电磁辐射技术在红菱矿煤与瓦斯突出预测中的应用_图文.doc

电磁辐射技术在红菱矿煤与瓦斯 突出预测中的应用 邢云峰 1,2 ,聂百胜 1,2 ,李 钢 1,2 ,李成武 1,2 1.中国矿业大学北京资源与安全工程学院,北京100083;2.“煤炭资源与安全开采”国家重点实验室,北京100083 摘 要电磁辐射法是一种很有前途的煤岩动力灾害预测预报方法,利用K BD7电磁辐射监测仪 对红菱矿西区掘进工作面进行了连续实时监测,并和常规预测指标进行了对比。现场数据说明,电磁辐射指标和常规指标对应很好,电磁辐射法能够实现对煤与瓦斯突出的实时监测预报。关键词煤与瓦斯突出;电磁辐射;K BD7电磁辐射监测仪;连续实时监测 中图分类号T D713 .2 文献标识码B 文章编号1003-496X 200710-0015-03基金项目国家“十五”科技攻关项目2005BA813B -3-16;国家自然科学基金项目50404015;国家重点基础研究发展计划973计划2005cb221502 目前,采掘工作面煤与瓦斯突出预测方法通常采用钻屑量S 法、钻屑瓦斯解吸指标△h 2和K 1法和钻孔瓦斯涌出初速度q 法等,而电磁辐射预测法是由中国矿业大学教授何学秋、王恩元等于20世纪90年代中期首次提出并成功地应用于煤矿现场的 非接触式连续动态预测法,其是一种地球物理探测法 〔1-3〕 。电磁辐射法具有无需打钻、省时省力、基本 不影响生产、非接触、可实现连续动态空间预测等特点,避免了常规预测方法的诸多弊端,如预测工作需打钻孔、费时费力、影响生产、易受地质条件和人为因素影响等,近年来已在国内多个矿区得到了应用推广 〔4-6〕 。 1 矿井概况 红菱煤矿位于沈阳市苏家屯区红菱堡镇南红村,始建于1969年,1976年3月移交生产,设计能力90万t/a,1986年改扩建设计能力150万t/a,现西区开采生产能力可达180万t/a,西区煤层倾角49,可采12煤层由12-1煤、夹矸、12-2煤组成,其中12-1由14个煤分层组成复合结构煤层,厚度0.271.59m ,平均厚度0.93m 。煤层中夹矸厚0.060.42m ,平均厚度0.24m 。12-1煤层与12-2煤层间距0.112.09m ,平均1.10m 。12-2 煤层由16个煤分层组成复合结构煤层,煤层厚度0.304.57m ,平均厚度2.44m ,可采煤层中夹矸 厚度0.050.81m ,平均厚度0.43m 。直接顶板为 泥岩灰黑色,致密性脆,厚度12.88m 。红菱矿为高沼气煤与瓦斯突出矿井,1972年建井期间发生第一次煤与瓦斯突出以来共发生煤与瓦斯突出135次,平均突出强度166t,大型和特大型突出共6次,最大突出强度5390t 。 2 K BD7煤岩动力灾害电磁辐射连续监测系统在 红菱矿的应用 2.1 K BD7煤岩动力灾害电磁辐射连续监测系统 K BD7煤岩动力灾害电磁辐射连续监测系统主 要包括高灵敏度宽频带定向接收天线、监测及数据处理主机、控制键盘、监测及预报软件等。该系统以KJ 系列矿井环境与安全监测系统作为通信平台,监 测及数据处理主机挂接到KJ 系列分站,充分利用煤矿现有的信息传输通道,降低设备成本,简化系统。监测到的电磁辐射信号经KJ 系列监测系统传送到监测中心,通过终端机的监测与分析软件实现煤岩动力灾害的采集和分析预报。 其信号流程为有煤与瓦斯突出或冲击矿压危险→煤岩强烈变形破裂→发射电磁辐射信号→定向 接收天线→电磁辐射监测主机统计、显示、预报、以标准信号输出→KJF2000煤矿安全监测分站→井下电缆→KJF2000地面监控中心→监测终端机→监测预报软件→显示及预报。2.2 应用情况 2006年4月11日,将K BD7电磁辐射监测仪安 装在西区1200工作面集中运输巷,后随着掘进工作的进行,监测仪随之又安装在工作面回风顺槽。安装步骤如下 ・ 51・技术经验 煤矿安全 2007-10 1将接收机及天线带入井下测试地点。 2将天线用支架固定好,天线开口朝向工作 面前方煤岩体的被预测区域,天线置于被测区域的中心。天线与被测区域的距离5m 最为适宜,要视被监测区域的大小而定,确定的原则是将被监测区域刚好包含在天线的开口方向内。 3用矿用4芯电缆将K BD7监测仪与KJF2000煤矿安全监测系统的监测分站进行联接。 4用遥控器中“选择”和“向上”、“向下”键调 试参数输出参数、时间间隔、报警值、门限值等,按“测试”键开始测试并向监测分站输出标准信号,同时测试结果显示在LE D 屏幕上。 K BD7电磁辐射监测系统在掘进工作面的布置 如图1所示 。 图1 K BD7电磁辐射监测仪安装情况 3 预测结果 红菱矿同时采用电磁辐射法和钻屑瓦斯解吸指标△h 2法2种方法进行掘进工作面的突出危险性预测预报,得到了大量的电磁辐射指标每天的平均值和钻屑瓦斯解吸指标△h 2的实测数据。图2为常规预测指标和电磁辐射强度值的比较关系图,图3为常规预测指标和电磁辐射脉冲数的比较关系图 。 