專利名稱：實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法
實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于煤礦安全開采中有關(guān)掘進工作面煤與瓦斯突出預(yù)測的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法。
背景技術(shù)：
煤與瓦斯突出一直是影響我國煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害，隨著開采深度的增加，這種事故災(zāi)害的危害性越來越大，已經(jīng)成為制約我國煤炭行業(yè)發(fā)展的重要因素。經(jīng)過幾十年的研究與實踐，國內(nèi)外學(xué)者普遍認為煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)三因素綜合作用的結(jié)果，并且形成了區(qū)域和局部“兩個四位一體”綜 合防突措施技術(shù)體系，要求區(qū)域防突和局部防突首先要進行突出危險性預(yù)測。因此，煤與瓦斯突出危險性預(yù)測是綜合防突措施技術(shù)體系的關(guān)鍵。
現(xiàn)有的突出危險性預(yù)測方法有三類①接觸式指標(biāo)預(yù)測。采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) K1或Λ h2、鉆屑量S和瓦斯含量W等指標(biāo)進行預(yù)測，該方法已被列入《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，成為煤礦現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的一種強制性方法。②非接觸式濃度特征法。通過分析突出前瓦斯?jié)舛惹€的特征，將濃度曲線的移動平均線、振幅、頻次、方差和波峰比等參數(shù)作為突出危險性預(yù)警依據(jù)。③非接觸式指標(biāo)預(yù)測。采用電磁輻射、聲發(fā)射、瓦斯?jié)舛鹊耐怀鋈蛩刈兓卣鞯纫?guī)律進行分析，實現(xiàn)了非接觸式預(yù)測。上述三類突出預(yù)測方法在煤與瓦斯突出防治工作中發(fā)揮了重大作用，但是目前還存在以下主要不足①現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1或△ h2、鉆屑量S等接觸式指標(biāo)預(yù)測法操作繁瑣，預(yù)測結(jié)果受人工影響較大，只能反映煤與瓦斯突出的部分影響因素，且不能連續(xù)地分析突出危險性。②利用瓦斯?jié)舛惹€的移動平均線、方差等參數(shù)進行預(yù)測，缺乏理論支撐，預(yù)測原理只停留在經(jīng)驗分析階段。 ③電磁輻射和聲發(fā)射預(yù)測法嚴格來說不算非接觸式預(yù)測，不能實現(xiàn)實時連續(xù)分析，且在煤與瓦斯突出預(yù)測方面應(yīng)用效果不理想。④利用瓦斯?jié)舛鹊耐怀鋈蛩刈兓卣鬟M行預(yù)測， 預(yù)測指標(biāo)具有一定的理論基礎(chǔ)，但是未考慮風(fēng)量變化對預(yù)測結(jié)果帶來的影響。另外，其所基于的瓦斯解吸速度公式適用于松散煤體，具有一定的局限性，導(dǎo)致分析結(jié)果不夠準確。⑤每種預(yù)測方法采用的分析指標(biāo)不超過三個，不能全面反映多種煤與瓦斯突出的影響因素，需增加分析指標(biāo)，提高分析結(jié)果的精確度。
另外，礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦井下安全避險“六大系統(tǒng)”之一，目前全國基本上所有煤礦均配有礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對煤礦井下瓦斯、一氧化碳濃度、溫度、風(fēng)速等的實時動態(tài)監(jiān)控，但是目前的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)僅僅實現(xiàn)了各類參數(shù)的監(jiān)測和顯示， 尚缺乏對監(jiān)測數(shù)據(jù)的充分分析和利用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種利用現(xiàn)有礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、能實現(xiàn)實時連續(xù)分析、應(yīng)用效果較好、分析結(jié)構(gòu)較準確的實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法，包括如下步驟
