单巷掘进瓦斯突出超前预报方法

摘要

本发明公开了一种单巷掘进瓦斯突出超前预报方法，利用掘进头与回风口处两个瓦斯、风速监测探头的实时数据进行瓦斯突出超前预报。设立靠近回风巷点A点，监测百米巷道瓦斯涌出量的小时、日与周平均变动量作为预警指标，通过该指标判断巷道通过地层瓦斯涌出状况；设立靠近掘进头点B点，监测瓦斯涌出总量的小时、日、周平均值变动量作为预警指标，通过该指标监测掘进头局部瓦斯涌出量的变化。该项发明通过两点不同指标的交互印证，符合瓦斯突出时的地质与瓦斯特性，结合现有煤矿安全监控系统，实现了现阶段对单巷掘进瓦斯突出预测投入少、预测及时、超前预测的特点，填补了国内外技术上的空白。

说明书

一、技术领域

本发明属于煤矿安全开采技术领域——预测报警装置，具体为一种单巷掘进瓦斯突出超前预报方法。

二、背景技术。

瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象，也是威胁煤矿井下安全生产最严重的灾害之一，特别是在单巷掘进中，由于地质条件的多异性、复杂性，瓦斯突出的突发性与掘进工作对前方条件的未知性与不确定性，造成单巷掘进中瓦斯突出事故高发却难于有限预测预报，为煤矿安全生产带来了极大的危害。目前对单巷掘进中瓦斯突出的预测预报方法主要有电磁辐射、声发射、微震、温度异常、掘进头瓦斯涌出等方法。这些方法在实际应用中有的方法不但需要另行施工，而且操作繁琐，实时预测预报性不强；有的方法虽能实现实时预测预报但受环境因素影响较大，也没有实现数据的交互验证。目前对单巷掘进过程中易发的瓦斯突出仍没有简单、易行、有效性高的方法。

三、发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种单巷掘进瓦斯突出超前预报方法，本方法具有投入少、预测及时、超前预测等优点。

为达到上述目的，本发明的采用以下技术手段：

一种单巷掘进瓦斯突出超前预报方法，在煤矿巷道内至少设有一个瓦斯检测点；

检测计算某时段监测点处的瓦斯总流量其中：V为检测点的风速，S为检测点的巷道断面，q为检测点的瓦斯浓度，n为该时段内瓦斯监测仪监测的数据数；

计算某时段监测点检测点处每百米巷道瓦斯量C，其中：Q为检测点某时刻瓦斯总流量，L为当前时刻单巷掘进的总长度，单位：米；

计算检测点百米巷道瓦斯涌出的小时平均值C_h、日平均值C_d与周平均值C_w；

当小时平均值C_h、日平均值C_d与周平均值C_w变动大于5％-10％时，发出警报。

进一步的，所述的检测点中至少有一个靠近回风巷端口部。

进一步的，所述的检测点设有两个，其中第一点A靠近回风巷端口部，第二点B靠近掘进头点。

进一步的，计算某时段监测点第一点A处瓦斯总流量

$>{\bar{Q}}_A=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{V}_A.S_A.q_A$>

其中：V_A为第一点A点的风速，S_A为第一点A点的巷道断面，q_A为第一点A点的瓦斯浓度，n为该时段内瓦斯监测仪监测的数据数；

计算某时段监测点第一点A处每百米巷道瓦斯涌出量C_A

$>C_A=100\times {\bar{Q}}_A/L$>

其中：Q_A为第一点A点某时刻瓦斯总流量，L为当前时刻单巷掘进的总长度(米)；

计算某时段监测点第二点B处瓦斯总流量

$>{\bar{Q}}_B=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{V}_B.S_B·q_B$>

