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北京消防|煤與瓦斯突出預(yù)測防治技術(shù)的發(fā)展與展望|消防檢測|電氣檢測
發(fā)布日期：2019-02-05 04:18:23
1 綜述
我院是我國最早從事瓦斯突出防治研究的專業(yè)研究院，研究領(lǐng)域涉及突出預(yù)測、防突出措施、措施效果檢驗和人身防護(hù)安全措施、突出機理等各方面。在國內(nèi)首先開展了開采保護(hù)層、大、小直徑超前鉆孔、鉆孔水力沖刷、水力沖孔、深孔松動爆破、石門金屬骨架等多種防突措施研究；率先在國內(nèi)開展了煤層與瓦斯突出區(qū)域性預(yù)測和工作面預(yù)測科研工作，提出了區(qū)域預(yù)測煤和瓦斯突出危險性綜合指標(biāo)P和K、煤層突出危險性指標(biāo)△P、工作面預(yù)測鉆屑量指標(biāo)S、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)△h2、C及鉆孔瓦斯涌出初速度指標(biāo)g；建立了區(qū)域預(yù)測綜合防突技術(shù)思想，并在現(xiàn)場投入應(yīng)用；率先開展了AE聲發(fā)射、瓦斯涌出特征非接觸連續(xù)預(yù)測突出研究，以及機掘面防突措施研究。
20世紀(jì)50年代，我院于1956——1960年首先在北票、紅衛(wèi)、漣邵、焦作、梅田、六盤水等礦井進(jìn)行瓦斯突出調(diào)查，建立了全國重點突出礦井卡片；1958年率先在北票煤田臺吉三井、冠山二井開采保護(hù)層，并獲得成功，為最初的防突提供了最為有效的技術(shù)手段；1959年繼續(xù)在天府磨心坡井推廣應(yīng)用開采保護(hù)層，并結(jié)合瓦斯抽放綜合防突。
20世紀(jì)60代初，我院即建立區(qū)域預(yù)測單項指標(biāo)△P、f值，1960年——1965年進(jìn)行了全國突出煤層△P、f值普查；1961年——1963年在紅衛(wèi)、蛇形山礦進(jìn)行開采保護(hù)層推廣；1964——1965年在紅衛(wèi)煤礦進(jìn)行300mm大直徑超前鉆孔和水平分層采煤法自我卸壓保護(hù)防突研究，并將大直徑超前鉆孔推廣到北票、梅田等局；1966——1968年在北票臺吉、冠山三寶進(jìn)行了13個煤層、14個石門的鉆孔水力沖刷試驗研究，均安全揭開石門；1968年在北票三寶礦進(jìn)行煤巷道水力沖孔防止突出措施工藝研究；1968年國內(nèi)率先在北票臺吉礦進(jìn)行深孔松動爆破防突措施研究；1965——1967年在北票開展震動放炮揭開突出層，將震動放炮用瞬發(fā)雷管發(fā)展到毫秒雷管；1967年我院在北票三寶一井、臺吉礦首次應(yīng)用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度△P、煤的堅固性f區(qū)域突出危險性預(yù)測、提出了煤的突出危險性綜合指標(biāo)K。
20世紀(jì)70年代，1974——1975年，我院應(yīng)用提出的綜合指標(biāo)K結(jié)合地質(zhì)條件，對北票三寶、臺吉兩個礦各煤層進(jìn)行區(qū)域突出危險性分類；于1977年在北票礦務(wù)局試驗研究超聲波測定煤層應(yīng)力，研制了超聲波應(yīng)力測定儀，并初步探索了地震指標(biāo)與煤和瓦斯突出的關(guān)系（水氡指標(biāo)及入射性元素放射性強度與突出關(guān)系）。
20世紀(jì)80年代，我院的突出研究工作有了飛躍，1980——1981年，我院在調(diào)查分析了我國一系列突出礦井始突深度、煤層瓦斯壓力、煤的堅固性性系數(shù)f，綜合考慮地應(yīng)力、瓦斯和煤質(zhì)這3項具有決定突出發(fā)生的主要因素，在北票、紅衛(wèi)經(jīng)大量考察研究，提出了標(biāo)志煤層突出危險性的綜合指標(biāo)D，并建立了地勘、基建和生產(chǎn)礦井預(yù)測煤層和區(qū)域突出危險性綜合指標(biāo)法（D、K指標(biāo)），并在系統(tǒng)考察研究煤樣暴露時間、破壞類型、瓦斯壓力、煤樣精度諸因素與瓦斯解吸規(guī)律基礎(chǔ)上，在國內(nèi)首次提出了預(yù)測工作面突出危險的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)△h2、衰減系數(shù)C和鉆屑量指標(biāo)S。