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寺河矿煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出预警系统研究

杨艳国  
【摘要】: 我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,随着经济的快速发展,能源的需求越来越大。矿井采掘深度以每年近20m的速度向深部不断延伸,地应力与瓦斯压力不断加大,煤炭开采的地质条件和技术条件也日趋复杂。煤与瓦斯突出矿井的数量增多,次数频繁,强度加大,解决煤与瓦斯突出问题已经迫在眉睫。煤巷掘进过程中发生突出的比例占70%以上,研究煤巷掘进工作面突出发生的机理,实现突出预警对于预防煤与瓦斯突出,具有重大的理论意义和推广应用价值。 本文针对寺河矿实际条件,在分析影响煤与瓦斯突出影响因素的基础上,利用理论分析、实验研究、数值模拟、井下监测等方法,实现了煤与瓦斯突出实时分级预警。分析研究了寺河矿瓦斯含量的主要影响因素,通过分析对比,根据等值线走向趋势的相符合程度,得出了各种地质因素对煤层瓦斯赋存的影响,得到了寺河矿瓦斯地质图,分析了掘进工作面发生煤与瓦斯突出的瓦斯地质条件。运用FLAC3D软件建立了掘进工作面推进过程中的三维模型,通过数值计算得到了采动应力分布图、应力升高区的地点及应力峰值,分析了掘进过程中巷道应力的分布规律及其对煤与瓦斯突出的影响。采用实验测试方法分析了寺河矿煤样的物理力学性质、透气性系数。分析了寺河矿煤样变形特性、强度特性和渗透特性等物理力学特征;采用origin数据处理软件分析了煤层渗透性系数与孔隙压、体积应力的关系,为瓦斯涌出规律的研究提供了基础数据。研究了掘进工作面瓦斯涌出规律,掘进工作面瓦斯涌出量是表征煤层应力状态、瓦斯压力状态和煤质特征综合作用指标,它反映了前方应力、瓦斯压力和强度、煤层产状的变化情况。在煤样渗透性实验及数据分析的基础上,分析了掘进工作面瓦斯涌出影响因素、煤巷掘进工作面瓦斯浓度分布规律及掘进工作面瓦斯涌出规律,完成了掘进工作面瓦斯涌出量理论计算方法。对瓦斯浓度序列的移动平均线、振幅、频次和方差进行综合评判,建立了瓦斯涌出异常辨识模型。基于组态软件开发了煤瓦斯突出实时分级预警系统软件,通过工作面瓦斯浓度监测数据实时读取,结合瓦斯涌出异常辨识模型、瓦斯地质规律和煤巷掘进工作面力学模型,实现了煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出的实时分级预警。


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