工作面突出危险预警系统研究报告.docx
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工作面突出危险预警系统研究报告
工作面突出危险预警系统
研究报告
****
2017年10月18日
工作面突出危险预警系统
研究报告
随着矿井开采深度的增加，瓦斯涌出量和煤与瓦斯突出危险性也不断增大，瓦斯已成为制约矿井安全生产和高产高效的主要因素。
实践告诉我们：
“瓦斯不治，矿无宁日”，“治理瓦斯就是解放生产力，治理好瓦斯就是发展生产力”。
治理好瓦斯就是安全，就是效益，就是职工的最大福利。
****原设计为三级瓦斯矿井管理，但投产后随着开采深度的不断延伸，瓦斯涌出量逐渐增大，逐步升为高沼矿井。
89年被重庆煤科院鉴定为煤与瓦斯突出矿井，97年又被其鉴定为严重煤与瓦斯突出危险矿井。
**突出工作面占全公司30～40%。
自84年10月13日发生第一次煤与瓦斯突出以来，累计突出40次，突出煤量在百吨以上的次数占全公司的60%，且采掘工作面最大突出都发生在**，特别是在2000年10月15日戊二皮下在掘进过程中发生突出，突出煤量562吨，瓦斯量30103m3，抛煤距离65m，并发生瓦斯逆流现象，2009年6月30日己15-22040机巷在放炮后发生突出，突出煤量396吨，瓦斯量35053.7m3，抛煤距离70m。
戊9.10-12160采面位于戊二下山采区西部，东起戊二皮带下山，北邻戊9.10-12180采面，西至北风井戊组保护煤柱线及二水平戊二上山保护煤柱线，南邸戊9.10-12140采面。
标高在-470～-520之间，埋藏深度610～710m。
煤层厚度一般为4.3～4.9m，平均4.5m，煤层倾角在9°～12°之间，平均10°。
由于临近的上下采面均已回采完毕，为孤岛工作面，瓦斯地质压力较大。
本项目的通过研究孤岛工作面冲击地压与突出危险性的关系，来实现压力异常的采面突出危险区域的预测，指导防突措施的制定，消除采面的突出危险，实现煤矿的安全生产。
一、井下电磁辐射监测方法
1.井下电磁辐射监测说明
（1）井下电磁辐射监测采用KBD5矿用电磁辐射监测仪，监测时间选在非采煤和打钻时间，避免井下电气设备运行对监测结果的影响。
（2）监测时间不小于1分钟，电磁辐射值选取1分钟内波动频次不少于3次的最大值。
（3）监测时间为2010年7月20日至8月18日，监测周期为1个月
2.监测点布置
（1）在戊9.10-12160采面7、20、33、47、60、73、87、100、113架处设工作面监测点。
（2）在戊9.10-12160采面风巷里段（实体煤段）距工作面5m处设风巷第一个监测点，往外每隔3m设一测点，共6个测点。
（3）在戊9.10-12160采面风巷外段（采空区段）距风巷口740m处设风巷第七个监测点，往外每隔3m设一测点，共6个测点。
（4）在戊9.10-12160采面机巷距工作面5m处设机巷第一个监测点，往外每隔3m设一测点，公设6个测点。
3.戊9.10-12160采面电磁辐射辐值监测数据
戊9.10-12160采面电磁辐射幅值统计表单位：
mv
测点
时间
7号支
架处
20号支架处
33号支架处
47号支架处
60号支架处
73号支架处
87号支架处
100号支架处
113号支架处
备注
7月20日
20
25
21
19
27
30
17
18
22
措施后
7月21日
16
22
25
23
26
34
30
42
36
措施后
7月23日
19
29
26
27
28
36
32
6
5
措施后
7月26日
20
31
24
25
26
29
23
7
4
2刀煤后
7月27日
16
19
27
20
22
16
26
33
20
2刀煤后
7月28日
37
26
35
27
30
25
8
26
6
2刀煤后
7月30日
40
13
23
36
27
24
30
4
6
2刀煤后
8月1日
25
32
28
33
26
31
22
21
27
2刀煤后
8月2日
17
28
40
23
22
30
27
