李子垭南二井诊断系统使用经验交流资料.docx
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李子垭南二井诊断系统使用经验交流资料
李子垭南二井煤与瓦斯突出诊断系统使用经验交流资料
前言
李子垭南二井为突出矿井，已发生突出12次，采用穿层抽放预抽煤层瓦斯外，在掘进煤巷时仍采取超前排放卸压钻孔防治煤与瓦斯突出措施，措施执行后按规定进行效果检验达到标准后，方能施工。
即便是这样，仍然未能制止煤与瓦斯突出的产生。
为了安全生产，安装了煤与瓦斯突出实时诊断系统，对突出危险工作面实施动态危险程度监控。
自2009年6月安装运行后已成功的预警一次。
系统运行正常，为我矿安全生产又设置了一道新的安全屏障。
现将使用情况介绍如下：
1、矿井概述
李子垭南扩建（二井）（简称李子垭南二井）隶属四川华蓥山广能集团李子垭煤矿（简称李子垭南井），行政区划为邻水县椿木乡、坛同镇所辖。
矿井对外交通方便，井田西侧有襄渝铁路经过，从井田西侧庆华火车站南至重庆104km，北至达县158km；井田东侧有渝达公路经过，长274km，其中渝邻段长130km。
李子垭南井田规划生产能力450kt/a，设计生产能力为300kt/a。
李子垭南井以两期工程开发，一期工程（南一井）开发李子垭南井田西翼，设计生产能力为150kt/a；二期工程（南二井）开发李子垭南井田龙王洞背斜东翼，现李子垭南二井为在建矿井，2004年4月开工建设，按高瓦斯矿井进行设计，但矿井从2006年1月进入煤巷施工以来，先后发生多次煤与瓦斯动力现象，矿井应属煤与瓦斯突出矿井，原设计部分内容已不能满足矿井安全生产的要求。
2008年7月对李子垭南二井又按照突出矿井重新进行设计，主要是在现已施工巷道的基础上，增加煤层底板岩石抽放巷，完善瓦斯抽放系统，并建立地面瓦斯抽放站；采区内实行垮上山无煤柱开采，并布置有采区专用回风巷及增加采区边界系统。
本井田有可采煤层一层，煤层以瘦煤为主，次为贫煤及少量瘦焦煤，挥发分为15%左右。
煤层平均厚达2.18m。
本矿井采用平硐开拓，矿井井口选在沈家桥，距井田北界孙家河沟2790km，距达渝公路3.6km。
+281m主平硐垂直煤层布置至K1煤层底板灰岩中，并于距煤层平距90m左右底板布置+290m水平南北运输大巷。
采煤方法采用大倾角综合机械化走向长壁采煤法。
2、使用区工作面概况
3102回采工作面是南二井设计的首采工作面，位于李子垭井田龙王洞背斜东翼轴部附近，属急倾斜煤层。
3102机巷标高＋525m，3102风巷标高＋635m，开采深度距地表垂深460m~870m，煤层倾角46°，煤层厚度2.6m，煤层中间含一层0.1~0.2m标志矸，标志矸上部为1.2~1.4m厚度的软分层煤，标志矸以下煤层较硬，厚度0.8m~1.0m，上下分层煤之间的标志矸为一光滑的层滑石。
煤层瓦斯压力P=3.3Mpa/cm2，煤层瓦斯含量为18.22m3/t，瓦斯放散初速度△p=16，f=0.2。
3.诊断系统使用概况
3.1静态验证资料
李子垭南二井从2006年1月至今已发生12次煤与瓦斯突出动力现象。
介绍如下：
⑴2006年2月8日在3102探巷距520回风大巷50m处石门揭煤过门槛时发生突出，突出地点标高＋520m，煤层厚度2.4m，倾角46°，突出煤岩量50t，喷出瓦斯量2000m3。
涌出瓦斯40m3/t
⑵2006年3月21日在3102探巷距520回风大巷50m距3102探巷石门13m处发生突出，突出煤层厚度2.4m，倾角46°，突出煤岩量67t，突出瓦斯量3060m3。
涌出瓦斯46m3/t
⑶2007年4月26日，在3102南机巷距南机巷石门5m处发生突出。
突出地点标高＋531m，突出煤层厚2.4m，倾角46°，突出煤岩量95t，瓦斯量7918m3。
涌出瓦斯83.3m3/t
