論文推薦|舒龍勇等:煤與瓦斯突出危險精準辨識理論方法與技術探索

2020-12-26 全國能源信息平臺

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創新點

以煤與瓦斯突出關鍵結構體致災機理為指導，提出了「超前探測地質結構異常-實時監測煤體突出危險性-隨鑽測定各種特徵參數和預測指標」這一煤與瓦斯突出危險「層層遞進-精準辨識」理論方法和技術思路；研發了「超前探測-實時監測-隨鑽測定」相結合的突出危險精準辨識技術，能夠綜合反映採掘工作面周圍地質結構異常變化、煤體結構變化、瓦斯和地應力大小變化特徵，促進了突出預測工作由點預測向面預測、由間斷式向連續式、由接觸式向接觸-非接觸式相結合的轉變，並為突出災害綜合監測預警提供了新的解決思路。

作 者

舒龍勇1,2,朱南南1,2,陳　結3,安　賽1,2,張慧傑1,2

作者單位

1. 煤炭科學技術研究院有限公司安全分院 2. 煤炭科學研究總院煤炭資源高效開採與潔淨利用國家重點實驗室 3. 重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室

研究背景

煤與瓦斯突出(簡稱「突出」)是煤礦井下發生的一種極其複雜的動力災害,研究歷史已有180 餘年之久,期間國內外大量的科學家和工程技術人員進行了多種研究與嘗試,提出了多種假說、預測預警與防治方法。

2

摘 要

針對我國煤與瓦斯突出頻發、突出事故呈現新特徵、突出預測方法和指標體系有待完善等現實問題,為了更好地指導突出預測與防治工作,以煤與瓦斯突出關鍵結構體致災機理為指導,基於突出發生位置必須具備特殊的地質結構環境這一基本認識,提出了煤與瓦斯突出危險「 層層遞進-精準辨識」的理論方法,具體包括3 個層次:採用物探和鑽探相結合的手段,超前探測採掘工作面周圍存在的異常地質結構;採用微震和瓦斯湧出實時監測相結合的方法,動態分析採掘擾動條件下採掘工作面前方煤體結構、地應力和瓦斯大小變化特徵;採用隨鑽測定相關特徵參數和預測指標的方法,進一步驗證超前探測和實時監測的辨識結果。

探索性工程試驗表明:「超前探測地質結構異常-實時監測煤體突出危險性-隨鑽測定煤層瓦斯大小」相結合的突出危險辨識技術能夠綜合反映採掘工作面周圍地質結構、煤體結構、地應力和瓦斯大小變化特徵,促進了突出預測工作由點預測向面預測、由間斷式向連續式、由接觸式向接觸-非接觸式相結合的轉變。通過進一步發展物探和鑽探相結合的精細探測技術,引入大數據分析和機器學習算法等訓練綜合判識模型,開發以「超前探測異常地質結構,實時監測採掘工作面微震信號和瓦斯湧出時序變化特徵,隨鑽測定各種特徵參數和預測指標」為核心的綜合預警系統,實現突出災害多元信息綜合監測與智能預警,更好地服務於煤與瓦斯突出防治工作。

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文中部分圖片

圖2　關鍵結構體中結構2 受力環境示意

圖5　鑽孔周圍地質鑽孔雷達探測成像示意

圖6　試驗地點及傳感器布設基本情況

圖8　31011 迴風巷工作面鑽孔雷達剖面

圖9　微震監測數據分析過程

圖10　瓦斯體積分數監測數據分析過程

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作者簡介

個人簡介

舒龍勇，男，1986年2月生，安徽金寨人，博士，副研究員，中國煤炭科工集團煤炭科學技術研究院有限公司安全分院瓦斯所副所長（主持工作）。主持國家自然科學基金、國家科技重大專項研究任務和國家重點研發計劃子課題4項，參與各類國家級縱向課題6項，主持國家和行業標準制定各1項，在《煤炭學報》、《巖石力學與工程學報》、《採礦與安全工程學報》等學術期刊上發表學術論文30餘篇，申請和授權發明專利12項，獲省部級科技獎勵10餘項。

研究方向

煤與瓦斯突出發生機理與防治，低滲煤層增透與高效抽採

主要成果

致力於煤礦瓦斯災害發生機理與防治技術方面的研究。在煤與瓦斯突出機理研究方面，將煤與瓦斯突出機制研究與工程結構相結合，提出了煤與瓦斯突出的關鍵結構體模型，基於該模型進行了突出類型和階段的科學劃分，建立了啟動的力能判據，形成了「煤與瓦斯突出關鍵結構體致災理論」（巖石力學與工程學報，2017.02；採礦與安全工程學報，2017.02；博士論文：煤與瓦斯突出的關鍵結構體致災機理，2019.06），為突出災害科學防控提供了新的理論支撐；在煤與瓦斯突出監測預警方面，基於煤與瓦斯突出關鍵結構體致災機理，提出了「超前探測地質結構異常-實時監測煤體突出危險性-隨鑽測定各種特徵參數和預測指標」這一煤與瓦斯突出危險「層層遞進-精準辨識」理論方法和技術思路（煤炭學報，2020.05），開發了「超前探測-實時監測-隨鑽測定檢驗」相結合的多元信息監測預警技術和系統；在瓦斯高效抽採和突出防控方面，提出了「煤礦井下煤層瓦斯抽採半徑直接測定方法——瓦斯儲量法」（煤炭科學技術，2018.8），申請並獲批制定國家標準「煤礦井下煤層瓦斯抽採半徑測定方法」，建立了針對關鍵結構體進行「探測-消除-防控」的整體防突思路，揭示了煤礦深部開採卸荷消能與煤巖介質屬性改造協同防突原理（煤炭學報，2018.11），發明了煤與瓦斯突出卸荷消能與煤巖介質屬性改造協同防控方法。與團隊成員一起正在開展瓦斯治理過程管控與突出監測預警、高壓水力精準分類增透、高壓氣體驅替和致裂增滲、相變凝膠鑽孔動態密封等多項新技術的研發和推廣應用工作。

來源：

舒龍勇,朱南南,陳結,等. 煤與瓦斯突出危險精準辨識理論方法與技術探索[J]. 煤炭學報,2020,45(5):1614-1625.

SHU Longyong,ZHU Nannan,CHEN Jie,et al. Theoretical method and technology of precision identification for coal and gas outburst hazard[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(5):1614-1625.

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責任編輯：常明然

編輯整理：劉暘

審 核：常琛

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