专利名称：实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法
实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法技术领域
本发明属于煤矿安全开采中有关掘进工作面煤与瓦斯突出预测的技术领域，特别涉及一种实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法。
背景技术：
煤与瓦斯突出一直是影响我国煤炭企业安全生产的重大灾害，随着开采深度的增加，这种事故灾害的危害性越来越大，已经成为制约我国煤炭行业发展的重要因素。经过几十年的研究与实践，国内外学者普遍认为煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质三因素综合作用的结果，并且形成了区域和局部“两个四位一体”综 合防突措施技术体系，要求区域防突和局部防突首先要进行突出危险性预测。因此，煤与瓦斯突出危险性预测是综合防突措施技术体系的关键。
现有的突出危险性预测方法有三类①接触式指标预测。采用钻屑瓦斯解吸指标 K1或Λ h2、钻屑量S和瓦斯含量W等指标进行预测，该方法已被列入《防治煤与瓦斯突出规定》，成为煤矿现场广泛应用的一种强制性方法。②非接触式浓度特征法。通过分析突出前瓦斯浓度曲线的特征，将浓度曲线的移动平均线、振幅、频次、方差和波峰比等参数作为突出危险性预警依据。③非接触式指标预测。采用电磁辐射、声发射、瓦斯浓度的突出三因素变化特征等规律进行分析，实现了非接触式预测。上述三类突出预测方法在煤与瓦斯突出防治工作中发挥了重大作用，但是目前还存在以下主要不足①现场广泛应用的钻屑瓦斯解吸指标K1或△ h2、钻屑量S等接触式指标预测法操作繁琐，预测结果受人工影响较大，只能反映煤与瓦斯突出的部分影响因素，且不能连续地分析突出危险性。②利用瓦斯浓度曲线的移动平均线、方差等参数进行预测，缺乏理论支撑，预测原理只停留在经验分析阶段。 ③电磁辐射和声发射预测法严格来说不算非接触式预测，不能实现实时连续分析，且在煤与瓦斯突出预测方面应用效果不理想。④利用瓦斯浓度的突出三因素变化特征进行预测， 预测指标具有一定的理论基础，但是未考虑风量变化对预测结果带来的影响。另外，其所基于的瓦斯解吸速度公式适用于松散煤体，具有一定的局限性，导致分析结果不够准确。⑤每种预测方法采用的分析指标不超过三个，不能全面反映多种煤与瓦斯突出的影响因素，需增加分析指标，提高分析结果的精确度。
另外，矿井安全监测监控系统是煤矿井下安全避险“六大系统”之一，目前全国基本上所有煤矿均配有矿井安全监测监控系统，实现了对煤矿井下瓦斯、一氧化碳浓度、温度、风速等的实时动态监控，但是目前的监测监控系统仅仅实现了各类参数的监测和显示， 尚缺乏对监测数据的充分分析和利用。发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种利用现有矿井安全监测监控系统、能实现实时连续分析、应用效果较好、分析结构较准确的实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法。
实现本发明目的的技术方案是提供一种实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，包括如下步骤
①构建矿井安全监测监控系统，在煤巷的掘进巷道的距离掘进工作面处的小于等于5m的部位设置位于混合风流中的第一甲烷传感器，在距离掘进巷道的进出口处的10至 15m处设置位于混合风流中的第二甲烷传感器，在位于与掘进巷道相邻的巷道中设置局部通风机，且该局部通风机的外接风筒的出风口位于靠近掘进工作面的部位，该局部通风机的进风口则设置在局部通风机上，并且在局部通风机的进风口所朝方向的3至5m处设置第三甲烷传感器。在掘进巷道中且距离掘进巷道的出口的18至22m处设置一个风速传感器。
②从矿井安全监测监控系统的监测数据中获取掘进巷道中的第一甲烷传感器和风速传感器的实时监测数据，并以所得数据作为掘进工作面的混合风流的实时甲烷浓度数据C以及实时风速大小数据V，即时间为t时，对应的甲烷浓度数据为ct、实时风速大小数据Vt。
③通过查阅煤矿的掘进工作面的设计资料或通过测量的方法获得掘进巷道设计的掘进工作面的断面面积S1和风筒的出风口的横截面面积s2。
④根据步骤②和③获得的数据，利用如下公式计算掘进工作面在正常开采过程中的实时瓦斯涌出量Qt
Qt=Ct · Vt(S「S2)，其中 t 为对应时间。
⑤根据步骤②、③和④获取所需的数据，计算各项煤与瓦斯突出危险性分析指标， 突出危险性分析指标包括地应力指标id、瓦斯压力指标ip、瓦斯含量指标iw和煤体解吸特性指标ix，上述各突出危险性分析指标的计算周期为15天，用r表示计算周期内的天数序值，r=l，2，·，15 :
a地应力指标id
选择15天作为日移动平均值的计算周期，根据步骤④得到的瓦斯涌出量大小，利用如下公式计算该15天的计算周期内的每天的日涌出量平均值Qlff以及该15天的计算周期内的日移动平均值Qy:1 360
权利要求