其中：V_B为第二点B点的风速，S_B为第二点B点的巷道断面，q_B为第二点B点的瓦斯浓度，n为该时段内瓦斯监测仪监测的数据数；

计算第一点A点百米巷道瓦斯涌出的小时平均值C_Ah、日平均值C_Ad与周平均值C_Aw；

计算第二点B点瓦斯流量的小时平均值日平均值与周平均值

当小时平均值C_Ah、日平均值C_Ad、与周平均值C_Aw、变动大于5％-10％时，发出警报。

进一步的，所述的第一点A距离回风巷10-15米。

进一步的，所述的第二点B距离掘进头5-10米。

进一步的，当变动大于10％，为初级预警；

当变动大于8％，为二级警情；

当变动大于5％，为一级警情；

当C_Ah变动大于10％，为初级警情；

当C_Ad变动大于8％，为二级警情；

当C_Aw变动大于5％，为一级预警(红色)。

本发明的工作原理及有益效果表现在：

下面所涉及到的术语：

松动圈：又称松动带，硐室开挖引起周围应力集中所导致的围岩破坏、松动、弱化或塑性变形的范围。

巷道掘进过程中，松动圈的形成有一个发展过程，在瓦斯涌出的过程中，瓦斯浓度、压力、吸附方式的不同涌出的规律各异，但是总体来说，巷道掘进过程中，松动圈内的瓦斯能够大部分释放，松动圈外部的瓦斯释放受到煤体的渗透性影响较大。

从总体来说，时间周期越长，瓦斯浓度的变化幅度越小，可以说在一定的地层条件下，相对稳定，如果某一时间段浓度发生较大变化，就说明问题比较严重了，开始报警。

设两个点对于优化报警是很有必要的，因瓦斯的释放有一定的过程，首先，靠近掘进头的瓦斯探头，即第二点B对于掘进中瞬间瓦斯浓度的探测是更为直接、更有意义。

然而，对于该地层瓦斯浓度的变化趋势，相对于第二点B，第一点A更能表达巷道通过地层的瓦斯浓度趋势，两点相互配合也是该专利申请的主要发明点，该专利不是仅仅对瓦斯的瞬间值报警，特提出了通过瓦斯的时间段内(小时、天、周)内的均值进行判断，该种判断方法是符合瓦斯地质与瓦斯涌出规律的。

第二点B瞬间值的超限不能表明该地区瓦斯浓度一定高到突出的程度，瓦斯浓度瞬间值的升高有好多影响因素，但是瓦斯阶段浓度对了解不同地域吨煤瓦斯含量是较灵敏的，关于百分比需要根据该地域已有地层瓦斯含量进行分析，确定一个合理的百分比。所以说，A点的监测尤为重要。关于B点的监测，可以作为瞬间瓦斯浓度的风向标，对A的综合判断具有借鉴价值。

发生瓦斯突出，A点的瓦斯历史曲线与B点的瓦斯历史曲线肯定发生较大的变化，但是发生变化是否一定发生瓦斯突出则不是一个必须条件，本发明专利使用A点的监测作为基础，使用B点的监测作为佐证，对提前预测瓦斯突出具有很大的指导意义与借鉴价值。

四、附图说明

图1为单巷掘进监测点布置示意图

图中：1-回风巷，2-监测点A，3-风筒，4-实体煤岩，5-掘进头，6-进风巷，7-掘进巷道，8-风速监测点B。

五、具体实施方式

如图1所示，其中1是回风巷，2是监测点A，3是风筒，4是实体煤岩，5是掘进头，6是进风巷，7是掘进巷道，8是风速监测点B。

单巷掘进瓦斯突出超前预报方法，在掘进的单巷中设置两个检测点，检测点A1和检测点B2，其中检测点A1距离回风巷10-15米；检测点B2距离掘进头5-10米。

该警报方法如下：

(1)计算某时段监测点A处瓦斯总流量

$>{\bar{Q}}_A=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{V}_A.S_A.q_A$>

其中：V_A为A点的风速，S_A为A点的巷道断面，q_A为A点的瓦斯浓度，n为该时段内瓦斯监测仪监测的数据数

(2)计算某时段监测点A处每百米巷道瓦斯涌出量C_A

$>C_A=100\times {\bar{Q}}_A/L$>

其中：Q_A为A点某时刻瓦斯总流量，L为当前时刻单巷掘进的总长度(米)

(3)计算某时段监测点B处瓦斯总流量

$>{\bar{Q}}_B=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{V}_B.S_B·q_B$>

其中：V_B为B点的风速，S_B为B点的巷道断面，q_B为B点的瓦斯浓度，n为该时段内瓦斯监测仪监测的数据数

(4)计算A点百米巷道瓦斯涌出的小时平均值C_Ah、日平均值C_Ad与周平均值C_Aw。

(5)同理计算B点瓦斯流量的小时平均值日平均值与周平均值

(6)当变动大于10％，为初级预警(黄色)；

当变动大于8％，为二级警情(橙色)；

当变动大于5％，为一级警情(红色)；

当C_Ah变动大于1 0％，为初级警情(黄色)；

当C_Ad变动大于8％，为二级警情(橙色)；

当C_Aw变动大于5％，为一级预警(红色)。