突出危险煤层群卸压瓦斯抽采技术优化及防突可靠性研究
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摘要
针对我国瓦斯动力灾害事故的严重性和近年来保护层开采与卸压瓦斯抽采技术发展趋势，本文以岩体力学、弹性力学等基础理论为指导，以数值模拟、现场考察等方法为途径，对煤层群条件下保护层开采后其上覆和下伏煤岩体应力分布规律、裂隙发育演化过程展开了较为全面的理论研究。在理论研究的基础上，对当前卸压瓦斯抽采方法进行了总结优化，构建了保护层开采及卸压瓦斯抽采技术的评价指标体系，同时对保护层开采及卸压瓦斯抽采技术的可靠性和过程控制技术进行了初步研究。论文的研究内容对煤层群条件下保护层开采及卸压瓦斯抽采技术的实际运用有重要理论指导意义。
论文研究了不同保护层层位条件下，顶底板围岩应力与围岩移动变形随开采长度及层间距的变化规律。在理论研究的基础上，结合卸压瓦斯抽采技术的发展和应用实例，分析各瓦斯抽采模式具体应用下的基本煤层地质条件、卸压瓦斯抽采效果及开采验证情况，优化了瓦斯抽采方法和工艺参数，总结获得各抽采模式的适用条件，为瓦斯治理工程的总体设计规划提供例证和参考。
基于保护层开采及卸压瓦斯抽采技术工艺流程特点，对方案设计、瓦斯抽采、效果检验和效果验证四个环节，提出了“基本指标”、“瓦斯抽采参数设计指标”、“保护范围划定指标”、“卸压增透效果指标”、“瓦斯抽采效果指标”、“效果检验指标”和“效果验证指标”7个一级指标，其下又涵盖了20个二级指标。在大量现场统计数据的基础上，确立了相应的指标临界值，构建了保护层开采指标体系，为保护层开采及卸压瓦斯抽采的设计、瓦斯抽采、效果评价、保护范围的划定、可靠性评价和防突过程控制提供了科学依据。
创新性的将可靠性理论引入保护层开采技术应用中，归纳了七类影响保护层开采技术可靠性的主要因素，提出相应的评价指标，建立了由目标层，准则层和子准则层构成的可靠性评价体系。基于层次分析法基本理论，通过构造判断矩阵计算各层次指标重要性权重的方法。并将计算结果，按其对可靠性影响的重要度分为“重要”（权重值≥0.06）、“较重要”（0.03≤权重值＜0.06）和“一般”（权重值＜0.03）三个层次。其中，“被保护层瓦斯抽采设计”、“卸压瓦斯抽采程度”、“煤柱留设”、“未保护区管理”和“防突过程控制”5项指标属于“重要”指标，可对提高保护层开采技术的可靠性产生直接影响，需特别关注。
最后以现有煤矿瓦斯治理模式特点为基础，引入过程控制的概念，构建了煤矿瓦斯治理总过程模型及典型子过程模型，提出瓦斯治理过程各参数的跟踪控制方法，并将瓦斯治理过程控制智能系统应用于祁南煤矿的713工作面掘进过程中的过程控制，取得了较好的效果，初步实现了瓦斯治理过程的规范化和程序化。
Due to the gas dynamic disaster accident severity, the current situation ofprotect layer mining with pressure relief gas extraction technologies got rapiddevelopment. Based on fundamental theories like rock mechanics, elastic mechanics,used numerical simulation and site inspection, the stress distribution laws andfracture deformation processes of protect layer mining was established under thecondition of coal seams. On the basis of theoretical researches, the pressure-reliefgas drainage methods were summarized and optimized. The mode of gas extractiontechnology aims at the protective layer and the protected layer were stated. Theevaluation index system of protective layer mining and pressure relief gas drainagetechnology was established. Finally, process control theory was applied to the coalmine gas control engineering, the initial framework of the Intelligent Control Systemof Mine Gas Management was built. The research results has the theoretical guidingsignificance to the practical application of protect layer mining with pressure reliefgas extraction technologies.
The varying pattern of mining length and layer spacing along with surroundingrock stress and strata movement in roof and floor after mining of upper protectivelayer and lower-protective layer was studied in this paper. Connecting with theactual development of mine pressure-relief gas technology, basing on the object ofthe extraction technology and the methods of gas extraction, this paper summarizingthe modes of protective layer and gas extraction technology and the protectived layerand gas extraction technology. The methods and parametes of gas extraction wasoptimized. That provide examples and references for the plan of gas minister project.
According to the characteristics of the technique with protective layer miningand mine pressure-relief gas, This paper puts forward a multilevel index to controlthe technology and quality in each link, Constructs a index system of protective layermining and gas extraction, which have7parents indexes and20sub-indexes. Then,based on the actual assessment of each index in a large number of engineeringapplications, Statistical validation shows each index control effect on the engineeringlink, Given the critical value of each index which is suited to the actual situation inour country's most mining areas, It is convenient to promote the index system ofprotective layer mining and gas extraction.
Analysis based on the main factors that affect the reliability of protective layermining technology, in the article, the reliability evaluation index system of protectivelayer mining technology is divided into the target layer, criteria layer and sub-criterialayer, and the basic theory of the Analytic Hierarchy Process is used to judgmentmatrix to calculate various indicators weight. Calculate the important degree ofdifferent indicators and indicators are divided into "important(value≥0.6)","moreimportant(0.03≤value<0.06)" and "general(value<0.3)" three categories.“theprotected layer mining design”,“the pressure-relief gas drainage”,“the coal pillar”,“the managerment of unprotected area” and “the outburst prevent control” shouldpay more attention.
