煤与瓦斯突出预测防治技术发展与展望.docx

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1、煤与瓦斯突出预测防治技术发展与展望1综述我院是我国最早从事瓦斯突出防治研讨的专业研讨院，研讨领域 触及突出预测、防突出措施、措施效果检验和人身防护安全措施、突出 机理等各方面。在国内首先开展了开采爱护层、大、小直径超前钻孔、 钻孔水力冲刷、水力冲孔、深孔松动爆破、石门金属骨架等多种防突措 施研讨；领先在国内开展了煤层与瓦斯突出区域性预测和工作面预测 科研工作，提出了区域预测煤和瓦斯突出危险性综合指标P和K、煤 层突出危险性指标4P、工作面预测钻屑量指标S、钻屑瓦斯解吸指标 h2、C及钻孔瓦斯涌出初速度指标g；建立了区域预测综合防突技术 思想，并在现场投入应用；领先开展了 AE声放射、瓦斯涌出特

2、征非接 触连续预测突出研讨，以及机掘面防突措施研讨。20世纪5020XX年X月，我院于19561960年首先在北票、 红卫、涟邵、焦作、梅田、六盘水等矿井进行瓦斯突出调查，建立了全 国重点突出矿井卡片；1958年领先在北票煤田台吉三井、冠山二井开 采爱护层，并获得胜利，为最初的防突提供了最为有效的技术手段； 1959年连续在天府磨心坡井推广应用开采爱护层，并结合瓦斯抽放综 合防突。20世纪60代初，我院即建立区域预测单项指标4 P、f值，1960年 1965年进行了全国突出煤层4 P、f值普查；1961年1963年在4防突对策和技术展望(1)认真贯彻执行“四位一体”防突综合措施，对防止突出事故

3、来 说，有两大任务：一是防止突动身生，二是防止突出造成人身伤亡事故。 综合措施中的防突措施和安全防护措施分别是为解决上述任务的两条 防线。十多年来，某些突出严峻的国有重点煤矿应用了综全防突措施取 得了良好的效果，但大多数突出矿井仍未应用。(2)提高突出危险性预测的精确性。结合突出矿井的详细条件， 通过科学实验可确定突出预测敏感指标和标志突出危险的临界值。在 “八五”、“九五”期间科技攻关的基础上，尽快完成用声放射、瓦斯涌出 动态改变和电磁幅射等指标，对工作面突出危险性进行连续非接触式 预测。(3)提高防突措施的效果。伴着突出矿井机械化程度的提高，实 验研讨机采机掘工作面的防突措施。包括从防突观

4、点动身，尽量减小机 械截煤深度，均速推动，改善工作面支撑状况，使工作面前方煤体应力 均衡向前推移，防止形成大的集中应力，将突出危险性降至最小程度。 例如，在突出煤层加采面推广运用刨煤机，在机掘工作面试用带有超前 掏卸压槽机构的掘进机等。(4)优先推广运用开采爱护层和预抽煤层瓦斯等区域性防突措施。 这是当前行之有效的防突治本措施。开采爱护层时应结合抽放瓦斯提 高爱护效果的扩大爱护范围。单一突出危险煤层提高瓦斯抽放率是世 界煤矿抽放瓦斯领域又一亟待解决的难题，在这方面我国进行了大量 科学实验工作，先后实验胜利密集大直径钻孔、水力割缝、水力压裂、 网络布孔、定向卸压爆破和交叉布孔等。但这些方法往往由

5、于工艺冗杂, 需要大量资金投入，难以在生产中推广运用。寻求工艺较简洁能顺应突 出矿井生产条件的提高煤层瓦斯抽放率的方法，仍是防突出工作的一 个重大课题。（5）强化突出矿井的瓦斯地质工作。包括矿井地质构造和煤层赋 存条件的预测工作，防止误揭突出煤层；各种地质构造区域煤层瓦斯含 量、瓦斯压力和地应力改变规律及其与突出危险性的关系；各种地质构 造对煤层的破坏程度和性质的影响等。（6）强化突出机理研讨。当前突出综合假说已得到世界各国的普 遍认同，但该假说只是定性地说明了突出原动力（地应力和瓦斯压力） 和受力体（煤体）之间大致的能量和功的关系，且在很多方面认识上并 不全都，例如，突出时释放的固体弹性变形

