煤與瓦斯突出預(yù)測防治技術(shù)的發(fā)展與展望

煤與瓦斯突出預(yù)測防治技術(shù)的發(fā)展與展望1綜述我院是我國最早從事瓦斯突出防治討論的專業(yè)討論院，討論領(lǐng)域涉及突出猜測、防突出措施、措施效果檢驗(yàn)和人身防護(hù)平安措施、突出機(jī)理等各方面。在國內(nèi)首先開展了開采愛護(hù)層、大、小直徑超前鉆孔、鉆孔水力沖刷、水力沖孔、深孔松動(dòng)爆破、石門金屬骨架等多種防突措施討論；領(lǐng)先在國內(nèi)開展了煤層與瓦斯突出區(qū)域性猜測和工作面猜測科研工作，提出了區(qū)域猜測煤和瓦斯突出危急性綜合指標(biāo)P和K、煤層突出危急性指標(biāo)△P、工作面猜測鉆屑量指標(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)域猜測綜合防突技術(shù)思想，并在現(xiàn)場投入應(yīng)用；領(lǐng)先開展了AE聲放射、瓦斯涌出特征非接觸連續(xù)猜測突出討論，以及機(jī)掘面防突措施討論。20世紀(jì)50年月，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(diǎn)突出礦井卡片；1958年領(lǐng)先在北票煤田臺(tái)吉三井、冠山二井開采愛護(hù)層，并獲得勝利，為最初的防突供應(yīng)了最為有效的技術(shù)手段；1959年連續(xù)在天府磨心坡井推廣應(yīng)用開采愛護(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)域猜測單項(xiàng)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)行開采愛護(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愛護(hù)防突討論，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(tái)吉、冠山三寶進(jìn)行了13個(gè)煤層、14個(gè)石門的鉆孔水力沖刷試驗(yàn)討論，均平安揭開石門；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討論；1968年國內(nèi)領(lǐng)先在北票臺(tái)吉礦進(jìn)行深孔松動(dòng)爆破防突措施討論；1965——1967年在北票開展震驚放炮揭開突出層，將震驚放炮用瞬發(fā)雷管進(jìn)展到毫秒雷管；1967年我院在北票三寶一井、臺(tái)吉礦首次應(yīng)用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度△P、煤的結(jié)實(shí)性f區(qū)域突出危急性猜測、提出了煤的突出危急性綜合指標(biāo)K。20世紀(jì)70年月，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(duì)北票三寶、臺(tái)吉兩個(gè)礦各煤層進(jìn)行區(qū)域突出危急性分類；于1977年在北票礦務(wù)局試驗(yàn)討論超聲波測定煤層應(yīng)力，研制了超聲波應(yīng)力測定儀，并初步探究了地震指標(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(qiáng)度與突出關(guān)系）。20世紀(jì)80年月，我院的突出討論工作有了飛躍，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、煤的結(jié)實(shí)性性系數(shù)f，綜合考慮地應(yīng)力、瓦斯和煤質(zhì)這3項(xiàng)具有打算突動(dòng)身生的主要因素，在北票、紅衛(wèi)經(jīng)大量考察討論，提出了標(biāo)志煤層突出危急性的綜合指標(biāo)D，并建立了地勘、基建和生產(chǎn)礦井猜測煤層和區(qū)域突出危急性綜合指標(biāo)法（D、K指標(biāo)），并在系統(tǒng)考察討論煤樣暴露時(shí)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)首次提出了猜測工作面突出危急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)志突出危急性的鉆屑倍率指標(biāo)，研制了MD-1型井下瓦斯解吸儀，首次勝利地利用△h2、C、S猜測石門揭煤工作面突出危急性。以上猜測方法和指標(biāo)的提出奠定了我國突出區(qū)域猜測和工作面猜測的理論和工藝技術(shù)基礎(chǔ)。1986年開頭國家“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(diǎn)科技攻關(guān)。在北票試驗(yàn)勝利了低透氣性煤層網(wǎng)格布孔大面積預(yù)抽區(qū)域防突措施和鉆孔卸壓煤協(xié)作金屬骨架防止石門揭煤突出新工藝，將石門揭煤時(shí)間由原來的3~6個(gè)月縮短到1~3個(gè)月；在煤巷突出猜測攻關(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)猜測，提出綜合反映鉆屑量、鉆屑量解吸指標(biāo)的綜合指標(biāo)F，首次用猜測突出率、猜測突出精確?????率、猜測非突出精確?????率來評(píng)價(jià)突出猜測方法適用性指標(biāo)，并研制了MD-2型瓦斯解吸儀、ZCD-1型鉆孔多級(jí)流量計(jì)、JN-1型封孔器等，成套工作面突出猜測儀表，在全國突出礦井得到了廣泛的應(yīng)用。在焦作試驗(yàn)勝利工藝簡潔、裝備配套的深孔掌握卸壓爆破局部防突措施，連續(xù)、平安掘進(jìn)300m，最高月掘進(jìn)速度達(dá)95.2m。在安陽龍山礦試驗(yàn)討論了AE聲放射非接觸連續(xù)猜測突出新方法，研制勝利IMSC-1型煤礦聲放射測定儀，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(shí)，1987年在營城煤礦進(jìn)行巖石（煤）與二氧化碳突出猜測與防治討論；1989年在北票、焦作領(lǐng)先開展利用監(jiān)測系統(tǒng)猜測突出及檢驗(yàn)防突措施效果和機(jī)掘面防突措施討論。20世紀(jì)90年月，我院瓦斯突出擔(dān)當(dāng)有“工作面猜測敏感指標(biāo)及臨界值的確定”、“機(jī)掘面防突措施及配套裝備的討論”、“利用綜合參數(shù)連續(xù)猜測突出方法及裝備”三項(xiàng)國家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，攻關(guān)地點(diǎn)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)，猜測突出精確?????率達(dá)61%，猜測不突出精確?????率達(dá)100%；機(jī)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(jī)械裝置開出連續(xù)的卸壓槽，在嚴(yán)峻突出煤層平均月掘進(jìn)速度由27m提高到138m；在連續(xù)猜測課題中，研制了MSZH-1型聲放射指標(biāo)轉(zhuǎn)換器及配套的聲放射傳感器，在國內(nèi)首次勝利地將聲放射系統(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(shí)大事相對(duì)變化率猜測指標(biāo)NE；在動(dòng)態(tài)瓦斯涌出討論中，擴(kuò)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煤礦工程師決策系統(tǒng)。