图2 电磁辐射强度值和钻屑解吸指标的关系 从图2、图3可以看出,电磁辐射强度及脉冲数和瓦斯解析指标都有很好的对应关系,强度值的对应关系更好些。常规预测指标有危险时, 电磁辐射 图3 电磁辐射脉冲与钻屑解吸指标的关系 值偏高。常规指标低时,电磁辐射值也偏低。 对常规预测有突出危险时采取防突措施后的电磁辐射强度值进行了考察,如图4,当日早班瓦斯解析指标△h 2预测值240Pa,超过临界值,后打措施孔。由图4可以看出,对于有突出危险的采掘工作面,措施后的电磁辐射强度值明显低于措施前的电磁辐射强度值,且比措施前变化平稳,表明钻孔排放瓦斯措施有效,因打排放钻孔不仅有利于排放瓦斯,而且起到了卸载集中应力并使集中应力峰值点向煤体深部移动的作用,导致电磁辐射信号相对减弱 。 图4 防突措施后电磁辐射强度值的变化情况 4 结 论 1电磁辐射法和常规预测方法相比,实现了 非接触、定向、实时动态监测,无需打钻,对生产影响小,具有非常广阔的应用前景。 2电磁辐射指标和钻屑瓦斯解析指标△h 2具有很好的相关性。常规预测有危险时,电磁辐射值偏高,采取防突措施后,电磁辐射相应下降。在实际预测中,两种方法可以结合使用。 3为了能够全面、准确地预测煤岩动力灾害,需要进一步开展对井下煤岩破坏电磁辐射源定位、煤岩介质中电磁辐射传播衰减规律的研究。 参考文献 〔1〕 何学秋,王恩元,聂百胜,等.煤岩流变电磁动力学 〔M 〕.北京科学出版社,200324-27. 〔2〕 王恩元,何学秋,聂百胜,等.电磁辐射法预测煤与 ・ 61・煤矿安全 Total 395 技术经验 高压二次旋转水射流通风 治理上隅角瓦斯 杨秀莉1,刘干光2 1.江苏大学,江苏镇江212013;2.徐州矿务集团庞庄煤矿,江苏徐州221000 摘 要为更有效治理工作面上隅角瓦斯积聚,介绍了高压二次旋转水射流通风技术原理驱散上隅角积聚瓦斯的试验方案和试验效果。结果表明,高压二次旋转水射流通风无机械旋转部件,风流作用面积大,掺混能力强,比直流送风或主风流扩散通风有更好的驱散积聚效果。 关键词二次旋转;水射流;上隅角瓦斯;治理 中图分类号T D712.54 文献标识码B 文章编号1003-496X200710-0017-03 1 问题的提出 在工作面进风巷和回风巷的风流压差作用下,采煤工作面上隅角作为工作面的漏风汇,是采空区瓦斯涌出的必经之道,且含瓦斯空气密度较小,采空区内含高浓度瓦斯的空气向上隅角运移,使上隅角成为采空区高浓度瓦斯集中涌出的地点,而主风流方向的改变和边界几何条件的限制,主风流对上隅角仅通过风流速度梯度引起的数值很小的横向脉动和对流运移作用进行扩散,其风流速度很低,并出现涡流区,使采空区涌出的大量高浓度瓦斯难以进入到主风流中,从而引起高浓度瓦斯流在上隅角附近循环运动,成为矿井瓦斯积聚超限的主要地点。 目前治理上隅角瓦斯积聚的主要方法有设置临时风障、采用下行通风、小型液压风机吹散法、无火花风机引排法、压风引射器引排法、“脉动通风”吹散法、钻孔及埋管抽放法、改变通风系统法、尾巷排放法、Y、Z、H型通风系统或尾巷排放瓦斯法等,这些方法对治理上隅角瓦斯起到了一定的成效。但从现场考察来看,每种方法都有它适宜的应用范围,且这些技术也存在一些不容忽视的问题,如传统的直线射流通风轴向风速高、风流作用范围小,存在“一风吹”而突然将采空区瓦斯吹向工作面风流现象,不能有效驱散上隅角瓦斯;叶轮旋转式风机的叶轮旋转有摩擦发生火花的隐患;使用以水为基料的乳化液液压马达带动的叶轮式风扇运行不稳定,故障率较高,作用范围小;直管高压水射流风机缺乏系统研究,现场移动麻烦;压风引射器引排法不能达到足够处理风量和范围。因此,对高压二次旋转水射流通风治理工作面上隅角瓦斯积聚进行了相关研究。 2 高压二次旋转水射流通风技术原理 高压二次旋转气射流通风主要通过高压二次旋转水气射流通风器来实现,即高压水或乳化液通过实心锥体喷嘴在高气液比、短粗候管的文丘里吸风 瓦斯突出原理〔J〕.中国矿业大学学报,2000,293 225-229. 〔3〕 聂百胜,何学秋,王恩元,等.用电磁辐射法非接触预测煤与瓦斯突出〔J〕.煤矿安全,2002241-44.〔4〕 王恩元,何学秋,刘贞堂,等.煤岩动力灾害电磁辐射监测仪及其应用〔J〕.煤炭学报,2003,284365- 368. 〔5〕 张剑英,马姗姗,陈治国.煤与瓦斯突出电磁辐射的监测及应用〔J〕.数据采集与处理,2004,19191- 94. 〔6〕 李忠辉,王恩元,何学秋,等.电磁辐射实时监测煤与 瓦斯突出在煤矿的应用〔J〕.煤炭科学技术,2005,33 931-33. 作者简介邢云峰,助理工程师,2002年毕业于辽宁工程技术大学矿物资源工程专业,先后在煤科总院抚顺分院软件中心和安全评价所从事科研工作,现在中国矿业大学北京读硕士。 收稿日期2007-06-07;责任编辑王福厚 ・ 7 1 ・ 技术经验 煤矿安全2007-10