⑷2008年1月8日在3102南风巷掘进头放炮掘进时发生突出。
碛头煤炭堆积长度5.6m，堆积角度30°，堆积物表面为大小不等的块煤，无明显分选性。
⑸2008年3月21日在3102北风巷掘进放炮后，垮冒引发煤与瓦斯突出，突出煤量96t，涌出瓦斯量4860m3。
涌出瓦斯50.6m3/t。
⑹2008年6月22日在3102南机巷掘进时，由于放炮引起碛头高帮煤层发生垮冒，垮冒煤量30t，涌出瓦斯量2126m3。
在处理巷道和支护过程中又发生了2次高帮煤层垮冒。
涌出瓦斯70.86m3/t。
⑺2008年7月1日中班在3102南机巷掘进放炮后，发生煤与瓦斯突出。
共清理突出煤量820t，涌出瓦斯量16859m3。
涌出瓦斯20.55m3/t
⑻2008年7月4日在3102南风巷掘进放炮后发生煤与瓦斯突出，突出煤量38t，瓦斯涌出量1200m3。
涌出瓦斯31.57m3/t。
以上突出，因缺少监控数据无法验证，下面为静态验证资料
2009年6月，李子垭南二井安装了瓦斯突出实时诊断系统，我们通过对南二井2009年1-6月发生的3次突出地点的瓦斯监控数据的分析，证明南二井这3次突出其突出前的瓦斯变化规律都符合诊断的数学模拟规律，分析情况如下：
⑼2009年2月20日17点32分在3102南机巷发生一次煤与瓦斯突出事故，突出煤量46吨，瓦斯涌出量2100m3。
涌出瓦斯45.65m3/t。
煤与瓦斯突出诊断系统静态诊断结果见表1
表12.20煤与瓦斯突出诊断系统静态诊断结果表
日期（2007）
日均浓度
日均移动线（a2）
地压指标（M1）
最大浓度（a1）
瓦斯判据（n）
瓦斯指标（M2）
煤层破坏类型判据（i）
煤层破坏类型指标（M3）
综合判断指标（M）
危险程度
2月18日
0.48
0.28
0.2
1.36
4.85
0.4
0
0.6
威胁
2月19日
0.57
0.29
0.2
2
6.89
0.4
0.81
0
0.6
威胁
2月20日
0.67
0.31
0.2
39.6
127
0.4
0.85
0
0.6
突出
⑽2009年4月23日16点53分在3102南机巷发生一次压出事故，压出煤量44吨，瓦斯涌出量1100m3。
涌出瓦斯25m3/t。
煤与瓦斯突出诊断系统静态诊断结果见表2
表24.23煤与瓦斯突出诊断系统静态诊断结果表
日期（2007）
日均浓度
日均移动线（a2）
地压指标（M1）
最大浓度（a1）
瓦斯判据（n）
瓦斯指标（M2）
煤层破坏类型判据（i）
煤层破坏类型指标（M3）
综合判断指标（M）
危险程度
4月21日
0.21
0.17
0.2
0.35
2.11
0.2
0.7（修正）
威胁
4月22日
0.21
0.17
0.2
0.45
2.68
0.2
0.7（修正）
威胁
4月23日
0.27
0.17
39.8
突出
⑾2009年5月4日16点50分在3102南机巷发生一次倾出事故，倾出煤量183吨，瓦斯涌出量2168m3。
涌出瓦斯11.84m3/t。
煤与瓦斯突出诊断系统静态诊断结果见表3
表35.4煤与瓦斯突出诊断系统静态诊断结果表
日期（2007）
日均浓度
日均移动线（a2）
地压指标（M1）
最大浓度（a1）
瓦斯判据（n）
瓦斯指标（M2）
煤层破坏类型判据（i）
煤层破坏类型指标（M3）
综合判断指标（M）
危险程度
5月2日
0.24
0.26
0
0.87
3.14
0.4
0
0.7（修正）
威胁
5月3日
0.37
0.29
0.2
0.31
1.06
0
0
0.4（修正）
安全
5月4日
0.24
40
0.96
0
突出
3.2动态预警验证资料
⒀2009年6月22日9点32分，3102南机巷（中南）碛头放炮后发生突出事故。
突出煤量218吨，瓦斯涌出量为4420m3。
涌出瓦斯20.27m3/t。