在人身防護(hù)平安措施討論領(lǐng)域，我院早于1958年就研制勝利了過濾式自救器，并得到普遍應(yīng)用；1976研制勝利AZN-60型4h氧氣呼吸儀；1986年~1991年間續(xù)研制勝利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(diǎn)科技攻關(guān)，其成果快速產(chǎn)品化，并遠(yuǎn)銷德國；1993年又研制勝利OSR系列化學(xué)氧自救器。全部上述產(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討論方面，我院在20世紀(jì)50年月就開頭突出煤層煤質(zhì)結(jié)構(gòu)、瓦斯放散特性與煤瓦斯突出關(guān)系的討論。1959年我院首次應(yīng)用壓汞法討論突出煤、非突出煤孔隙、比表面積；1961年領(lǐng)先進(jìn)行煤的吸附變形測定討論，首次提出煤吸附變形定量關(guān)系。20世紀(jì)70年月我院系統(tǒng)討論煤層瓦斯重?zé)N組合對(duì)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年月我院開頭煤與瓦斯突動(dòng)身生條件的討論，在試驗(yàn)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、非突出煤沖擊破裂率試驗(yàn)討論，在國內(nèi)首次應(yīng)用沉降分析技術(shù)對(duì)突出粉煤顆粒組份進(jìn)行了突出、非突出煤碘吸附試驗(yàn)，系統(tǒng)地進(jìn)行了等壓、非等壓解吸規(guī)律的討論。20世紀(jì)90年月，我院系統(tǒng)開展了煤吸附瓦斯變形及變形力的討論，得出了吸附變形時(shí)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)系討論。2“四位一體”綜合防突措施煤與瓦斯突出是極其簡單的礦井瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象，是煤礦井下最為嚴(yán)峻的地質(zhì)災(zāi)難之一。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(jì)效益，取得了良好的效果，使我國的防突工作達(dá)到了一個(gè)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(xiàng)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(gè)方面：3．1煤與瓦斯突出危急性工作面猜測技術(shù)討論由撫順分院完成的國家“七五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“北票綜合防突措施討論”在我國首次提出了在全國普遍適用的工作面突出危急性猜測方法，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(shí)期單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)進(jìn)行工作面猜測較為詳盡的實(shí)施方案。該猜測方法在《煤礦平安規(guī)程》中被確定為工作面突出猜測的標(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(jiǎng)。該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高了我國煤礦防治與瓦斯突出的力量，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，工作面突出危急性猜測成為防治突出首要的一環(huán)。突出猜測的正確與否既關(guān)系著突出危急煤層開采的作業(yè)平安，也涉及到防突措施的實(shí)施范圍，與煤礦的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益親密相關(guān)。國家“七五”攻關(guān)中，撫順分院為全國的突出礦井供應(yīng)了一套廣為適用的猜測方法和配套的參數(shù)測試儀表。但要求各礦井依據(jù)自己的使用狀況，采納適合于本礦區(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(xiàng)目“工作面突出敏感指標(biāo)及臨界值的確定討論”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，使猜測不突出精確?????率達(dá)到100%，猜測突出的精確?????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(jiǎng)。3．2煤與瓦斯突出動(dòng)態(tài)猜測技術(shù)討論傳統(tǒng)的接觸式突出猜測技術(shù)一般需要施工鉆孔，占用大量的作業(yè)時(shí)間，增加了防突費(fèi)用和噸煤成本，而且是間斷性的點(diǎn)猜測方式，常常在非猜測時(shí)段發(fā)生突出，往往會(huì)導(dǎo)致人員傷亡事故，所以煤與瓦斯突出連續(xù)猜測成為近年來的主要討論方向。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)猜測突出方法及裝備”、“聲放射實(shí)時(shí)跟蹤連續(xù)猜測突出危急性技術(shù)討論”兩項(xiàng)科研課題。利用AE（AcousticEmssion）聲放射技術(shù)和瓦斯動(dòng)態(tài)涌出特征對(duì)煤與瓦斯突出危急性進(jìn)行連續(xù)猜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)的聲放射突出危急監(jiān)測系統(tǒng)。提出了聲放射突出危急猜測指示及瓦斯動(dòng)態(tài)涌出指標(biāo)和臨界值，為煤礦的生產(chǎn)應(yīng)用供應(yīng)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(qiáng)度猜測技術(shù)討論國家“九五”科技攻關(guān)中，撫順分院完成了“煤與瓦期突出強(qiáng)度猜測技術(shù)的討論”，在全國首次提出了突出危急強(qiáng)度猜測理論和方法，提出了利用相像的理論，在試驗(yàn)室對(duì)煤與瓦斯突出進(jìn)行三維模擬試驗(yàn)，通過轉(zhuǎn)變縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力、瓦斯壓力、煤體強(qiáng)度等參數(shù)，建立了突出強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型，作出了突出強(qiáng)度猜測從定性猜測到定量猜測的一個(gè)嘗試，取得了較大的科研價(jià)值。該項(xiàng)成果達(dá)到了