安全生产优秀科技成果论坛技术报告汇编

2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 国家安全生产监督管理总局规划科技司 二七年九月 前 言 前 言 科技 进步支撑和引领安全发展 。大力推进安全科技创新，是建设创新型国家的内在要求，是提高安全科技自主创新能力、调整经济结构、转变经济增长方式、从根本上化解制约安全生产深层次矛盾的重要途径，是建设本质安全型企业、提高企业安全生产水平的有力支撑，也是建设平安社区，构建和谐社会的重要保障。 党中央、国务院高度重视安全生产及安全科技工作，要求“加快推进安全生产科技进 步，针对重点行业和领域的共性、关键性安全生产技术难题，组织开展安全生产科研攻关，提高安全生产技术水平和安全装备水平”，把“推动安全科技进步作为安全生产的重要治本之策”。 “十五”期间，全国安全生产科技工作取得了长足发展，初步建立了企业为主体、科研机构和大专院校为中坚力量、社会广泛参与、国内外密切合作的“产学研”一体化科技创新体系，培育了一支具有较大规模、较高水平的安全科技队伍，在安全科学基础理论研究与应用、重大工业事故预防预警与应急救援、重大危险源普查及监控、事故重大隐患治理、安全管理等方面取得了一系列科研成果，一大批优秀科技成果得到推广与应用，安全科技进步支撑和引领“安全发展”的作用日趋显著，有力促进了全国安全生产继续保持总体稳定、趋于好转的发展态势。 “十一五”是我国落实科学发展观、构建社会主义和谐社会、全面建设小康社会的关键时期，安全生产同样面临严峻的挑战。安全发展是经济社会发展的基础、前提和保障，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持续发展。加强安全生产工作要始终坚持依靠各级党委政府、依靠相关部门、依靠企事业单位、依靠社会公众广泛参与和密切合作。努力推动安全文化、安全法制、安全责任、安全科技、 安全投入等要素落实到位，提升安全保障能力，推动科技进步引领支撑安全生产。坚持一手抓研发攻关，一手抓推广应用，典型引路、集成推广，使那些技术成熟、先进适用的科技成果尽快普及，转化为有利于安全生产的先进生产力。 国家安全 生产 监 督 管 理 总局根据“十一五”安全生产科技发展规划，围绕安全生产“落实年”和“攻坚年”的目标任务，针对煤矿、非煤矿山、危险化学品、烟花爆竹等重点行业领域安全生产技术的紧迫需求，确定了 煤矿瓦斯高效抽放技术与装备、煤矿安全网络化综合监测监控系统 、 矿井提升安全保护技术与装备 、 矿山井下人员位置监测技 术与装备 、 非煤露天矿中深孔爆破开采技术 、危险品和长途客运车辆行驶监控技术 、 高安全性烟花爆竹药剂与生产技术 、 重大危险源监控与应急救援辅助决策系统 、 生产过程高可靠性安全管理体系 等 九项安全生产优秀科技成果 “十一五” 重点推广方向，将进一步促进安全生产科学技术创新成果的研究与推广应用，这些优秀科技成果的推广将为安全生产形势的好转发挥积极的作用。 “ 2007 安全生产优秀科技成果论坛” 将就上述 九项安全生产优秀科技成果重点推广方向 进行交流研讨。本次论坛由 国家安全生产监督管理总局规划科技司 主办、 总局 通信信息中心承办。 本汇编由 总局 通信信息中心编辑 发行 。 目 录 目 录 煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 煤与瓦斯突出厚煤层群保护层开采与瓦斯预抽 防突技术 . 张振龙 / 1 煤矿安全网络化综合监测监控系统 煤矿安全网络化综合监测监控系统 . 马 平 /21 红外气体分析技术在煤矿甲烷检测领域的创新 应用 . 