Finally, based on the characteristics of gas control mode of the existing coalmine, the concept of process control is introduced, build the process model of coalmine gas control process. Apply intelligent control systems of gas control to theprocess control of tunneling process in713workface of Qinan coalmine, and obtaingood results, preliminary achieve standardization and procedures of gas controlprocess.
论文研究了不同保护层层位条件下，顶底板围岩应力与围岩移动变形随开采长度及层间距的变化规律。在理论研究的基础上，结合卸压瓦斯抽采技术的发展和应用实例，分析各瓦斯抽采模式具体应用下的基本煤层地质条件、卸压瓦斯抽采效果及开采验证情况，优化了瓦斯抽采方法和工艺参数，总结获得各抽采模式的适用条件，为瓦斯治理工程的总体设计规划提供例证和参考。
基于保护层开采及卸压瓦斯抽采技术工艺流程特点，对方案设计、瓦斯抽采、效果检验和效果验证四个环节，提出了“基本指标”、“瓦斯抽采参数设计指标”、“保护范围划定指标”、“卸压增透效果指标”、“瓦斯抽采效果指标”、“效果检验指标”和“效果验证指标”7个一级指标，其下又涵盖了20个二级指标。在大量现场统计数据的基础上，确立了相应的指标临界值，构建了保护层开采指标体系，为保护层开采及卸压瓦斯抽采的设计、瓦斯抽采、效果评价、保护范围的划定、可靠性评价和防突过程控制提供了科学依据。
创新性的将可靠性理论引入保护层开采技术应用中，归纳了七类影响保护层开采技术可靠性的主要因素，提出相应的评价指标，建立了由目标层，准则层和子准则层构成的可靠性评价体系。基于层次分析法基本理论，通过构造判断矩阵计算各层次指标重要性权重的方法。并将计算结果，按其对可靠性影响的重要度分为“重要”（权重值≥0.06）、“较重要”（0.03≤权重值＜0.06）和“一般”（权重值＜0.03）三个层次。其中，“被保护层瓦斯抽采设计”、“卸压瓦斯抽采程度”、“煤柱留设”、“未保护区管理”和“防突过程控制”5项指标属于“重要”指标，可对提高保护层开采技术的可靠性产生直接影响，需特别关注。
最后以现有煤矿瓦斯治理模式特点为基础，引入过程控制的概念，构建了煤矿瓦斯治理总过程模型及典型子过程模型，提出瓦斯治理过程各参数的跟踪控制方法，并将瓦斯治理过程控制智能系统应用于祁南煤矿的713工作面掘进过程中的过程控制，取得了较好的效果，初步实现了瓦斯治理过程的规范化和程序化。
Due to the gas dynamic disaster accident severity, the current situation ofprotect layer mining with pressure relief gas extraction technologies got rapiddevelopment. Based on fundamental theories like rock mechanics, elastic mechanics,used numerical simulation and site inspection, the stress distribution laws andfracture deformation processes of protect layer mining was established under thecondition of coal seams. On the basis of theoretical researches, the pressure-reliefgas drainage methods were summarized and optimized. The mode of gas extractiontechnology aims at the protective layer and the protected layer were stated. Theevaluation index system of protective layer mining and pressure relief gas drainagetechnology was established. Finally, process control theory was applied to the coalmine gas control engineering, the initial framework of the Intelligent Control Systemof Mine Gas Management was built. The research results has the theoretical guidingsignificance to the practical application of protect layer mining with pressure reliefgas extraction technologies.
The varying pattern of mining length and layer spacing along with surroundingrock stress and strata movement in roof and floor after mining of upper protectivelayer and lower-protective layer was studied in this paper. Connecting with theactual development of mine pressure-relief gas technology, basing on the object ofthe extraction technology and the methods of gas extraction, this paper summarizingthe modes of protective layer and gas extraction technology and the protectived layerand gas extraction technology. The methods and parametes of gas extraction wasoptimized. That provide examples and references for the plan of gas minister project.
According to the characteristics of the technique with protective layer miningand mine pressure-relief gas, This paper puts forward a multilevel index to controlthe technology and quality in each link, Constructs a index system of protective layermining and gas extraction, which have7parents indexes and20sub-indexes. Then,based on the actual assessment of each index in a large number of engineeringapplications, Statistical validation shows each index control effect on the engineeringlink, Given the critical value of each index which is suited to the actual situation inour country's most mining areas, It is convenient to promote the index system ofprotective layer mining and gas extraction.
Analysis based on the main factors that affect the reliability of protective layermining technology, in the article, the reliability evaluation index system of protectivelayer mining technology is divided into the target layer, criteria layer and sub-criterialayer, and the basic theory of the Analytic Hierarchy Process is used to judgmentmatrix to calculate various indicators weight. Calculate the important degree ofdifferent indicators and indicators are divided into "important(value≥0.6)","moreimportant(0.03≤value<0.06)" and "general(value<0.3)" three categories.“theprotected layer mining design”,“the pressure-relief gas drainage”,“the coal pillar”,“the managerment of unprotected area” and “the outburst prevent control” shouldpay more attention.
Finally, based on the characteristics of gas control mode of the existing coalmine, the concept of process control is introduced, build the process model of coalmine gas control process. Apply intelligent control systems of gas control to theprocess control of tunneling process in713workface of Qinan coalmine, and obtaingood results, preliminary achieve standardization and procedures of gas controlprocess.
引文
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