煤与瓦斯突出诊断系统预警结果如下：
该矿2009年6月6日安装了瓦斯突出实时诊断系统，在6月22日成功的诊断并验证出一次强度为218t的突出（压出），突出瓦斯量为4420m3，平均每吨突出瓦斯量为20.27m3/t,略大于煤层的瓦斯含量18m3/t.本次突出提前在48小时内预警。
突出前工作面采用爆破落煤，但炮眼长度较浅,落煤量较少。
诊断结果见表5
表5四川华蓥山广能集团李子垭南二井诊断系统突出前参数变化表
华蓥山南二井2009年诊断系统诊断出有威胁信号出现后发生的一次突出（突出煤量218吨，瓦斯涌出量为4420m3。
每吨20.27m3）
日期（2009）
日均浓度
日均移动线（a2）
地压指标（M1）
最大浓度（a1）
瓦斯判据（n）
瓦斯指标（M2）
煤层破坏类型判据（i）
煤层破坏类型指标（M3）
综合判断指标（M）
危险程度
6月1日
0.32
0.21
0.20
0.54
2.57
0.2
缺I
（0.70）
威胁
6月2日
0.28
0.21
0.20
0.31
1.10
0
缺I
（0.30）
安全
6月3日
0.19
0.21
0.10
0.31
1.47
0
缺I
（0.20）
安全
6月4日
0.18
0.21
0.10
0.13
0.61
0
缺I
（0.20）
安全
6月5日
0.1
0.2
0.10
0.06
0.3
0
缺I
（0.20）
安全
6月7日
0.06
0.18
0.10
0.51
2.83
0.2
0.83
0
（0.30）
安全
6月8日
0.1
0.17
0.10
0.12
0.7
0
缺I
（0.20）
安全
6月10日
0.07
0.17
0.10
0.17
1
0
缺I
（0.20）
安全
6月11日
0.06
0.16
0.10
0.17
1.
0
缺I
（0.20）
安全
6月12日
0.06
0.16
0.10
0.51
3.18
0.4
0.82
0
（0.50）
威胁
6月13日
0.11
0.17
0.10
0.21
1.23
0
0.71
0.2
（0.30）
安全
6月14日
0.07
0.17
0.10
0.26
1.52
0
0.75
0
（0.10）
安全
6月15日
0.09
0.17
0.10
0.13
0.76
0
缺I
（0.20）
安全
6月16日
0.1
0.16
0.10
0.48
3
0.4
0.65
0.2
（0.70）
威胁
6月17日
0.11
0.16
0.10
0.43
2.68
0.2
0.77
0
（0.30）
安全
6月18日
0.13
0.17
0.10
0.35
0.2
0
0.85
（0.30）
安全
6月19日
0.36
0.13
0.1
0.36
2.11
0.2
0.88
0
0.3
安全
6月20日
0.36
0.13
0.1
0.36
2
0.2
0.82
0
0.3
安全
6月21日
0.84
0.12
0.1
0.84
4.66
0.4
0.87
0
0.5
威胁
6月22日
0.23
0.16
0.1
0.23
·1.27
0
缺
0
0.2
安全
6月23日
突出
突出前巷道上方测定K1值最大0.24ml/g.min1/2，S值为42N/m，下方K1值最大0.21ml/g.min1/2，S值为35N/m。
瓦斯指标正常，地压指标也正常，未能反映出工作面突出危险真实情况。
3102南机巷主要采用底板抽放巷抽放瓦斯，每隔30米设置一钻场，钻场控制半径为15米。
2008年至2009年5月抽放瓦斯总量为178万m3瓦斯。
按吨瓦斯含量18m3计算，其抽放率已达到70%以上。
（其中南机巷顺层钻孔抽放量为18万m3，煤储量按141269t计算）.以吨瓦斯含量18m3计算，煤层中还有瓦斯为5.4m3/t,远小于防治煤与瓦斯突出规定第53条规定中的8m3/t.