6、潜能是主要来源于煤层还是 围岩何以会突出那么多瓦斯，有特别瓦斯吗构造应力是突出的必要条 件，还仅是有利条件煤体发生连续自发（雪崩式0破坏的详细条件是 什么延期性突动身生的原因何在等等。上面这些问题仅触及突出机理 的物理本质方面，至于数学描述突出的发生、发展和终止过程，则是突 出机理研讨方面一个更为冗杂的课题。防治煤与瓦斯突出是世界煤矿安全技术领域一大难题。经过数十 年的科学研讨和煤矿生产实践，现已初步形成我国自己的，四位一体， 防突综合措施的每一个环节上不断完善提高，使突出预测更加精确，防 突措施更加牢靠，以保证突出矿井的安全生产。煤矿安全红卫、蛇形山矿进行开采爱护层推广；191965年在红卫

7、煤矿进行 300mm大直径超前钻孔和水平分层采煤法自我卸压爱护防突研讨，并 将大直径超前钻孔推广到北票、梅田等局；19661968年在北票台 吉、冠山三宝进行了 13个煤层、14个石门的钻孔水力冲刷实验研讨, 均安全揭开石门；1968年在北票三宝矿进行煤巷道水力冲孔防止突出 措施工艺研讨；1968年国内领先在北票台吉矿进行深孔松动爆破防突 措施研讨；19651967年在北票开展震惊放炮揭开突出层，将震惊 放炮用瞬发发展到毫秒；1967年我院在北票三宝一井、台吉矿首次应 用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度4P、煤的牢固性f区域突出危险性 预测、提出了煤的突出危险性综合指标K。20世纪7020XX年X

8、月，19741975年，我院应用提出的综合 指标K结合地质条件，对北票三宝、台吉两个矿各煤层进行区域突出 危险性分类；于1977年在北票矿务局实验研讨超声波测定煤层应力, 研制了超声波应力测定仪，并初步探究了地震指标与煤和瓦斯突出的 关系（水氯指标及入射性元素放射性强度与突出关系）。20世纪8020XX年X月，我院的突出研讨工作有了飞跃，1980 -1981年，我院在调查分析了我国一系列突出矿井始突深度、煤层瓦 斯压力、煤的牢固性性系数f,综合考虑地应力、瓦斯和煤质这3项具 有确定突动身生的主要因素，在北票、红卫经大量考察研讨，提出了标 志煤层突出危险性的综合指标D,并建立了地勘、基建和生产矿

9、井预测 煤层和区域突出危险性综合指标法（D、K指标），并在系统考察研讨 煤样暴露时间、破坏类型、瓦斯压力、煤样精度诸因素与瓦斯解吸规律 基础上，在国内首次提出了预测工作面突出危险的钻屑瓦斯解吸指标 h2、衰减系数C和钻屑量指标S。初步得出了标志突出危险性的钻 屑倍率指标，研制了 MD-1型井下瓦斯解吸仪，首次胜利地利用a h2、 C、S预测石门揭煤工作面突出危险性。以上预测方法和指标的提出奠 定了我国突出区域预测和工作面预测的理论和工艺技术基础。1986年开头国家“七五”攻关，我院就“北票综合防突措施”、“焦作 综合防突措施”、“瓦斯突出监测系统”进行重点科技攻关。在北票实验 胜利了低透气性煤

10、层网格布孔大面积预抽区域防突措施和钻孔卸压煤 协作金属骨架防止石门揭煤突出新工艺，将石门揭煤时间由原来的36 个月缩短到13个月；在煤巷突出预测攻关中，首次在突出矿进行四 位一体综合防突，经1800m巷道跟踪多参数预测，提出综合反映钻屑 量、钻屑量解吸指标的综合指标F,首次用预测突出率、预测突出精确 率、预测非突出精确率来评价突出预测方法适用性指标，并研制了 MD- 2型瓦斯解吸仪、ZCD-1型钻孔多级流量计、JN-1型封孔器等，成套 工作面突出预测仪表，在全国突出矿井得到了广泛的应用。在焦作实验 胜利工艺简洁、装备配套的深孔掌握卸压爆破局部防突措施，连续、安 全掘进300m,最高月掘进速度达

11、95.2m。在安阳龙山矿实验研讨了 AE 声放射非接触连续预测突出新方法,研制胜利IMSC-1型煤矿声放射测 定仪，被收入中国技术成果大全第八期（科学技术文献出版社，20XX年）。在完成上述攻关任务的同时，1987年在营城煤矿进行岩石 （煤）与二氧化碳突出预测与防治研讨；1989年在北票、焦作领先开 展利用监测系统预测突出及检验防突措施效果和机掘面防突措施研讨。20世纪9020XX年X月，我院瓦斯突出担当有“工作面预测敏感 指标及临界值确实定、机掘面防突措施及配套装备的研讨”、“利用综 合参数连续预测突出方法及装备”三项国家“八五”重点科技攻关工程， 攻关地点在焦作矿务局九里山矿。在工作面敏感

