渝阳煤矿煤与瓦斯突出综合预警系统建设及应用.pdf

渝阳煤矿煤与瓦斯突出综合预警 系统建设及应用 谈国文 1, 赵旭生1, 张庆华1, 韩文骥1, 李明建1, 罗培荣2, 雷洪波2 1. 煤炭科学研究总院重庆研究院 瓦斯防灭火研究分院, 重庆 400037; 2. 重庆松藻煤电有限责任公司 渝阳煤矿, 重庆 401445 摘 要 在事故理论和灾害防治理论指导下, 以国家十一五 科技项目为支撑, 在渝阳煤矿建立 了一套集地质测量、 生产、 调度、 通风、 防突、 监控等各实体部门日常管理信息资料于一体的瓦斯 灾害预警体系和管理机制。该体系能综合分析矿井存在的各种隐患和预兆信息, 对工作面的危 险状态与发展趋势进行评价和预警, 实现瓦斯灾害在线监测、 超前提醒、 趋势把握和灾害信息的 及时发布。通过现场预警平台的构建和实施, 实现了防突日常工作和资料的标准化、 精细化和信 息化管理, 为煤矿瓦斯灾害治理提供了技术保障和支持, 取得了较好的技术经济效果。 关键词 煤与瓦斯突出; 综合预警; 瓦斯地质; 防突管理; 瓦斯涌出 中图分类号 TD713 文献标志码 B 文章编号 1003- 496X 2011 01- 0078- 04 基金项目 国家 十一五 科技支撑计划资助项目 2006BAK03B02 煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现 象, 我国是煤与瓦斯突出事故最严重的国家之一, 煤 与瓦斯突出次数占到世界突出总次数的 37以上, 严重威胁着矿井的安全生产, 防突工作是我国煤矿 安全工作的重点和难点 1- 3∀。近几年在国家科技计 划的大力支持下, 煤矿产学研单位联合攻关, 在瓦斯 灾害治理方面取得了重大发展和重要成果, 但煤矿 开采强度和开采深度的不断加大, 使得已有的一些 瓦斯治理规律的认识以及预防瓦斯灾害的技术措施 和手段不能与之相适应 4∀, 瓦斯难题还很严峻。渝 阳煤矿属瓦斯灾害重灾区, 随着矿井开采深度增加, 瓦斯灾害日益严重, 瓦斯治理 特别是煤与瓦斯突 出灾害治理 已成为渝阳煤矿保障矿井安全、 提高 生产效率的重点和难点。为此, 松藻煤电公司及渝 阳煤矿与煤炭科学研究总院重庆研究院共同合作, 在渝阳煤矿实施了煤与瓦斯突出综合预警系统建设 项目, 建立了渝阳煤矿突出预警成套技术体系和保 障机制, 实现了突出危险的综合智能预警。渝阳煤 矿的预警系统建设包括中央数据库、 瓦斯地质动态 分析、 动态防突管理与分析、 瓦斯涌出分析、 地质测 量信息管理、 综合预警发布等主要部分。 1 矿井概况 渝阳煤矿隶属重庆松藻煤电有限责任公司, 矿 井于 1971年正式投产, 经改扩建, 2004年核定生产 能力 0 . 90M t/a 。矿井绝对瓦斯涌出量 90 . 71 m 3 / m in , 相对瓦斯涌出量 75 . 1 m 3 / , t 属煤与瓦斯突出矿 井。主采煤层 8 为严重突出危险煤层, 上保护层 7 煤层为突出煤层, 下保护层 11 煤层为无突出危险 煤层。井田内主要褶皱有 5条, 破坏可采煤层的断 层有 166条, 其中断层落差 3. 0 m 的有 41条, 断 层密度为 6 . 8条 /k m 2, 构造条件相当复杂。