[发明专利]一种实时跟踪预警矿井煤与瓦斯突出危险性的装备

说明书

技术领域

本发明涉及一种监测装置，具体来说是预警矿井煤与瓦斯突出危险性的装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿井下极为复杂的瓦斯动力现象，是井下严重自然灾害之一。在人为 的采矿活动的干扰下，煤层中原始应力平衡状态被破坏，煤的物理力学性质(煤体强度)由 强变弱，而地应力(含自重应力、构造应力、支撑应力)和瓦斯压力相对增强；在地应力的作 用下，煤层原始结构发生破坏、生产裂隙，形成大量的自由面，导致煤层中富含的吸附瓦斯 快速、大量解吸，转变成游离瓦斯，形成巨大的瓦斯膨胀压力，当这种能量聚集到一定程度 时，驱使破碎后的松软煤碳突破抵抗线，瞬间从煤层中喷射出大量的瓦斯(达数百万立方米) 和煤炭(达万吨)，造成井下瓦斯动力现象。煤矿开采深度越深，煤与瓦斯突出释放的能量越 大。煤层平巷掘进、上山掘进和石门揭煤时，容易发生煤与瓦斯突出，有的矿井的回采工作 面也会发生煤与瓦斯突出。

煤与瓦斯突出是一个世界难题；据统计，目前世界上大约有中国、法国、俄罗斯、波兰、 日本等18个国家和地区有煤与瓦斯突出发生。

中国是世界上发生煤与瓦斯突出现象最严重、危害性最大的国家之一，发生煤与瓦斯突 出总次数占世界各国总突出次数的三分之一以上。根据2007年的调查统计，我国共有19个 省，45个矿务局、647对国有重点矿井、403对乡镇煤矿，共发生煤与瓦斯突出14300次， 死亡1266人，共突出煤量815800t，平均突出强度为27.0t/次，占世界突出总次数的35％。 突出强度超过1000t的突出次数达100余次，如1975年8月8日，天府矿务局三汇坝一矿+280m 水平平峒揭穿煤层时发生我国最大的煤与瓦斯突出，突出强度达12780t，瓦斯涌出量1400000 m³。

中国绝大多数的突出为煤与CH₄突出，但也有为数不多的岩石与CH₄突出、砂岩与CO₂突出和煤、砂岩与CO₂突出。随着采掘深度不断增加，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目增多，次数频繁，强度加大。

煤与瓦斯突出防治，一直是一个世界性的难题。预测煤与瓦斯突出，重要的是寻找或确 定预测突出危险的敏感参数指标及其临界值。数十年开展的突出预测预报研究工作的成果都 表明：

1.确定一个能够适应各个突出矿井的临界指标是十分困难的，不同矿井有不同的临界指 标值；就是在同一个矿井、同一个煤层，在不同的采深、不同的区域，突出危险判据也不相 同。

2.近年来，也出现了预测指标不超标(如钻粉量、K₁)，但在实际的采掘过程中发生了 突出的实例。

上述问题，是因为：

1.在不同的有突出的矿区，影响发生突出的三要素：煤岩环境(煤层特性、地质构造)、 瓦斯、地应力各不相同，人们很难找到煤层赋存条件相同矿区。

2.既就是在同一个矿井、同一个煤层，在不同的区域、在不同的采深，影响发生突出的 三要素各不相同；即分析对象的性质、条件发生了变化。

3.点预测与掘进作业在时空上有个间隔时间。少则一个作业班，多则数天才进行一次预 测，显然，前期预测的结果，在时空上很难代表后期掘进作业时的煤岩特性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种实时跟踪预警矿井中煤与瓦斯突出危险性的装备，能够及 时而可靠预测工作面煤与瓦斯突出发生的危险性，以避免突出事故发生时造成重大人员伤亡。

本发明基于下述构思而形成：煤与瓦斯突出是一种能释放出巨大能量的井下动力现象， 发生这样大动力破坏，不可能没有前兆信息。申请人长期的现场研究表明：在突出发生前， 都有大量的异常现象，如巷道壁掉渣、支架严重受压变形、产生大量的煤炮声(深部煤岩破 坏产生的声响)、瓦斯涌出量忽大忽小、煤层的厚度或结构(断层、硬度)发生变化等。因此， 防治煤与瓦斯突出最好的办法就是能够连续采集有关突出的数据(地应力、瓦斯)，通过实时 分析、预测发生煤与瓦斯突出的危险性。显然，如果能研发一种能够实时的采集到这些前兆 信息并进行分析、处理、判断而及时报警的装置，就能避免重大人员伤亡事故的发生。