图1华蓥山南二井6.22突出孔洞图
从突出空洞形状来看，（见图1）突出孔洞位于工作面碛头后方下部10m范围内,是一种较为标准的压出现象。
从诊断系统的地压分指标M1大多数情况下等于0.1来看，工作面煤层突出前处于增压状态。
由于应力增加，影响工作面瓦斯排放，在21日导致工作面附近瓦斯含量增大，瓦斯压力梯度也有增加的趋势，为压出提供了瓦斯能源。
22日上午在以地压的主导和瓦斯因素积极的配合作用下，出现这次压出现象。
图2煤层瓦斯含量间接指标变化图
该巷道安装瓦斯突出实时诊断系统后，到突出前共运行21了个工作日，其中有两天缺失数据，共发出威胁预警信号四次，实际发生突出一次。
安全状态15次。
见表5
将表5数据绘成图2和图3，我们不难看出地压活动趋势线一直处于判断基础线之下，表明煤层一直处于压缩状态，地层呈压缩状态。
由于瓦斯排放受阻，导致煤层瓦斯含量不能降低，处于一个较高的水平，促使瞬间瓦斯浓度增加（瓦斯含量变化线），煤层的突出危险性增高。
从图3中i值变化分析，煤层强度也有明显的变化，突出前强度呈增高的趋势（解吸速度不高）。
从理论分析，煤层强度增加，必然会使工作面应力峰值点靠近工作面，工作面地应力加大，突出危险程度相继也会增强。
综合以上所述，本次突出主要的动力来源是地压起到主导作用，但是瓦斯含量的增高助涨了这次突出的发生（该工作面预抽瓦斯，抽出率达70%）.
图33102中机巷碛头煤层强度（i）指标变化趋势图
从南二井历年突出瓦斯涌出量变化趋势来看（见图4），预抽煤层瓦斯后能降低突出强度，但未能改善应力，也间接的证明本次突出是地应力引起的。
这是在预抽瓦斯后防治瓦斯突出的新情况。
图4南二井历年突出瓦斯涌出量变化趋势图
4.突出动力分析
将李子垭南二井6月22日至10月31日诊断系统运行结果进行统计，见表6在248组预警数据中，综合评估有突出威胁占总预警数据的2.4%，有危险占1.2%。
合计为3.6%，小于文件记录中未采取措施的下限5%。
表明采取的措施有效。
从瓦斯因素看，单独用瓦斯因素指标预警，威胁占15.3%，危险占14.2%，合计29.5%。
此数据也表明瓦斯抽放措施具有相对的不均匀性。
从地压因素指标统计资料来看，达到地压指标的预警次数所占的百分比为73%，其中达到威胁级别为36.3%，危险级别为37.1%。
因此，当采深增加时，在加强消除或缓和瓦斯因素的同时，还应重视地压在突出中突显的作用。
表6诊断数据分析表
地点
总
天
数
n
k
M
<2
2~-3
>3
0.9~-1.1
<0.9
>1.1
<0.5
0.5~-0.8
>0.8
天数
%
天
数
%
天
数
%
天
数
%
次
数
%
次
数
%
次
数
%
次
数
%
次
数
%
3102南机巷（北）碛头
42
29
69
4
10
9
21
12
28.6
18
42.8
12
28.6
36
85.7
4
9.5
2
6.3
3102南风巷绕道碛头
42
37
88.1
4
10
1
1.9
10
23.8
22
52.3
10
23.9
42
100
0
0
0
0
3102南风巷碛头
42
34
81
5
12
3
7
