采煤工作面瓦斯抽采有效半径现场测定方法

采煤工作面瓦斯抽采有效半径现场测定方法

孟令东

兖矿新疆矿业有限公司硫磺沟煤矿 新疆昌吉 831100

摘要：为提高煤矿的安全生产水平，国家先后出台了多项政策，将瓦斯抽采工程视为生命工程、资源工程，并要求煤矿建设瓦斯抽采计量监测系统，实现温度、压力、流量、甲烷、一氧化碳等参数的监测，其中流量值的监测是瓦斯抽采达标评判和瓦斯利用的重要参数。由于抽采管道内高尘、高湿、高负压等因素的影响，流量监测过程中存在不同类型设备或不同原理设备之间数据差异，给瓦斯抽采领域的技术人员、管理人员造成较大的困扰。结合工作实践，梳理造成上述现象的外部原因和使用过程的一些注意事项，为瓦斯抽采管理工作提供参考。

关键词：采煤工作面；瓦斯抽采；半径现场测定方法

引言

2021年煤炭在我国能源消费总量中占比56.0%，与往年相比，煤炭的生产和消费比重虽有所降低，但其在我国能源结构中仍然占据着主导地位，对我国未来的经济发展仍将发挥重要的作用。随着我国煤矿开采深度的增加，地质条件日趋复杂，煤矿灾害事故的发生几率也在增加。与其他煤矿事故相比，瓦斯事故一直是煤矿井下危险程度最大、死亡比例最高的事故类型之一，对于瓦斯事故的遏制不容轻视。我国一直坚持“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的瓦斯治理原则，瓦斯抽采是预防瓦斯事故的重要方法之一，而瓦斯抽采效果受到众多因素的影响。

1现场应用背景

目前，瓦斯抽采流量监测的有孔板、涡街、Ｖ锥、均速管、皮托管等技术。孔板流量传感器永久性压损大、量程比小、节流件边缘易磨损，造成流出系数变化且拆装保养麻烦，主要用于人工监测以及与在线式流量传感器的数据对比；以威力巴为代表的均速管型流量传感器通过测量一条线上多个测点的流速，实现流量的监测，该传感器以量程比大、压损小、测量准确、结构简单、维护方便等优点受到工程技术人员的欢迎，市场占比约７０％，但均速管型流量传感器需要客户订购不同管径规格的设备；以皮托管、涡街、循环自激式等为代表的点式流量传感器有类似优点，市场占比约２５％，客户只需采购一种规格的流量传感器，备品备件管理简单；瓦斯抽放便携仪主要实现抽采管道内温度、压力、流量等参数的监测，采用皮托管获取前后两侧的差压值，并与温度、压力、环境大气压等参数进行流量计算。瓦斯抽采流量传感器在现场使用过程中，存在流量传感器与人工测量（孔板、多参数便携仪）数据偏差较大的现象。造成此类现象的原因很多，但结合多年现场工作经验，流量传感器的选址、安装、维护不当是重要原因。

2进行煤矿瓦斯精细化管理的必要性

随着近几年自媒体的飞跃发展，有关煤矿事故的短视频，无论大小逐渐都被曝光，这也证实了我国在煤矿开采过程中是出现事故较为严重的国家，通过研究发现，在开采煤矿过程中出现的事故，以瓦斯事故最为严重。煤矿开采逐渐向深部水平开采的过程中，其出现事故的概率也在逐渐增加中，最主要的原因在于，深部水平开采过程中，其煤层的透气性变得越来越差，同时，煤层瓦斯的含量、扩散的速度等等，却是在不断增加的，因此，在深部水平开采过程中，对于瓦斯的治理却相对变的越来越不容易，开采起来也变的越来越难。如果在深部水平开采过程中，仍然采用传统的煤矿瓦斯治理手段以及管理模式的话，那么不仅会影响煤矿开采的进度，同时还会在煤矿开采过程中，存在一定的安全隐患。除此之外，在瓦斯治理过程中，其成本增加了，但效率和成效却很低。因此，亟需对煤矿深部水平开采过程中瓦斯的治理进行改进，提高其治理的精确性，降低瓦斯治理的成本，进而能够提高其工作效率。