12、指标课题中，利用模糊 数学方法确定综合模糊指标，预测突出精确率达61%,预测不突出精 确率达XX%；机械防突措施中，研制了 JX-2型开卸压槽装置，在国内 首次利用机械装置开出连续的卸压槽，在严峻突出煤层平均月掘进速 度由27m提高到138m；在连续预测课题中，研制了 MSZH-1型声放 射指标转换器及配套的声放射传感器，在国内首次胜利地将声放射系 统与矿井环境监测系统联网，初步提出相邻帮滑移平均小时势件相对 改变率预测指标NE；在动态瓦斯涌出研讨中，扩展了矿井环境监测系 统功能。此外，我院20XX年还开发了煤与瓦斯突出专家系统，目前正 在开发DSS煤矿工程师决策系统。在人身防护安全措施研讨领

13、域，我院早于1958年就研制胜利了过 滤式自救器，并得到普遍应用；1976研制胜利AZN-60型4h氧气呼吸 仪；1986 年20XX 年间续研制胜利 AZH-40、AZH-15、AZH-20、AZH- 60型系列化学氧自救器；19861988年进行了超氧化钾药片成型工艺 的国家“七五”重点科技攻关，其成果快速产品化，并远销德国；20XX 年又研制胜利OSR系列化学氧自救器。全部上述产品均已商品化、产 业化，在煤矿得到广泛的应用。在煤矿瓦斯突出理论研讨方面，我院在20世纪5020XX年X月就 开头突出煤层煤质结构、瓦斯放散特性与煤瓦斯突出关系的研讨。1959 年我院首次应用压汞法研讨突出煤、非

14、突出煤孔隙、比外表积；1961年 领先进行煤的吸附变形测定研讨，首次提出煤吸附变形定量关系。20世 纪7020XX年X月我院系统研讨煤层瓦斯重燃搭配对突出的影响，1972 年提出煤与瓦斯突出最小瓦斯压力理论及数学模型，1978年提出瓦斯 重燃搭配成份和煤与瓦斯突出的关系。20世纪8020XX年X月我院开 头煤与瓦斯突动身生条件的研讨，在试验室系统模拟（物理模拟）了煤 的破坏类型、应力、瓦斯压力、含量等因素和煤与瓦斯突出的关系，系 统地进行了突出煤、非突出煤冲击破裂率实验研讨，在国内首次应用沉 降分析技术对突出粉煤颗粒组份进行了突出、非突出煤碘吸附实验，系 统地进行了等压、非等压解吸规律的研讨。

15、20世纪9020XX年X月， 我院系统开展了煤吸附瓦斯变形及变形力的研讨，得出了吸附变形时 变形力与瓦斯压力的数学关系；首次开展了煤的分形孔隙与瓦斯突出 的关系研讨。2“四位一体”综合防突措施煤与瓦斯突出是极其冗杂的矿井瓦斯动力现象，是煤矿井下最为 严峻的地质灾害之一。原煤炭工业部于1988年颁发了防治煤与瓦斯突出细则把我国 防突技术工作纳入了四位一体综合防突措施和轨道，使防突措施更加 有的放矢，提高了措施的防突效果，提高了经济效益，取得了良好的效 果，使我国的防突工作到达了一个新的阶段，形成了我国在煤矿生产中 自己的综合防突措施体系。3煤与瓦斯突出国家攻关工程成果简介煤科总院抚顺分院在国家“

16、七五”、“八五”、“九五”及煤炭行业的科 技攻关中，取得的重要科研成果有如下几个方面：3. 1煤与瓦斯突出危险性工作面预测技术研讨由抚顺分院完成的国家“七五”科技攻关工程“北票综合防突措施研 讨”在我国首次提出了在全国普遍适用的工作面突出危险性预测方法, 提出了包括利用钻屑量、钻屑瓦斯解吸指标、钻孔瓦斯涌出量等新时期 单项指标和综合指标进行工作面预测较为详尽的实施方案。该预测方 法在煤矿安全规程中被确定为工作面突出预测的标准方法之一，在 全国得到推广应用。该成果荣获煤炭部科技进步三等奖。该项技术的推 广应用，提高了我国煤矿防治与瓦斯突出的力量，使我国的年突出次数 大为降低。自煤炭部颁发防治煤与

