、卸压槽等。一般认为，区域性措施的防突效果较好。这些防突防灾技术的广泛应用和推广，使矿井安全保障水平有了新的提高。1.2.1.5采面上隅角瓦斯积聚治理方一面的研究治理生产采面上隅角位置处的瓦斯积聚

10、，国外多采用压风引射器引排法、小型液压风机吹散法、钻孔及埋管抽放法等。20世纪80年代，国外多采用通过改变回采工作面通风系统，如采用Z型、Y型、H型等通风系统来维持安全生产，但是带来了开采成本增加、自然发火频率增多的不利影响。进入20世纪90年代后，世界先进的产煤国家呈现了“一矿一井一面”的集约化生产趋势，矿井通风系统也比较简单，生产成本大幅度下降。尽管各国瓦斯的平均抽放率水平己较高，但回采工作面上隅角的瓦斯积聚和超限问题仍然十分突出。随后，以无火花风机为核心的直接引排技术，以其独特的优势，愈来愈受到各国的青睐。波兰开发了具有阻燃、抗静电性能的工程塑料叶轮电动抽出式风机和铜铸叶轮气动抽出式风机

11、;英国开发了软钢叶片、镶铂铜合金环、分岔流道电动抽出式风机;南非开发了液压马达风机，风量250 m3/min;德国和前苏联还开发了承压8Pka以上的大直径无缝柔性风筒，以适应工作面走向长、送风距离长的要求。1.2.1.6矿井瓦斯煤尘爆炸防治工作德国、美国加强了对移动式隔爆棚的研究。德国己于1989年补充修订了原固定式安装隔爆水棚的技术规范，允许在煤矿中使用固定式和移动式两种隔爆水棚;美国在莱克林恩实验矿井进行了移动式隔爆棚的隔爆性能实验，试验结果证明，它能够有效的隔绝瓦斯煤尘爆炸冲击波的传播。除传统的被动式岩粉棚、水槽棚和水袋棚外，各主要产煤国于70年代末研制了自动抑爆技术，利用抑爆装置实时快

12、速喷射抑爆剂来抑制传播迅猛的爆炸灾害。英国研制了以压缩空气推动活塞喷水的MK II型抑爆装置，在1805内可将水扩散到巷道空间:原西德于1984年研制了利用储压(粉气混装)原理的BVS型抑爆装置，形成粉雾时间小于100ms;比利时研制的爆破撒播水雾喷洒器的水雾形成时间小于15Oms;美国于1985年研制了以爆抛撒为原理的Cardox型抑爆装置，形成粉雾时间为180-490ms;前苏联于20世纪90代研制了实时产气式B n y型抑爆装置，形成粉雾时间l00ms。1.2.1.7瓦斯监测系统最近20年来，各国煤矿瓦斯监测系统发展很快，为有效避免瓦斯事故发挥了重要作用。这其中比较知名的有:英国MNIO

13、S监测系统;德国TF-200瓦斯监测系统;波兰CMM-20 m瓦斯监测系统;美国SCADA监测系统，等等。另外，国外在不断完善突出跟踪预测的基础上，还开展了研究瓦斯突出的动态预测技和突出危险区域预测技术。俄罗斯已经建立了区域预测预报专家系统;德国应用V3。等瓦斯涌出动态参数连续预报突出，已经有了较为成熟的经验，并纳入了规程。俄罗斯、波兰、德国等主要产煤国还将声发射技术应用于工作面突出预测，目前已经达到了实用化、自动化的程度。他们利用声发射监测系统对采掘工艺进行随机控制，实现了工作面作业的自我保护。波兰、法国已对煤层突出危险进行了技术分级，实现了科学化管理。1.2.2国内研究现状我国煤炭资源丰富

14、，分布地域广阔，但煤层赋存条件差异大，富含瓦斯的煤层多，瓦斯储量大，煤与瓦斯突出严重。我国目前所拥有的高瓦斯矿井和突出矿井占全国矿井总数的44%。我国大多数的高瓦斯矿井和突出矿井分布在东北、华北的西部与南部、中部以及西南地区;除安徽两淮等少数几个矿区外，在华东和西北地区，高瓦斯矿井与突出矿井相对较少。从地域分布来看，多数高瓦斯矿井和突出矿井大致沿东北一西南线状分布;我国东北、西南、中南地区高瓦斯矿井和突出矿井尤其众多，而且突出后果严重。早在20世纪50年代初期至60年代中期，随着我国煤炭工业的发展，煤矿瓦斯问题逐渐严重。对此，我国煤矿一方面开展矿井通风系统技术改造，改善生产矿井的通风条件和加强

15、瓦斯管理;另一方面开始在瓦斯防治技术上全面进行试验研究，在瓦斯含量和瓦斯涌出量预测、瓦斯抽放以及防治煤与瓦斯突出等多个方面同时进行了实验室和现场研究工作。60年代中期至70年代末，我国在瓦斯预测、瓦斯抽放和防治突出等三方面进行了大量的基础理论和实用技术措施的研究，均取得了较大进展。例如，在瓦斯预测方面，针对地面钻孔密闭式和集气式岩芯取样器的采芯率低、瓦斯损失量大、预测结果偏低的问题，研究了解析法直接测定煤层瓦斯含量的方法，开拓了直接测定瓦斯含量的新领域。与此同时，在瓦斯涌出量预测研究方面也有所发展，除了广泛采用矿山统计法外，还开始采用一般计算法来预测矿井瓦斯涌出量。但由于缺乏必要的试验研究，这

16、一时期的计算式中采用的参数值多为国内外经验数据，瓦斯涌出量预测采用计算法还处于开始阶段。在瓦斯抽放方面，除了继续对邻近层抽放技术和开采层高透气性煤层抽放技术进行研究外，重点转入低透气性煤层抽放技术的研究。在这个时期，瓦斯抽放研究的方向是煤层注水、水力割缝、水力压裂等强化型瓦斯抽放技术。在煤与瓦斯突出防治措施方面，在全国广泛推广了开采保护层结合瓦斯抽放，使保护层开采技术更加完善。在突出预测方面，加强了区域突出危险性预测和工作面日常突出危性预测单项指标隅综合指标的研究工作，并始研究声发射(AE)技术预测煤层瓦斯突出的危险性，同时建立了对煤样进行AE信号测试的AE实验室。这个阶段所进行的AE研究成为了以后非接触式突出预测技术攻关的基础工作。20世纪80年代初至90年代中期，我国广泛进行了“六五”、“七五”、“八五”瓦斯防治国家重点科技攻关，科技攻关的主题是发展瓦斯预测、瓦斯抽放、防止瓦斯