29
34
2刀煤后
8月3日
26
27
30
23
31
36
23
28
17
2刀煤后
8月5日
37
30
44
32
28
39
35
29
30
2刀煤后
8月6日
20
35
24
28
30
26
26
25
28
2刀煤后
8月7日
23
34
29
21
27
47
23
34
44
2刀煤后
8月9日
21
25
29
22
32
54
24
33
19
3刀煤后
8月11日
37
22
27
32
25
22
29
24
23
2刀煤后
8月12日
29
25
25
31
36
28
31
40
33
3刀煤后
8月13日
21
27
31
35
35
34
36
34
38
措施后
8月16日
26
21
13
19
20
31
43
40
39
措施后
戊9.10-12160采面风巷里段辐射电磁幅值统计表单位：
mv
测点位置
日期
距工作面
5m处
距工作面
8m处
距工作面11m处
距工作面14m处
距工作面17m处
距工作面20m处
7月20日
6
8
8
11
9
12
7月21日
8
6
9
12
10
12
7月23日
5
5
6
9
7
7
7月26日
7
5
6
8
9
8
7月27日
6
9
11
7
13
13
7月28日
11
15
12
10
14
16
7月30日
7
14
8
11
9
8
8月1日
12
15
12
17
19
16
8月2日
15
12
17
18
18
21
8月3日
17
20
17
21
18
20
8月5日
25
20
22
27
21
29
8月6日
16
27
23
26
27
21
8月7日
37
23
20
25
22
29
8月9日
19
17
27
30
21
33
8月11日
29
21
21
18
37
31
8月12日
30
29
27
37
39
22
8月13日
33
35
30
30
25
27
8月16日
37
40
38
41
43
40
戊9.10-12160采面风巷外段辐射电磁幅值统计表单位：
mv
测点位置
日期
距风巷口
740m处
距工作面
737m处
距工作面734m处
距工作面731m处
距工作面728m处
距工作面725m处
7月20日
12
17
11
17
22
16
7月21日
9
12
15
15
21
11
7月23日
13
11
16
21
17
7
7月26日
10
12
19
11
18
17
7月27日
10
21
13
14
21
19
7月28日
11
17
20
13
20
7
7月30日
7
11
17
11
19
19
8月1日
15
31
19
23
21
18
8月2日
9
13
11
17
11
12
8月3日
24
21
16
20
27
21
8月5日
43
30
27
16
21
17
8月6日
27
21
17
17
25
29
8月7日
33
26
31
11
27
30
8月9日
30
16
26
21
27
28
8月11日
31
21
30
24
31
29
8月12日
29
27
26
33
37
36
8月13日
33
36
30
41
45
46
8月16日
28
30
35
43
45
46
戊9.10-12160采面机巷辐射电磁幅值统计表单位：
mv
测点位置
日期
距工作面
5m处
距工作面
8m处
距工作面11m处
距工作面14m处
距工作面17m处
距工作面20m处
7月20日
6
8
8
5
11
6
7月21日
9
9
7
11
6
10
7月23日
11
7
15
9
4
6
7月26日
9
15
19
7
18
17
7月27日
13
10
17
17
15
9
7月28日
17
19
16
21
18
11
7月30日
13
17
15
18
22
10
8月1日
15
15
19
21
17
25
8月2日
25
19
26
22
21
17
8月3日
11
17
15
25
19
19
8月5日
22
25
19
31
22
26
8月6日
29
17
11
