CN102434208B - 煤与瓦斯突出预报方法及系统 - Google Patents

Abstract

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，并发出相应的警报。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，能有效、实时提取煤与瓦斯突出应力，根据检测数据确认采掘面所处的危险状态，并能分别对“安全”、“基本安全”和“危险”状态发出不同的警报。

Description

煤与瓦斯突出预报方法及系统

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

进一步的，本发明煤与瓦斯突出预报系统的警报仪包括参数输入、主控芯片、AD转换、警报器和液晶显示5个模块，其中：

参数输入模块为4×4的键盘，用于手工输入煤采掘巷道掌子面煤岩的标准断裂韧度、装置运行启动与终止控制等相关指令；

主控芯片模块由于连接、协调其他模块工作并进行临时数据存储；

AD转换模块用于把煤与瓦斯突出应力采集器采集并传输到煤与瓦斯突出灾害警报仪的应力模拟信号转变为应力数字信号；

液晶显示模块用于直观显示参数手工输入模块相关信息；

警报器模块包括3种颜色的警示灯和能够发出2种警笛声的喇叭，根据本发明煤与瓦斯突出预报方法判断的三种安全状态分别发出不同报警信号，具体为：

安全：绿色警示灯亮，无警笛声；

基本安全：黄色警示灯亮，间歇性鸣叫警笛声；

危险：红色警示灯亮，连续鸣叫警笛声。

本发明煤与瓦斯突出预报方法及系统的有益技术效果是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，能有效、实时提取煤与瓦斯突出应力，根据检测数据确认采掘面所处的危险状态，并能分别对“安全”、“基本安全”和“危险”状态发出不同的警报。

附图说明

附图1为本发明煤与瓦斯突出预报系统安装的三维示意图；

附图2为本发明煤与瓦斯突出预报方法及系统所采用的煤与瓦斯突出应力采集器的剖视示意图。

下面结合附图及具体实施例对本发明煤与瓦斯突出预报方法及系统做进一步说明。

具体实施方式

附图1为本发明煤与瓦斯突出预报系统安装的三维示意图，图中，1为采掘巷道，2为采掘面，3为煤与瓦斯突出应力采集器，4为信号传输线，5为警报仪。由图可知，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3、警报仪5和信号传输线4，其中：煤与瓦斯突出应力采集器3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4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5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。

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：

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。

为准确、广泛的采集煤体内部的应力变化信息，可以采用在采掘面的不同位置安设煤与瓦斯突出应力采集器，并将采集到的数据信息交由同一台警报仪进行处理。因此，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。另外，为保证煤与瓦斯突出应力采集器采集到的数据准确、可靠，可采用预制构件的方式在煤体内部应力变化采集点设置煤与瓦斯突出应力采集器，即在煤体内部应力变化采集点钻孔，将设置有应力采集片的薄壁金属筒装入孔中，采用混凝土灌注砂浆浇入孔中并维护其凝固，使其形成预制构件。附图2为本发明煤与瓦斯突出预报方法及系统所采用的煤与瓦斯突出应力采集器的剖视示意图，图中，301为薄壁金属筒，302为锚固窗，303为刚性凸起，304为应力采集片。由图可知，本发明煤与瓦斯突出预报方法及系统所采用的煤与瓦斯突出应力采集器包括薄壁金属筒301、锚固窗302、刚性凸起303、应力采集片304、信号传输线和灌注砂浆，其中，刚性凸起303固定在薄壁金属筒301外侧，型号为SEN09673的应力采集片304粘贴在刚性凸起303的侧面，信号传输线连接警报仪和应力采集片304，灌注砂浆在现场将薄壁金属筒301、刚性凸起303、应力采集片304和信号传输线浇注成预制构件。锚固窗302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。

本发明煤与瓦斯突出预报系统警报仪的主要功能是对采集到的实时应力变化数据进行处理，判断采掘面所处的安全状态，并发出相应的警报信号。本发明煤与瓦斯突出预报系统警报仪包括参数输入、主控芯片、AD转换、警报器和液晶显示5个模块，其中：

参数输入模块为4×4的键盘，用于手工输入煤采掘巷道掌子面煤岩的标准断裂韧度、装置运行启动与终止控制等相关指令；

主控芯片模块由于连接、协调其他模块工作并进行临时数据存储；

AD转换模块用于把煤与瓦斯突出应力采集器采集并传输到煤与瓦斯突出灾害警报仪的应力模拟信号转变为应力数字信号；

液晶显示模块用于直观显示参数手工输入模块相关信息；

警报器模块包括3种颜色的警示灯和能够发出2种警笛声的喇叭，根据本发明煤与瓦斯突出预报方法判断的三种安全状态分别发出不同报警信号，具体为：

安全：绿色警示灯亮，无警笛声，表示不存在矿难，煤与瓦斯采掘工作可继续进行；

基本安全：黄色警示灯亮，间歇性鸣叫警笛声，表示可能发生煤与瓦斯突出矿难，工人做好撤离采掘面的准备，技术部门做好煤与瓦斯突出灾害精细监测与核查工作；

危险：红色警示灯亮，连续鸣叫警笛声，表示极有可能发生煤与瓦斯突出矿难，应当立即启动灾害应急处置预案，工人立即撤离采掘面，技术部门做好灾害应急处置工作。

本发明煤与瓦斯突出预报方法及系统的有益技术效果是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，能有效、实时提取煤与瓦斯突出应力，根据检测数据确认采掘面所处的危险状态，并能分别对“安全”、“基本安全”和“危险”状态发出不同的警报。

Claims (5)

1.一种煤与瓦斯突出预报方法，其特征在于：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，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≤0.5m时，无论煤与瓦斯突出板的安全系数F _s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＞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。

2.一种煤与瓦斯突出预报系统，其特征在于：该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，根据权利要求1煤与瓦斯突出预报方法中的煤与瓦斯突出板的安全系数公式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。

3.根据权利要求2所述煤与瓦斯突出预报系统，其特征在于：该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。

4.根据权利要求2所述煤与瓦斯突出预报系统，其特征在于：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。

5.根据权利要求2所述煤与瓦斯突出预报系统，其特征在于：警报仪包括参数输入、主控芯片、AD转换、警报器和液晶显示5个模块，其中：

参数输入模块为4×4的键盘，用于手工输入煤采掘巷道掌子面煤岩的标准断裂韧度和控制系统运行、启动与终止的相关指令；

主控芯片模块用于连接、协调其他模块工作并进行临时数据存储；

AD转换模块用于把煤与瓦斯突出应力采集器采集并传输到煤与瓦斯突出灾害警报仪的应力模拟信号转变为应力数字信号；

液晶显示模块用于直观显示参数手工输入模块相关信息；

警报器模块包括3种颜色的警示灯和能够发出2种警笛声的喇叭，根据权利要求1煤与瓦斯突出预报方法判断中的三种安全状态分别发出不同报警信号，具体为：

安全：绿色警示灯亮，无警笛声；

基本安全：黄色警示灯亮，间歇性鸣叫警笛声；

危险：红色警示灯亮，连续鸣叫警笛声。

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