地质构 造带是煤与瓦斯突出发生的多发地点, 渝阳矿历年 发生的突出中, 构造带突出占突出总数的 86 , 煤 与瓦斯突出具有地质构造分级控制的特点, 大量的 统计资料表明 突出点主要分部在大木树向斜、 鱼跳 背斜、 F103收敛区及附近, 与地质构造的关系密切。 渝阳煤矿目前的开采情况是主采北二采区、 延深北 三采区, 随着向北三采区的不断延深, 地质构造愈显 复杂, 瓦斯含量、 瓦斯压力逐渐增大, 瓦斯难题日益 成为制约矿井安全生产的严重瓶颈 。 2 预警过程及系统逻辑结构 2 . 1 预警过程 煤与瓦斯突出综合预警技术就是对煤矿各职能 部门监测和随时掌握的安全信息进行有效辨识和监 测, 在此基础上进行综合分析和计算, 对每个工作面 突出危险状态和发展趋势进行整体评价, 并根据评 价结果发出预警信号和响应对策的技术。通过突出 78 第 42卷第 1期 应用 实践 危险状态和发展趋势这 2个方面的预警分析, 不仅 能了解到工作面目前所处的突出危险性的状态, 而 且还能得知其未来发展趋势。并将预警结果实现集 中显示, 起到超前提醒和实时预警的作用, 从而为矿 井进行瓦斯突出灾害的防治提供决策依据。渝阳煤 矿煤与瓦斯突出预警技术是以渝阳矿瓦斯突出灾害 特征和规律为基础、 以预警计算机系统为载体、 以综 合监控系统和局域网络为环境、 以系列预警管理制 度为保障的成套技术体系。图 1为技术实现流程, 基于三维 GIS地理信息系统 的矿井数字化建设内 容包括煤层赋存信息、 瓦斯赋存信息、 井巷空间及其 属性信息、 通风设施设备信息、 瓦斯及其传感器信 息、 地质构造信息等。 图 1 预警技术实现流程 2 . 2 系统逻辑结构 矿井瓦斯灾害防治工作是一项复杂的系统工 程, 涉及地测、 通风、 防突、 抽放、 调度、 监控等部门, 要实现综合预警, 必须根据各部门的工作内容和标 准, 首先建立专业分析软件, 然后依据各专业分析软 件提供的基础数据和判别标准进行综合分析。所 以, 综合预警系统是以中央数据库为中心, 以预警处 理模块为核心, 在地质测量管理、 防突信息管理、 瓦 斯地质分析、 瓦斯涌出分析等专业化分析软件和预 警管理及发布系统的基础上共同构成的计算机软件 系统, 逻辑结构见图 2 。 中央动数据库主要存储矿井各种生产资料, 其 来源方式有 2种 ∃ 初始及历史资料以矿井数字化 方式存入; 现在及以后的资料通过各系统间的无 缝连接, 动态提取、 实时补充。各专业化分析软件具 有 2大功能和任务 ∃ 独立运行于相应部门, 实现独 立的专业功能; 联动运行, 为预警分析提供基础数 据, 实现综合预警系统的瓦斯突出灾害预兆在线监 测和实时分析。 图 2 预警系统逻辑结构 3 渝阳煤矿预警系统和保障机制建设 渝阳煤矿综合预警系统建设涉及通风科、 地测 科、 监控中心、 调度中心等部门和相关领导层, 其分 布结构如图 3 。 图 3 渝阳煤矿预警系统安装分布图 3 . 1 主要子系统建设 通过研究渝阳矿 7 、 8煤层瓦斯基本参数及规 律、 地质构造和煤厚变化对瓦斯赋存的影响、 瓦斯抽 放效果评价、 卸压开采保护效果等, 建立了瓦斯地质 子数据库, 开发瓦斯地质分析系统。实现了主采煤 层瓦斯地质资料的信息化管理, 煤层埋深、 瓦斯压力 等基本参数的预测和自动绘制, 突出危险区域的自 动区划。随着采掘工作的进行, 自动更新瓦斯地质 资料, 并校正原先的瓦斯地质图, 实现瓦斯地质图的 智能绘制和动态管理。 