7
16.7
2
4.7
32
78.6
41
97.6
0
0
1
2.4
3102南机巷（南）碛头
32
19
59.4
4
12.5
9
28.1
5
15.6
23
71.8
4
12.6
30
93.5
2
6.2
0
0
3102南机巷（中）北碛头
35
21
60
4
11.4
10
28.6
14
40
4
11.4
17
4.6
35
100
0
0
0
0
3102南机巷（中）南碛头
55
35
63.6
17
31
3
5.4
18
32.8
21
38.1
16
29.1
55
100
0
0
0
0
合计
248
175
70.5
38
15.3
35
14.2
66
26.6
90
36.3
91
37.1
239
96.4
6
2.4
3
1.2
为了更好的说明问题，将上述6个巷道的突出因素动态变化制成图7、图8、图9、图10、图11图12。
特点：
煤结构变化不大，平均浓度与最高浓度和危险程度同步，煤层多数处于压缩状态
图73102南机巷（北）碛头最高瓦斯浓度、日均浓度与煤结构变化趋势图
特点：
平均浓度与最高浓度同步，地压活动明显。
图83102南风巷绕道碛头最高瓦斯浓度、日均浓度与煤结构变化趋势图
特点：
煤层强度呈下降趋势，受应力作用煤层呈压缩状态，最高瓦斯浓度与煤强度成反比关系。
图93102南机巷碛头最高瓦斯浓度、日均浓度与煤结构变化趋势图
特点：
煤层强度变化大，最高瓦斯浓度与煤结构（强度）呈反比关系。
煤层多数时间呈压缩状态。
图103102南机巷（南）碛头最高瓦斯浓度、日均浓度与煤结构变化趋势图
特点：
煤结构变化呈缓慢下降趋势，地压与最高瓦斯浓度呈正比关系。
图113102南机巷（中）北碛头最高瓦斯浓度、日均浓度与煤结构变化趋势图
特点：
煤结构变化不大，最高瓦斯浓度与地压成正比关系，地压活动明显。
图123102南机巷（中）南碛头最高瓦斯浓度、日均浓度与煤结构变化趋势图
综合分析上述6条巷道实测分析图形可以看出，平均浓度与最高浓度有同步的趋势表明地压活动影响煤层的局部瓦斯含量。
巷道煤层结构都有明显的变化影响最高浓度，且成反比关系。
地压活动与最高瓦斯浓度之间的变化呈同步关系。
所有的巷道地压多数呈压缩状态。
因而地压活动将成为目前防治突出的主基调。
5.系统使用体验和改进
煤与瓦斯突出诊断系统在我矿已经使用近0.5年，报警并发生突出1次，突出前k1、△h2及均属于正常值，表明该系统考虑突出因素比较全面，能及时正确的反映工作面的危险情况。
该系统除能反映瓦斯因素瓦斯外，还能反映地压和煤结构变化趋势，是其他系统所不具备的。
该系统自动化程度较高，对工作面的突出危险程度可随时了解，为防治煤与瓦斯突出增加了新手段。
现有的系统通过生成excel表格，可对数据进行分析研究，对推广普及不利，建议增加一些必要的分析图标。
风筒脱落、停电等人为、自然因素会引起较大的瓦斯变化，容易出现误报。
建议用硬件或软件加以剔除。
新东西，需要推广应用知识，以提高使用水平与效率。
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