初步得出了標(biāo)志突出危險性的鉆屑倍率指標(biāo)，研制了MD-1型井下瓦斯解吸儀，首次成功地利用△h2、C、S預(yù)測石門揭煤工作面突出危險性。以上預(yù)測方法和指標(biāo)的提出奠定了我國突出區(qū)域預(yù)測和工作面預(yù)測的理論和工藝技術(shù)基礎(chǔ)。
1986年開始國家“七五”攻關(guān)，我院就“北票綜合防突措施”、“焦作綜合防突措施”、“瓦斯突出監(jiān)測系統(tǒng)”進(jìn)行重點科技攻關(guān)。在北票試驗成功了低透氣性煤層網(wǎng)格布孔大面積預(yù)抽區(qū)域防突措施和鉆孔卸壓煤配合金屬骨架防止石門揭煤突出新工藝，將石門揭煤時間由原來的3~6個月縮短到1~3個月；在煤巷突出預(yù)測攻關(guān)中，首次在突出礦進(jìn)行四位一體綜合防突，經(jīng)1800m巷道跟蹤多參數(shù)預(yù)測，提出綜合反映鉆屑量、鉆屑量解吸指標(biāo)的綜合指標(biāo)F，首次用預(yù)測突出率、預(yù)測突出準(zhǔn)確率、預(yù)測非突出準(zhǔn)確率來評價突出預(yù)測方法適用性指標(biāo)，并研制了MD-2型瓦斯解吸儀、ZCD-1型鉆孔多級流量計、JN-1型封孔器等，成套工作面突出預(yù)測儀表，在全國突出礦井得到了廣泛的應(yīng)用。在焦作試驗成功工藝簡單、裝備配套的深孔控制卸壓爆破局部防突措施，連續(xù)、安全掘進(jìn)300m，最高月掘進(jìn)速度達(dá)95.2m。在安陽龍山礦試驗研究了AE聲發(fā)射非接觸連續(xù)預(yù)測突出新方法，研制成功IMSC-1型煤礦聲發(fā)射測定儀，被收入《中國技術(shù)成果大全》第八期（科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1994年）。在完成上述攻關(guān)任務(wù)的同時，1987年在營城煤礦進(jìn)行巖石（煤）與二氧化碳突出預(yù)測與防治研究；1989年在北票、焦作率先開展利用監(jiān)測系統(tǒng)預(yù)測突出及檢驗防突措施效果和機掘面防突措施研究。
20世紀(jì)90年代，我院瓦斯突出承擔(dān)有“工作面預(yù)測敏感指標(biāo)及臨界值的確定”、“機掘面防突措施及配套裝備的研究”、“利用綜合參數(shù)連續(xù)預(yù)測突出方法及裝備”三項國家“八五”重點科技攻關(guān)項目，攻關(guān)地點在焦作礦務(wù)局九里山礦。在工作面敏感指標(biāo)課題中，利用模糊數(shù)學(xué)方法確定綜合模糊指標(biāo)，預(yù)測突出準(zhǔn)確率達(dá)61%，預(yù)測不突出準(zhǔn)確率達(dá)100%；機械防突措施中，研制了JX-2型開卸壓槽裝置，在國內(nèi)首次利用機械裝置開出連續(xù)的卸壓槽，在嚴(yán)重突出煤層平均月掘進(jìn)速度由27m提高到138m；在連續(xù)預(yù)測課題中，研制了MSZH-1型聲發(fā)射指標(biāo)轉(zhuǎn)換器及配套的聲發(fā)射傳感器，在國內(nèi)首次成功地將聲發(fā)射系統(tǒng)與礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，初步提出相鄰幫滑移平均小時事件相對變化率預(yù)測指標(biāo)NE；在動態(tài)瓦斯涌出研究中，擴展了礦井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)功能。此外，我院1996年還開發(fā)了煤與瓦斯突出專家系統(tǒng)，目前正在開發(fā)DSS煤礦工程師決???系統(tǒng)。