27
21
16
8月7日
49
27
19
21
17
17
8月9日
31
22
17
23
25
21
8月11日
26
21
20
19
19
15
8月12日
29
27
33
35
29
20
8月13日
30
29
36
33
28
19
8月16日
33
30
35
29
20
23
4、戊9.10-12160采面钻屑量、瓦斯涌出初速度统计分析
戊9.10-12160采面钻屑量统计表单位：
kg/m
测点
时间
7号支
架处
20号支架处
33号支架处
47号支架处
60号支架处
73号支架处
87号支架处
100号支架处
113号支架处
7月20日
2.4
2.6
2.4
2.4
2.6
2.8
1.8
2.0
2.2
7月26日
2.4
3.0
2.6
2.6
2.6
2.8
2.2
2.4
2.2
7月27日
2.4
2.4
2.8
2.4
2.6
2.2
2.8
3.2
2.4
7月28日
2.8
2.6
2.8
2.8
3.0
2.8
2.6
2.4
2.2
7月30日
3.2
2.8
2.4
3.2
2.6
3.0
2.6
2.4
2.4
8月1日
2.6
3.2
2.8
2.8
2.8
3.0
2.4
2.4
2.6
8月2日
2.2
3.0
2.4
2.4
2.2
2.8
2.6
2.6
3.0
8月3日
2.6
2.6
2.8
2.6
2.8
3.2
2.6
2.8
2.0
8月5日
2.6
2.4
2.8
2.8
2.4
2.6
2.6
2.4
2.4
8月6日
2.0
3.0
2.0
2.8
3.0
2.6
2.4
2.6
2.6
8月7日
2.4
2.2
2.4
2.2
2.8
2.6
3.0
2.8
2.8
8月9日
2.0
2.6
2.6
2.4
2.8
2.8
2.4
2.8
2.8
8月11日
2.0
2.4
2.6
2.8
2.8
3.0
2.2
2.4
2.6
戊9.10-12160采面瓦斯涌出初速度统计表单位：
L/min
测点
时间
7号支
架处
20号支架处
33号支架处
47号支架处
60号支架处
73号支架处
87号支架处
100号支架处
113号支架处
7月20日
0.29
0.46
0.38
0.37
0.37
0.48
0.42
0.42
0.32
7月26日
0.26
0.26
0.26
0.39
0.49
0.49
0.24
0.37
0.24
7月27日
0.28
0.28
0.28
0.48
0.48
0.48
0.26
0.36
0.26
7月28日
2.66
0.48
2.66
0.28
0.56
0.56
0.36
0.26
0.26
7月30日
2.28
0.26
0.26
1.72
0.83
0.83
2.66
0.24
0.48
8月1日
0.47
0.26
0.63
2.66
0.42
0.42
0.23
0.32
0.43
8月2日
0.17
0.43
0.43
0.32
0.32
0.32
0.36
0.47
0.43
8月3日
0.32
0.42
0.54
0.32
0.32
0.24
0.24
0.55
0.24
8月5日
0.24
0.48
0.55
0.66
0.42
0.66
0.47
0.47
0.47
8月6日
0.78
0.17
0.78
0.71
0.37
0.71
0.32
0.42
0.32
8月7日
0.17
0.17
0.17
0.44
0.66
0.52
0.25
0.65
0.39
8月9日
0.24
0.37
0.24
0.43
0.23
0.32
0.32
0.32
0.73
8月11日
0.24
0.48
1.74
0.32
0.42
0.32
0.26
0.36
0.26
观察到煤岩动力现象位置执行措施后钻屑量、瓦斯涌出初速度及电磁辐射幅值统计下表所示
煤岩动力现象、瓦斯涌出初速度、电幅度统计表
时间
发生地点
（架）
钻屑量
（kg/m）
瓦斯涌出初速度
（L/min）
电磁辐射幅值
（mv）
动力现象
7月26日
20、28
3.0、2.8