通过对渝阳矿突出危险工作面 四位一体 综 79 应用 实践 2011- 01 合防突措施的分析和防突指标的研究, 建立了动态 防突管理与分析系统。实现工作面 四位一体 综 合防突措施资料的信息化管理, 自动生成防突措施 剖面图、 平面图、 大样图等图件, 智能设计措施方案。 根据钻孔施工参数, 分析防突措施缺陷, 根据日常预 测 效检 指标值及指标曲线, 分析预测工作面的突 出危险性, 使防突工作更有针对性和时效性。 在研究分析渝阳矿采掘工作面在割煤、 放炮、 打 钻期间瓦斯正常涌出和异常涌出规律的基础上, 建 立了瓦斯涌出分析系统。该系统通过自动读取 KJ90监控系统的瓦斯浓度监测数据, 并通过与其它 瓦斯涌出指标的自动换算 V30、 Q30、 KV、 峰波比等 , 实现多指标、 动态连续地分析预测工作面的突出危 险性和发展趋势。 根据渝阳矿地质测量工作方法和管理要求、 地 测与防突工作的关系等, 建立了专门面向地测部门 的地质测量信息管理系统。该系统主要提供巷道空 间部署、 地质构造等资料数字化、 矢量化的图形管理 平台, 是矿井数字化建设的基本工具。主要功能包 括井巷工程及地质构造的绘制与编辑、 地质钻孔资 料管理、 测量导线信息管理、 采掘工作面管理、 地测 资料的查询和统计分析, 基本实现了矿图元件的便 捷绘制与基础资料的信息化管理及共享。 3 . 2 预警模型研究和预警管理系统建设 渝阳煤矿依据国内外的防突技术和多年的防突 经验, 建立了图 4所示的规范化、 标准化的防突技术 及管理流程。预警系统依据渝阳的防突管理流程, 对渝阳的防突工作进行跟踪管理和监督分析, 并从 工作面客观危险性、 防突措施重大缺陷两个方面系 统分析日常预测指标及发展规律、 瓦斯地质赋存规 律、 邻近空间采掘影响、 瓦斯涌出特性和重大措施缺 陷等影响突出的因素, 建立综合预警指标体系制定 预警规则, 从状态预警和趋势预警 2个方面评价工 作面突出危险性的当前危险状态和未来发展趋势。 为使预警结果更精确、 更具有指导性, 将预警结果分 为正常、 威胁、 危险和灾变 4个等级, 趋势预警分为 绿色、 橙色和红色 3个等级, 等级不同, 危险强弱信 息也不同。根据实际情况制定了约 33个预警指标、 26条状态预警规则、 22条趋势预警规则, 这样预警 系统通过与相关子系统的无缝连接, 实时提取各种 预警指标, 根据预警规则, 综合分析突出危险性。 以上预警指标和模型的建设是从渝阳矿总体情 况来考虑的, 若针对于某一具体工作面, 需要根据具 体情况及防突方案, 选择合适指标和规则。为此, 开 图 4 渝阳矿防突标准化管理及技术流程 发了预警管理及发布系统, 用于定制工作面预警指 标和规则、 发布预警信息、 浏览相关矿图。预警信息 的发布方式有通过终端平台和 web网页查询最新及 历史详细信息、 通过声光报警形式和手机短信方式 发送危险信息, 另外最近 24 h内的预警结果以日报 表形式自动生成, 由监控中心每天定时打印, 用于备 签。 3 . 3 预警保障机制 有效、 可靠的突出危险性预警是以矿井基础数 据为依据的, 因此, 该技术及系统的应用要求数据采 集、 分析和汇报要即时、 准确, 这必须有严格的预警 运行领导机制和管理制度。渝阳矿根据应用要求和 实际情况, 建立了以总工程师为负责人、 各个部门第 一负责人为成员的预警运行组织机构, 并为各个部 门和关键岗位制定了 责任编辑 王福厚 81 应用 实践 2011- 01