在人身防護(hù)安全措施研究領(lǐng)域，我院早于1958年就研制成功了過濾式自救器，并得到普遍應(yīng)用；1976研制成功AZN-60型4h氧氣呼吸儀；1986年~1991年陸續(xù)研制成功AZH-40、AZH-15、AZH-20、AZH-60型系列化學(xué)氧自救器；1986~1988年進(jìn)行了超氧化鉀藥片成型工藝的國家“七五”重點科技攻關(guān)，其成果迅速產(chǎn)品化，并遠(yuǎn)銷德國；1993年又研制成功OSR系列化學(xué)氧自救器。所有上述產(chǎn)品均已商品化、產(chǎn)業(yè)化，在煤礦得到廣泛的應(yīng)用。
在煤礦瓦斯突出理論研究方面，我院在20世紀(jì)50年代就開始突出煤層煤質(zhì)結(jié)構(gòu)、瓦斯放散特性與煤瓦斯突出關(guān)系的研究。1959年我院首次應(yīng)用壓汞法研究突出煤、非突出煤孔隙、比表面積；1961年率先進(jìn)行煤的吸附變形測定研究，首次提出煤吸附變形定量關(guān)系。20世紀(jì)70年代我院系統(tǒng)研究煤層瓦斯重?zé)N組合對突出的影響，1972年提出煤與瓦斯突出最小瓦斯壓力理論及數(shù)學(xué)模型，1978年提出瓦斯重?zé)N組合成份和煤與瓦斯突出的關(guān)系。20世紀(jì)80年代我院開始煤與瓦斯突出發(fā)生條件的研究，在實驗室系統(tǒng)模擬（物理模擬）了煤的破壞類型、應(yīng)力、瓦斯壓力、含量等因素和煤與瓦斯突出的關(guān)系，系統(tǒng)地進(jìn)行了突出煤、非突出煤沖擊破碎率試驗研究，在國內(nèi)首次應(yīng)用沉降分析技術(shù)對突出粉煤顆粒組份進(jìn)行了突出、非突出煤碘吸附試驗，系統(tǒng)地進(jìn)行了等壓、非等壓解吸規(guī)律的研究。20世紀(jì)90年代，我院系統(tǒng)開展了煤吸附瓦斯變形及變形力的研究，得出了吸附變形時變形力與瓦斯壓力的數(shù)學(xué)關(guān)系；首次開展了煤的分形孔隙與瓦斯突出的關(guān)系研究。
2“四位一體”綜合防突措施
煤與瓦斯突出是極其復(fù)雜的礦井瓦斯動力現(xiàn)象，是煤礦井下最為嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害之一。
原煤炭工業(yè)部于1988年頒發(fā)了《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》把我國防突技術(shù)工作納入了四位一體綜合防突措施和軌道，使防突措施更加有的放矢，提高了措施的防突效果，提高了經(jīng)濟效益，取得了良好的效果，使我國的防突工作達(dá)到了一個新的階段，形成了我國在煤礦生產(chǎn)中自己的綜合防突措施體系。
3煤與瓦斯突出國家攻關(guān)項目成果簡介
煤科總院撫順分院在國家“七五”、“八五”、“九五”及煤炭行業(yè)的科技攻關(guān)中，取得的重要科研成果有如下幾個方面：
3．1 煤與瓦斯突出危險性工作面預(yù)測技術(shù)研究
由撫順分院完成的國家“七五”科技攻關(guān)項目“北票綜合防突措施研究”在我國首次提出了在全國普遍適用的工作面突出危險性預(yù)測方法，提出了包括利用鉆屑量、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)、鉆孔瓦斯涌出量等新時期單項指標(biāo)和綜合指標(biāo)進(jìn)行工作面預(yù)測較為詳盡的實施方案。該預(yù)測方法在《煤礦安全規(guī)程》中被確定為工作面突出預(yù)測的標(biāo)準(zhǔn)方法之一，在全國得到推廣應(yīng)用。該成果榮獲煤炭部科技進(jìn)步三等獎。該項技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高了我國煤礦防治與瓦斯突出的能力，使我國的年突出次數(shù)大為降低。