0.26、0.36
31
喷孔
7月27日
30-32
2.8
2.66
27
喷孔
7月28日
17
煤炮
7月31日
86-90
2.6
0.43
煤炮
8月1日
2.8
0.63
32
喷孔、煤炮
8月4日
35、48
3.2
0.65
喷孔
8月5日
36
2.8
0.55
44
夹钻
8月9日
18、19
2.6
0.37
25
夹钻、煤炮
通过上表可以看出，有煤岩动力现象时钻屑量、瓦斯涌出初速度及电磁辐射幅值均有较大增幅，说明他们均可以作为煤岩动力灾害预测指标。
5、电磁辐射幅值、钻屑量与瓦斯涌出初速度的变化规律分析
根据井下观测数据统计，戊9.10-12160采面电磁辐射幅值、钻屑量与瓦斯涌出初速度预测结果存在一致性。
因此，在采用目前钻屑量与瓦斯涌出初速度监测的同时结合电磁辐射监测，可以实现对戊9.10-12160采面突出与冲击地压的预测预报。
采面33号支架处电磁辐射幅值I、钻屑量S和瓦斯涌出初速度q的变化曲线图
采面87号支架处电磁辐射幅值I、钻屑量S、瓦斯涌出初速度q的变化曲线图
7月27日采面电测辐射幅值I、钻屑量S和瓦斯涌出初速度q的变化曲线图
8月3日采面电测辐射幅值I、钻屑量S和瓦斯涌出初速度q的变化曲线图
6、电磁辐射幅值预警值的确定
电磁辐射幅值预警值用SPSS数据分析软件的回归分析方法，分析结果如下表所示：
自变量：
钻屑量（kg/m），因变量：
电磁辐射幅值（mv）
方程
模型汇总
参数估计值
R方
F
Df1
Df2
Sig
常数
b1
b2
b3
线性
0.619
35.716
1
22
0
-25.126
20.112
对数
0.609
34.294
1
22
0
-22.941
52.635
倒数
0.596
32.480
1
22
0
79.891
-136.114
二次
0.626
17.595
2
21
0
26.809
-19.243
7.401
三次
0.626
17.559
2
21
0
8.357
0
0.806
0.742
符合
0.620
35.936
1
22
0
4.135
2.046
幂
0.616
35.281
1
22
0
4.435
1.882
S
0.608
34.089
1
22
0
5.175
-4.888
增长
0.620
35.936
1
22
0
1.420
0.716
指数
0.620
35.936
1
22
0
4.135
0.716
Logistic
0.620
35.936
1
22
0
0.242
0.489
根据上表的曲线回归分析，三次曲线和二次曲线拟合效果最好，其次为S型曲线、增长曲线和logistic曲线，如果钻屑量取5.0kg/m，则电磁辐射幅值用上述曲线回归结果依次为121mv、116mv、92mv、148mv、148mv、149mv。
因此，初步确定电磁辐射幅值的预警值为92mv。
二、戊9.10-12160采面机巷和风巷巷道变形观测
1、观测内容：
巷道两帮位移、顶底板移近量、顶底板移近速度等。
2、测点布置：
采用十字布点法布置监测断面，在顶底板中部垂直方向和两帮水平方向钻Φ28mm，深400mm的孔，将Φ29mm、长400mm的木桩打入孔中。
顶板和靠老塘侧煤帮的木桩端部安设弯型测钉，底板和靠综采面实体煤帮的木桩端部安设平头测钉。
第一个测点布置在里风巷距切眼70m处，第二个测点布置在里风巷距切眼85m处，第三个测点布置在里风巷距切眼315m处（监测12140采空区影响段），第四个测点布置在里风巷离切眼330m处（监测12140采空区影响段）。
3、风巷巷道变形观测统计数据。
风巷变形观测统计表单位：
cm
测点位置
日期
距切眼70m处（1号）
距切眼85m处（2号）
距切眼315m处（3号）
距切眼330m处（4号）
巷宽
巷高
巷宽
巷高
巷宽
巷高
巷宽
巷高
7月20日
413
271
398
270
395
250
370
249
7月21日
413
270
398
270
394
249
369
248
7月23日
412
269
