[发明专利]煤与瓦斯突出预报方法及系统

说明书

 

技术领域

本发明涉及煤矿安全检测设备和技术，特别涉及一种煤与瓦斯突出预报方法及系统。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤采掘矿井最常见、最主要、最严重的自然灾害，防止煤与瓦斯突出一直是煤矿安全监督管理工作的重中之重。所谓煤与瓦斯突出是指在高地压力作用下，被压力破碎的煤与具有高压力的瓦斯从煤体内部突然向采掘面大量喷出，造成垮塌、掩埋、失火等事故。显然，高地压力是煤与瓦斯突出的重要诱因，煤与瓦斯突出灾害隐患区存在于煤层内的局部高地应力区域，巷道掘进过程中，采掘面与高地应力区之间的距离逐渐缩小，高地应力区侧向卸荷，高地应力作用方向逐渐转变为水平应力，称之为突出应力。当突出应力超过高应力区与采掘面之间煤层（或煤岩层）的断裂强度时，就可能诱发煤与瓦斯突出灾害。因此，对煤矿采掘面附近煤体内部的突出应力进行监测能够有效预防和避免煤与瓦斯突出事故的发生。

发明内容

为了对煤矿采掘面附近煤体内部的应力进行实时、有效监测，有效预防和避免煤与瓦斯突出事故的发生，本发明提出一种煤与瓦斯突出预报方法及系统。本发明煤与瓦斯突出预报方法及系统采用煤与瓦斯突出应力采集器对采掘面附近的煤体内部应力进行实时检测，根据检测数据确认采掘面所处的危险状态，并能对“基本安全”和“危险”状态发出警报。

本发明煤与瓦斯突出预报方法采用煤与瓦斯突出应力采集器对采掘面附近的煤体内部应力进行实时检测，并采用下式计算煤与瓦斯突出板的安全系数F_s：

式中，为煤与瓦斯突出板的容许抗拉强度，单位为kPa，该值通过现场取样并在试验室对其进行抗拉强度试验测试确定；q为煤与瓦斯突出应力，单位为kPa，由煤与瓦斯突出应力采集器采集并经数据处理后求得；t为应力采集点到采掘面之距离厚度，单位为m，在现场根据煤与瓦斯突出应力采集器的安设情况和采掘面情况实际测量或计算求得；h为煤采掘巷道的高度，单位为m，现场对采掘巷道实际测量求得；所述煤与瓦斯突出板为可能产生煤与瓦斯突出的高应力区与采掘面之间的煤层或煤岩层；

根据煤与瓦斯突出板厚度t与煤与瓦斯突出板的安全系数F_s判断采掘面的安装状态，包括：

当煤与瓦斯突出板厚度t≤0.5m时，无论煤与瓦斯突出板的安全系数F_s多的值为多少，均视为采掘面处于安全状态；

当煤与瓦斯突出板厚度t＞0.5m时，采掘面的安全状态由煤与瓦斯板的安全系数F_s确定，具体为：

当F_s≥1.5时，视为采掘面处于安全状态，发出安全警报；

当1.5＞F_s≥1.0时，视为采掘面处于基本安全状态，发出基本安全警报；

当F_s＜1.0时，视为采掘面处于危险状态，发出危险警报。

本发明煤与瓦斯突出预报系统包括煤与瓦斯突出应力采集器、警报仪和信号传输线，其中：

煤与瓦斯突出应力采集器安设在采掘面与巷道侧壁交接部位的二分之一高度的深处，通过设置在采集器外表面上的应力传感器，能够实时监测煤体内部的应力变化；

信号传输线连接煤与瓦斯突出应力采集器与警报仪，能够将采集器采集到的应力变化信号传输到警报仪；

警报仪能够获取煤与瓦斯突出应力采集器采集到的应力变化信号，对应力变化信号进行处理，根据本发明煤与瓦斯突出预报方法计算煤与瓦斯突出板的安全系数F_s，对采掘面的安全状态进行判断，并根据判断结果发出相应的安全警报。

进一步的，本发明煤与瓦斯突出预报系统一台警报仪对应一个或一个以上的煤与瓦斯突出应力采集器。

进一步的，本发明煤与瓦斯突出预报系统煤与瓦斯突出应力采集器包括薄壁金属筒、锚固窗、刚性凸起、应力采集片、信号传输线和灌注砂浆，其中，刚性凸起固定在薄壁金属筒外侧，型号为SEN09673的应力采集片粘贴在刚性凸起的侧面，信号传输线连接警报仪和应力采集片，灌注砂浆在现场将薄壁金属筒、刚性凸起、应力采集片和信号传输线浇注成预制构件。锚固窗的作用是在浇注成预制件时，让灌注砂浆从薄壁金属筒内部流入到安置薄壁金属筒的钻孔中，直接与煤体接触并凝固在一起