1.一种实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，其特征在于，包括如下步骤 ①构建矿井安全监测监控系统，在煤巷的掘进巷道(B)的距离掘进工作面(BI)处的小于等于5m的部位设置位于混合风流中的第一甲烷传感器(T1),在距离掘进巷道(B)的进出口(B2)处的10至15m处设置位于混合风流中的第二甲烷传感器(T2),在位于与掘进巷道(B)相邻的巷道(A)中设置局部通风机(F)，且该局部通风机(F)的外接风筒的出风口(F2)位于靠近掘进工作面(BI)的部位，该局部通风机(F)的进风口(Fl)则设置在局部通风机(F)上，并且在局部通风机(F)的进风口(Fl)所朝方向的3至5m处设置第三甲烷传感器(T3);在掘进巷道(B)中且距离掘进巷道(B)的出口(B2)的18至22m处设置一个风速传感器(S); ②从矿井安全监测监控系统的监测数据中获取掘进巷道(B)中的第一甲烷传感器(T1)和风速传感器(S)的实时监测数据，并以所得数据作为掘进工作面(BI)的混合风流的实时甲烷浓度数据C以及实时风速大小数据V，即时间为t时，对应的甲烷浓度数据为Ct、实时风速大小数据Vt ； ③通过查阅煤矿的掘进工作面(BI)的设计资料或通过测量的方法获得掘进巷道设计的掘进工作面(BI)的断面面积S1和风筒的出风口(F2)的横截面面积S2 ； ④根据步骤②和③获得的数据，利用如下公式计算掘进工作面(BI)在正常开采过程中的实时瓦斯涌出量Qt Qt=Ct Vt(S「S2)，其中t为对应时间； ⑤根据步骤②、③和④获取所需的数据，计算各项煤与瓦斯突出危险性分析指标，突出危险性分析指标包括地应力指标id、瓦斯压力指标ip、瓦斯含量指标iw和煤体解吸特性指标匕，上述各突出危险性分析指标的计算周期为15天，用！■表示计算周期内的天数序值，r=l, 2, , 15 a地应力指标id 选择15天作为日移动平均值的计算周期，根据步骤④得到的瓦斯涌出量大小，利用如下公式计算该15天的计算周期内的每天的日涌出量平均值Qltt以及该15天的计算周期内的日移动平均值Qy:1 24
2.根据权利要求I所述的实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，其特征在于步骤⑤中，计算b瓦斯压力指标“时，瓦斯涌出累计量Q' =A* lnt' +B的推导过程是煤体瓦斯解吸累计量与时间取对数后的值具有如下的线性关系=Qj=A lnt' +B，上述公式中，Qj指瓦斯解吸累计量；t'指时间；A、B指相关系数；瓦斯压力对于煤体瓦斯解吸特性的影响在对数公式中反映在系数A的不同，瓦斯压力越大，则同时间段内解吸速度越快，瓦斯解吸量增长趋势越明显，其拟合系数A越大； 在煤矿正常开采过程中，煤体瓦斯涌出量的大小是随着时间推移不断波动的，在掘进工作面(BI)落煤开始时达到峰值；而在煤矿正常开采过程中，掘进工作面(BI)的落煤量是基本不变的，在落煤开始的瞬间，掘进工作面(BI)的瓦斯涌出量达到极大值，之后随着落煤过程中风流的稀释，瓦斯涌出量逐渐变小；由于掘进工作面(BI)落煤的过程相当于煤体解吸的过程，因此落煤过程的瓦斯涌出累计量与煤体解吸过程中瓦斯解吸累计量可互为彼此的相对指标，因此，煤体瓦斯解吸累计量与时间之间的关系适用于瓦斯涌出累计量与时间之间的关系；由于煤体瓦斯解吸累计量与时间之间的关系也适用于瓦斯涌出累计量与时间之间的关系，则瓦斯涌出累计量与时间取对数后的值也具有如下的线性关系瓦斯涌出累计量 Q' =A Int' +B。
3.根据权利要求I所述的实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，其特征在于步骤⑤中，计算d煤体解吸特性指标込时，瓦斯涌出累计量
4.根据权利要求I至3之一所述的实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，其特征在于步骤①中，风速传感器(S)前后IOm内应无分支风流、无拐弯、无障碍、断面无变化； 第三甲烷传感器(T3)用于检测经过其所在位置的气流中所含甲烷的数据，该数据作为掘进工作面进风流所含甲烷的数据。全文摘要
本发明涉及一种实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，包括如下步骤首先在现有矿井安全监测监控系统的基础上在距离煤矿的掘进巷道的出口20m处设置一个风速传感器；然后从上述系统的监测数据中获取掘进工作面的混合风流的实时甲烷浓度以及实时风速；再通过查阅或测量的方法获得掘进工作面的断面面积和风筒出风口的横截面面积；然后根据上述数据计算在正常开采过程中每分钟所对应的实时瓦斯涌出量；最后根据前述步骤获取所需的数据，以15天为计算周期计算各项煤与瓦斯突出危险性分析指标，突出危险性分析指标包括地应力指标id、瓦斯压力指标ip、瓦斯含量指标iw和煤体解吸特性指标ix。
文档编号E21F17/18GK102979579SQ201210509508
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者刘水文, 屈世甲, 李继来, 吕鹏飞, 王芳 申请人:天地(常州)自动化股份有限公司, 中煤科工集团常州自动化研究院