3采煤工作面瓦斯抽采有效半径现场测定方法

3.1地质信息透明化

地质信息透明化可以提高操作人员对目标瓦斯层的判断精度，也是智能瓦斯抽采技术基础。在该技术下，系统可自动识别煤层赋存情况，并根据媒体结构推断瓦斯分布。虽然现阶段地质分析技术并不够成熟，但可收集到的信息已经能够准确表现出该区域的基本性质。同时，地质技术分析并非单一技术，它包含数据库整理、探测技术和优化技术，比如在X光技术的应用下，地质分析精度再次增加，而增加的数据也会直接进入数据库中，通过筛选进一步恢复该地区的实例地质条件。而随着地质数据库数据的增加，技术人员也能够更加轻松的对目标开采区域进行数据复原，并通过3D透明化的地质建模确定瓦斯开采的最佳方案。另外在部分欧洲国家，开始尝试通过模型模拟开采过程，并推测瓦斯抽采过的地区环境变化情况，最后达到资源与环境的平衡。可以发现，该技术能够有效降低传统瓦斯开采的被动性，并能够尽早发现开采中的不稳定因素，及时排除。而当数据库达到一定规模后，对资源利用也有相当宝贵的指导作用，比如在未来部分非再生资源的利用中，就能够最大程度提升该资源的具体收益。

3.2做好瓦斯监测工作

瓦斯监测是防治瓦斯通风安全问题的基础，监测的有效性与煤矿生产安全有着直接联系。在开展瓦斯监测的过程中，需要着重从以下几个方面着手。第一，检查关键部位的外丝探头是否存在破损，外丝探头起到的作用是监测空气中瓦斯浓度，然而因矿井生产环境比较恶劣，因而瓦斯探头特别容易出现损坏。所以，要定期检查、及时发现、及时更换。第二，确定定点监测机制。考虑到个别部位监测探头监测不到的，对此需要检验人员进而现场实地检查，以此来了解瓦斯浓度，要求检验人员严格遵守制度条例的操作规定，详细记录检测数据，针对检测到的异常数据，应及时反馈给上级部门。第三，瓦斯监测范围应保证全覆盖，针对采掘工作面每个班次最少需要进行三次浓度检查，其他地点则要逐个班次检查一次。需要尤为关注的是因煤层自燃诱发的瓦斯超限问题，可以尝试搭建煤自燃监测预警指标体系以及松散煤体自燃多因素耦合预警系统，通过感知与防控设备的协同启动，综合预防煤层自燃发火，从根源处控制瓦斯积聚现象。

3.3有效抽采半径响应曲面

二次多项式响应面模型的近似函数可通过变量代换转化为形式上的线性函数，然后通过试验样本空间的参数矩阵得到基于响应面模型的函数值，由此计算响应值与实验值之间的误差，利用最小二乘法求解上式中二次多项式系数。方差分析见表1。表中P值为各项显著性的关键分析值，如果P值越小，说明极端的假设情况发生的概率越小，则说明结果越显著。由表1可以看出，目标函数R的响应面模型P值远远小于0.01，即表示模型显著性极好，所得多项式回归方程可准确反映各因素对响应值（有效抽采半径）的影响。模型中的初始渗透率项、抽采时间项、初始渗透率的平方项以及初始渗透率与抽采时间交互项的P值都小于0.05，说明这几项在模型中都是显著的，其他项的P值都没远大于0.05，说明其它项的显著性也可以接受。其决定系数为0.9957，表明99.57%以上的响应值均可由这个模型解释。

表1方差分析

结束语

综上所述，在煤矿开采作业中，为确保生产安全，为作业人员的生命安全以及单位财产安全提供多一重保障，需要高度重视瓦斯通风。针对现存的煤矿瓦斯通风存在的安全问题，采取行之有效的措施加以防治，合理布置通风系统、做好通风安全管理、优化矿井通风网络、严格瓦斯管理、做好瓦斯监测工作，将通风安全管理与瓦斯防治两项工作协同起来，高质量落实好煤矿的通风管理工作，为矿井作业人员提供一个安全的作业环境，持续提升煤矿单位的经济效益。

参考文献

[1]倪兴,张开加,仇海生,秦兴林.煤矿瓦斯安全监测系统的设计方法及实现路径[J].矿业装备,2021,(01):88-89.

[2]王治文,白雪文,刘春刚,张桉.原相煤矿瓦斯抽采量预测研究[J].山西焦煤科技,2021,45(01):9-13.

[3]李喆.煤矿瓦斯通风安全问题分析[J].内蒙古煤炭经济,2021,(01):111-112.

[4]韩超.基于物联网的煤矿瓦斯抽采系统智能云平台[J].内蒙古煤炭经济,2021,(01):148-149.

[5]张松宁.煤矿通风瓦斯安全分区控制研究[J].煤矿现代化,2021,(01):179-181.