①構(gòu)建礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，在煤巷的掘進巷道的距離掘進工作面處的小于等于5m的部位設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第一甲烷傳感器，在距離掘進巷道的進出口處的10至 15m處設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第二甲烷傳感器，在位于與掘進巷道相鄰的巷道中設(shè)置局部通風(fēng)機，且該局部通風(fēng)機的外接風(fēng)筒的出風(fēng)口位于靠近掘進工作面的部位，該局部通風(fēng)機的進風(fēng)口則設(shè)置在局部通風(fēng)機上，并且在局部通風(fēng)機的進風(fēng)口所朝方向的3至5m處設(shè)置第三甲烷傳感器。在掘進巷道中且距離掘進巷道的出口的18至22m處設(shè)置一個風(fēng)速傳感器。
②從礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)中獲取掘進巷道中的第一甲烷傳感器和風(fēng)速傳感器的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以所得數(shù)據(jù)作為掘進工作面的混合風(fēng)流的實時甲烷濃度數(shù)據(jù)C以及實時風(fēng)速大小數(shù)據(jù)V，即時間為t時，對應(yīng)的甲烷濃度數(shù)據(jù)為ct、實時風(fēng)速大小數(shù)據(jù)Vt。
③通過查閱煤礦的掘進工作面的設(shè)計資料或通過測量的方法獲得掘進巷道設(shè)計的掘進工作面的斷面面積S1和風(fēng)筒的出風(fēng)口的橫截面面積s2。
④根據(jù)步驟②和③獲得的數(shù)據(jù)，利用如下公式計算掘進工作面在正常開采過程中的實時瓦斯涌出量Qt
Qt=Ct · Vt(S「S2)，其中 t 為對應(yīng)時間。
⑤根據(jù)步驟②、③和④獲取所需的數(shù)據(jù)，計算各項煤與瓦斯突出危險性分析指標(biāo)， 突出危險性分析指標(biāo)包括地應(yīng)力指標(biāo)id、瓦斯壓力指標(biāo)ip、瓦斯含量指標(biāo)iw和煤體解吸特性指標(biāo)ix，上述各突出危險性分析指標(biāo)的計算周期為15天，用r表示計算周期內(nèi)的天數(shù)序值，r=l，2，·，15 :
a地應(yīng)力指標(biāo)id
選擇15天作為日移動平均值的計算周期，根據(jù)步驟④得到的瓦斯涌出量大小，利用如下公式計算該15天的計算周期內(nèi)的每天的日涌出量平均值Qlff以及該15天的計算周期內(nèi)的日移動平均值Qy:1 360
權(quán)利要求
1.一種實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法，其特征在于，包括如下步驟 ①構(gòu)建礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，在煤巷的掘進巷道(B)的距離掘進工作面(BI)處的小于等于5m的部位設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第一甲烷傳感器(T1),在距離掘進巷道(B)的進出口(B2)處的10至15m處設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第二甲烷傳感器(T2),在位于與掘進巷道(B)相鄰的巷道(A)中設(shè)置局部通風(fēng)機(F)，且該局部通風(fēng)機(F)的外接風(fēng)筒的出風(fēng)口(F2)位于靠近掘進工作面(BI)的部位，該局部通風(fēng)機(F)的進風(fēng)口(Fl)則設(shè)置在局部通風(fēng)機(F)上，并且在局部通風(fēng)機(F)的進風(fēng)口(Fl)所朝方向的3至5m處設(shè)置第三甲烷傳感器(T3);在掘進巷道(B)中且距離掘進巷道(B)的出口(B2)的18至22m處設(shè)置一個風(fēng)速傳感器(S); ②從礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)中獲取掘進巷道(B)中的第一甲烷傳感器(T1)和風(fēng)速傳感器(S)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，并以所得數(shù)據(jù)作為掘進工作面(BI)的混合風(fēng)流的實時甲烷濃度數(shù)據(jù)C以及實時風(fēng)速大小數(shù)據(jù)V，即時間為t時，對應(yīng)的甲烷濃度數(shù)據(jù)為Ct、實時風(fēng)速大小數(shù)據(jù)Vt ； ③通過查閱煤礦的掘進工作面(BI)的設(shè)計資料或通過測量的方法獲得掘進巷道設(shè)計的掘進工作面(BI)的斷面面積S1和風(fēng)筒的出風(fēng)口(F2)的橫截面面積S2 ； ④根據(jù)步驟②和③獲得的數(shù)據(jù)，利用如下公式計算掘進工作面(BI)在正常開采過程中的實時瓦斯涌出量Qt Qt=Ct Vt(S「S2)，其中t為對應(yīng)時間； ⑤根據(jù)步驟②、③和④獲取所需的數(shù)據(jù)，計算各項煤與瓦斯突出危險性分析指標(biāo)，突出危險性分析指標(biāo)包括地應(yīng)力指標(biāo)id、瓦斯壓力指標(biāo)ip、瓦斯含量指標(biāo)iw和煤體解吸特性指標(biāo)匕，上述各突出危險性分析指標(biāo)的計算周期為15天，用！