17、瓦斯突出细则以后，“四位一体”的综合 防突措施在全国大部分突出矿井得到了较广泛的应用。在执行综合防 突措施中，工作面突出危险性预测成为防治突出首要的一环。突出预测 的正确与否既关系着突出危险煤层开采的作业安全，也触及到防突措 施的实施范围，与煤矿的生产效率和经济效益亲密相关。国家“七五”攻 关中，抚顺分院为全国的突出矿井提供了一套广为适用的预测方法和 配套的参数测试仪表。但要求各矿井依据自己的运用情况，采纳合适于 本矿区的敏感指标和临界值。为此，抚顺分院在国家“八五”科技攻关工 程“工作面突出敏感指标及临界值确实定研讨”中，在我国首次提出了 煤与瓦斯突出敏感指标及临界值确实定方法。提出了利用聚

18、类分析技 术、模糊数学处理方法，确定突出敏感指标及临界值，使预测不突出精 确率到达XX%,预测突出的精确率到达6070%。该成果在北票、焦 作、抚顺得到了应用。获得了煤炭部科技进步二等奖。3. 2煤与瓦斯突出动态预测技术研讨传统的接触式突出预测技术一般需要施工钻孔，占用大量的作业 时间，增加了防突费用和吨煤本钱，而且是间断性的点预测方式，常常 在非预测时段发生突出，往往会导致人员伤亡事故，所以煤与瓦斯突出 连续预测成为近年来的主要研讨方向。抚顺分院在国家“八五”、“九五” 科技攻关中提出了“利用综合参数连续预测突出方法及装备”、“声放射 实时跟踪连续预测突出危险性技术研讨”两项科研课题。利用A

19、E(AcousticEmssion)声放射技术和瓦斯动态涌出特征对煤与瓦斯突出 危险性进行连续预测取得了较好的效果。研制了能够与环境监测系统 联网的声放射突出危险监测系统。提出了声放射突出危险预测指示及 瓦斯动态涌出指标和临界值，为煤矿的生产应用提供了一整套完好的 技术方法。该成果到达国际先进水平。3. 3煤与瓦斯突出强度预测技术研讨国家“九五”科技攻关中，抚顺分院完成了 “煤与瓦期突出强度预测 技术的研讨”，在全国首次提出了突出危险强度预测理论和方法，提出 了利用相像的理论，在试验室对煤与瓦斯突出进行三维模拟试验，通过 转变纵向应力、横向应力、瓦斯压力、煤体强度等参数，建立了突出强 度数学模

20、型，作出了突出强度预测从定性预测到定量预测的一个尝试, 取得了较大的科研价值。该项成果到达了国际领先水平。3. 4煤与瓦斯突出预测预报专家系统的研讨该项课题对我国的主要突出矿井的预测参数值大小、指标、临界值 和瓦斯突出方面的基础数据进行整理、归类、组成突出预测专家系统的 数据库，利用计算机辅助决策技术对突出进行预测，形成煤与瓦斯突出 预测预报专家系统。该项课题填补了我国在这一领域的空白，使我国的 突出预测技术从人工化走向智能化。3. 5煤与瓦斯突出防治措施研讨3. 5. 1水力压裂防突抚顺分院在全国首次提出了水力压裂防突技术，并与山西阳泉、湖 南红卫、抚顺、焦作煤矿合作，进行了现场实验，取得了

21、较好的试验效果。该项成果提出了水 力压裂的一整套实施方法及装备，确定了煤层水力压裂工艺的根本参 数。3. 5. 2金属骨架及扩孔卸煤钻防突在国家“七五”攻关工程“北票综合防突措施研讨”中，抚顺分院与北 票局协作提出了利用金属骨架和扩孔卸煤钻相结合进行石门揭穿突出 危险煤层措施，并将该项成果进行完善和推广，从而使石门揭穿突出危 险煤层的时间大为缩短，该项成果在全国得到了广泛的应用。3. 5. 3机掘工作面防突在国家“八五”攻关课题“机掘面防突措施及配套装备的研讨”中，抚 顺分院提出了一套利用卸压槽在综掘工作面防止煤与瓦斯突出的方法。 该方法标准了卸压槽防突措施的实施条件、开槽角度、深度、槽宽距离 等实施工艺，并完成了割掘一体化。该措施在焦作得到应用，使本来 6090m/月的掘进速度到达120m/月，提高了掘进速度，缓解了煤矿紧 急的采掘接替形势，建立了突出危险煤层掘进综合机械化掘进防突体 系。