.398
269
394
248
368
248
7月26日
412
269
397
269
394
247
368
247
7月27日
412
268
397
269
394
247
368
246
7月28日
412
268
397
269
394
247
368
246
7月30日
412
268
397
268
393
245
368
246
8月1日
412
268
396
268
393
245
367
245
8月2日
412
268
396
267
393
245
367
245
8月3日
411
267
395
267
393
245
366
245
8月5日
411
267
395
266
393
244
366
8月6日
411
267
395
265
393
244
365
8月7日
410
267
395
265
392
244
364
8月9日
410
267
394
264
392
244
364
8月11日
410
267
393
264
392
244
364
8月12日
409
266
392
263
392
243
364
8月13日
409
265
392
261
392
243
364
8月16日
408
265
391
261
392
243
363
风巷变形曲线如下所示：
风巷1号测点巷道变形曲线图
风巷2号测点巷道变形曲线图
风巷3号测点巷道变形曲线图
风巷4号测点巷道变形曲线图
经计算风巷实体煤段两帮移近量平均6.0cm，移近速度0.222cm/d，顶底板移近量平均7.5cm，移近速度0.278cm/d；风巷采空区段两帮移近量平均5.0cm，移近速度0.185cm/d，顶底板移近量7.0cm，移近速度0.259cm/d。
风巷变形速度处于较合理范围，证明回采过程中应力变化较平缓，观察期内无冲击地压骤然显现特征。
三、戊9.10-12160采面矿压分析
依据井下支架测力计统计数据，统计了10号架、30号架、60号架、90号架、120号架观察期内支架支撑力变化情况。
支架支撑力在观察期内呈现周期性变化，工作面应力随采空区增大呈增大趋势。
根据工作面顶板应力变化规律，推断基本顶初次来压步距32m。
四、项目结论及效果观察
通过对戊9.10-12160采面电磁辐射监测，电磁辐射幅值变化规律基本与钻屑量、瓦斯涌出初速度一致，证明其可以作为井下煤岩动力灾害预测预报的一种手段。
由此我们对戊9.10-12160采面的目前的施工状况及技术措施的制定情况做出一个安全性评价：
1.工作面电磁辐射幅值在执行防突措施前后有较大变化，整体呈下降趋势，证明采面执行防突措施有效，起到了释放冲击与突出能量的作用。
2.根据统计回归分析，确定电磁辐射幅值的临界值为92mv。
井下1个月实际观测值最大为54mv，均不超过临界值。
3.风巷在观察期内变形速度处于较合理范围，表明回采过程中应力变化较平缓，观察期内无冲击地压显现特征。
4.支架支撑力在观察期内呈现周期性变化，工作面应力随采空区增加呈增大趋势。
由此我们给出采面回采的建议：
1.防突措施的浅孔抽放、注水、松动爆破起到了能量释放与卸压作用，可以有效预防突出与冲击灾害，应继续落实。
2.随着工作面的推进，采空区范围不断扩大，应力集中程度进一步提高，特别是周期来压时工作面冒顶、片帮加剧，需要继续加强预测预报与灾害治理。
3.根据支架支撑力变化情况及施工地点实际情况分析，存在支架切顶不够现象，易造成应力集中，应加强工作面支护管理。
4.根据工作面应力分布情况显示，采面上部压力较大，卸压钻孔应向上调整2°-3°，使终孔可以控制到压力集中区域内，预防采面瓦斯事故的发生。
5.工作面回采值距戊9.10-12140采空区20m范围时，由于应力集中度高，巷道维护困难，煤岩动力灾害诱发的可能性进一步增大，在加强预测预报的同时，应将措施孔有现有的两排增加到三排，松动爆破孔由原来的8个增加到12个。
防突措施根据建议做
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