■表示計算周期內(nèi)的天數(shù)序值，r=l, 2, , 15 a地應(yīng)力指標(biāo)id 選擇15天作為日移動平均值的計算周期，根據(jù)步驟④得到的瓦斯涌出量大小，利用如下公式計算該15天的計算周期內(nèi)的每天的日涌出量平均值Qltt以及該15天的計算周期內(nèi)的日移動平均值Qy:1 24
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法，其特征在于步驟⑤中，計算b瓦斯壓力指標(biāo)“時，瓦斯涌出累計量Q' =A* lnt' +B的推導(dǎo)過程是煤體瓦斯解吸累計量與時間取對數(shù)后的值具有如下的線性關(guān)系=Qj=A lnt' +B，上述公式中，Qj指瓦斯解吸累計量；t'指時間；A、B指相關(guān)系數(shù)；瓦斯壓力對于煤體瓦斯解吸特性的影響在對數(shù)公式中反映在系數(shù)A的不同，瓦斯壓力越大，則同時間段內(nèi)解吸速度越快，瓦斯解吸量增長趨勢越明顯，其擬合系數(shù)A越大； 在煤礦正常開采過程中，煤體瓦斯涌出量的大小是隨著時間推移不斷波動的，在掘進工作面(BI)落煤開始時達到峰值；而在煤礦正常開采過程中，掘進工作面(BI)的落煤量是基本不變的，在落煤開始的瞬間，掘進工作面(BI)的瓦斯涌出量達到極大值，之后隨著落煤過程中風(fēng)流的稀釋，瓦斯涌出量逐漸變?。挥捎诰蜻M工作面(BI)落煤的過程相當(dāng)于煤體解吸的過程，因此落煤過程的瓦斯涌出累計量與煤體解吸過程中瓦斯解吸累計量可互為彼此的相對指標(biāo)，因此，煤體瓦斯解吸累計量與時間之間的關(guān)系適用于瓦斯涌出累計量與時間之間的關(guān)系；由于煤體瓦斯解吸累計量與時間之間的關(guān)系也適用于瓦斯涌出累計量與時間之間的關(guān)系，則瓦斯涌出累計量與時間取對數(shù)后的值也具有如下的線性關(guān)系瓦斯涌出累計量 Q' =A Int' +B。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法，其特征在于步驟⑤中，計算d煤體解吸特性指標(biāo)込時，瓦斯涌出累計量
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3之一所述的實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法，其特征在于步驟①中，風(fēng)速傳感器(S)前后IOm內(nèi)應(yīng)無分支風(fēng)流、無拐彎、無障礙、斷面無變化； 第三甲烷傳感器(T3)用于檢測經(jīng)過其所在位置的氣流中所含甲烷的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為掘進工作面進風(fēng)流所含甲烷的數(shù)據(jù)。全文摘要
本發(fā)明涉及一種實時分析煤與瓦斯突出危險性的方法，包括如下步驟首先在現(xiàn)有礦井安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上在距離煤礦的掘進巷道的出口20m處設(shè)置一個風(fēng)速傳感器；然后從上述系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)中獲取掘進工作面的混合風(fēng)流的實時甲烷濃度以及實時風(fēng)速；再通過查閱或測量的方法獲得掘進工作面的斷面面積和風(fēng)筒出風(fēng)口的橫截面面積；然后根據(jù)上述數(shù)據(jù)計算在正常開采過程中每分鐘所對應(yīng)的實時瓦斯涌出量；最后根據(jù)前述步驟獲取所需的數(shù)據(jù)，以15天為計算周期計算各項煤與瓦斯突出危險性分析指標(biāo)，突出危險性分析指標(biāo)包括地應(yīng)力指標(biāo)id、瓦斯壓力指標(biāo)ip、瓦斯含量指標(biāo)iw和煤體解吸特性指標(biāo)ix。
文檔編號E21F17/18GK102979579SQ201210509508
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者劉水文, 屈世甲, 李繼來, 呂鵬飛, 王芳 申請人:天地(常州)自動化股份有限公司, 中煤科工集團常州自動化研究院