自煤炭部頒發(fā)《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》以后，“四位一體”的綜合防突措施在全國大部分突出礦井得到了較廣泛的應(yīng)用。在執(zhí)行綜合防突措施中，工作面突出危險性預(yù)測成為防治突出首要的一環(huán)。突出預(yù)測的正確與否既關(guān)系著突出危險煤層開采的作業(yè)安全，也涉及到防突措施的實施范圍，與煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益密切相關(guān)。國家“七五”攻關(guān)中，撫順分院為全國的突出礦井提供了一套廣為適用的預(yù)測方法和配套的參數(shù)測試儀表。但要求各礦井根據(jù)自己的使用情況，采用適合于本礦區(qū)的敏感指標(biāo)和臨界值。為此，撫順分院在國家“八五”科技攻關(guān)項目“工作面突出敏感指標(biāo)及臨界值的確定研究”中，在我國首次提出了煤與瓦斯突出敏感指標(biāo)及臨界值的確定方法。提出了利用聚類分析技術(shù)、模糊數(shù)學(xué)處理方法，確定突出敏感指標(biāo)及臨界值，使預(yù)測不突出準(zhǔn)確率達(dá)到100%，預(yù)測突出的準(zhǔn)確率達(dá)到60~70%。該成果在北票、焦作、撫順得到了應(yīng)用。獲得了煤炭部科技進(jìn)步二等獎。
3．2 煤與瓦斯突出動態(tài)預(yù)測技術(shù)研究
傳統(tǒng)的接觸式突出預(yù)測技術(shù)一般需要施工鉆孔，占用大量的作業(yè)時間，增加了防突費用和噸煤成本，而且是間斷性的點預(yù)測方式，經(jīng)常在非預(yù)測時段發(fā)生突出，往往會導(dǎo)致人員傷亡事故，所以煤與瓦斯突出連續(xù)預(yù)測成為近年來的主要研究方向。撫順分院在國家“八五”、“九五”科技攻關(guān)中提出了“利用綜合參數(shù)連續(xù)預(yù)測突出方法及裝備”、“聲發(fā)射實時跟蹤連續(xù)預(yù)測突出危險性技術(shù)研究”兩項科研課題。利用AE（Acoustic Emssion）聲發(fā)射技術(shù)和瓦斯動態(tài)涌出特征對煤與瓦斯突出危險性進(jìn)行連續(xù)預(yù)測取得了較好的效果。研制了能夠與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的聲發(fā)射突出危險監(jiān)測系統(tǒng)。提出了聲發(fā)射突出危險預(yù)測指示及瓦斯動態(tài)涌出指標(biāo)和臨界值，為煤礦的生產(chǎn)應(yīng)用提供了一整套完整的技術(shù)方法。該成果達(dá)到國際先進(jìn)水平。
3．3 煤與瓦斯突出強度預(yù)測技術(shù)研究
國家“九五”科技攻關(guān)中，撫順分院完成了“煤與瓦期突出強度預(yù)測技術(shù)的研究”，在全國首次提出了突出危險強度預(yù)測理論和方法，提出了利用相似的理論，在實驗室對煤與瓦斯突出進(jìn)行三維模擬實驗，通過改變縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體強度等參數(shù)，建立了突出強度數(shù)學(xué)模型，作出了突出強度預(yù)測從定性預(yù)測到定量預(yù)測的一個嘗試，取得了較大的科研價值。該項成果達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
3．4 煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報專家系統(tǒng)的研究
該項課題對我國的主要突出礦井的預(yù)測參數(shù)值大小、指標(biāo)、臨界值和瓦斯突出方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、歸類、組成突出預(yù)測專家系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，利用計算機輔助決策技術(shù)對突出進(jìn)行預(yù)測，形成煤與瓦斯突出預(yù)測預(yù)報專家系統(tǒng)。該項課題填補了我國在這一領(lǐng)域的空白，使我國的突出預(yù)測技術(shù)從人工化走向智能化。
3．5 煤與瓦斯突出防治措施研究
3．5．1 水力壓裂防突
撫順分院在全國首次提出了水力壓裂防突技術(shù)，并與山西陽泉、湖南紅衛(wèi)、撫順、焦作煤礦合
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