孟 伟 /25 矿井提升安全保护技术与装备 矿井提升安全保护技术与装备 . 贾福音 /28 矿山井下人员位置监测技术与装备 加强煤矿生产安全 规范企业定员管理的新技术 . 王 勇 /31 矿山井下人员位置监测技术与装备 . 陈荣光 /36 非煤露天矿中深孔爆破开采技术 非煤矿山开采爆破公害预测（飞石、地震等） 系统 . 郭金峰 /42 危险品和长途客运车辆行驶监控技术 用高科技手段为危险品运输保驾护航 . 富 斌 /47 重大危险源监控与应急救援辅助决策系统 重大危险源监控与监管关键技术成果汇报材料 . 吴宗之 /54 重大危险源监控与应急救援指挥系统 . 王三明 /60 生产过程高可靠性安全管理体系 生产岗位安全标准化作业项目 . 许 杰 /65 煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 1 - 煤与瓦斯突出厚煤层群保护层开采与瓦斯预抽防突技术 鹤岗矿业集团 有限责任 公司 张振龙 一、 南山煤矿及采 区自然状况 鹤岗矿区南山煤矿为煤与瓦斯突出、易自燃 厚煤层群开采的典型矿井，现主要开采 15 号和 18 号煤层，其中 15 号层厚度 11 15m、 18 号层 12 14m，层间距平均 20 33m，均属突出危险煤层，其上、下均无可选择的保护层开采条件。因此研究煤与瓦斯突出、厚煤层群保护层开采技术与瓦斯预抽防突技术对于确保矿井安全、高效开采具有重大意义。 盆底区位于南山矿井田中部，开采的煤层标高为 -145-295m，区域南北长 1650 m，东西宽 1010 m，区域 2 个主采煤层范围为： 15 层：东至南 1断层和南 13断层上盘交面线，南至西二区 15 层五分段溜子道，西至南 14断层 上盘交面线，北至北五区 15 层六分段溜子道和北外区 15层三分段设计溜子道。 18 层：东至南 1断层和南 13 断层上盘交面线，南至西二区 18 层四分段溜子道和 F46 断层上盘交面线，西至南 F11断层上盘交面线，北至北五区 18 层五分段下块设计溜子道和北外区 18 层三分段设计溜子道。 盆底区南翼一分段位于盆底区南部 （图 1） ，生产水平为三水平，开采煤层标高为 -145-295m，区段走向长 780m，倾斜长 150m，煤炭储量 130 万吨。该区段主采煤层为 15 号层和 18 号层，均为突出危险煤层。该区上覆 11 层与 15 号层间距 100140 米，在本区范围内的工作面已于 1992 年前开采完毕，标高在 -50 到 -110 之间； 12、 13、 14 层为不可采煤层；下部 15-3（ 18-1）层煤尚未采动。 该区段回风道下部为西二区 15 层五分段下块， 15 号层顶分层于 2003 年 1 月 2004 年 3 月回采完毕，底板层于 2004年 1 月 2005 年 4 月初回采完毕。溜子道上部为盆底 区南翼二分段未采区。切眼右面为矿区井田东部边界。停采线左面为 15 层未采区域。 该区域构造较为简单， 15 号煤层厚度 712 米，倾角 4 22，煤层走向约 N75E。 盆底区南翼一分段试验区煤层采用两 种防突开采方案分两段开采。前段试验工作面采用基于保护层开采思想的分层开采技术，首采 15 层一分层作为保护层开采，使 15 层底分层得到保护和消除突出危险，然后 15 层底分层采用综采放顶煤技术进行高效开采。后段试验工作面采用基于本煤层预抽的一次放顶煤开采技术，首先通过 15 号层的瓦斯预抽技术，消除 15 号层的突出危险，然后采用综采放顶煤一次采全高技术高效开采 15 号层。通过 15 号层的安全开采，作为 18 号煤层的保护层开采，从而使 18 号煤层得到保护和消除突出危险，满足综采放顶煤一次采全高高效开采技术的使用条件，最终实现高瓦斯、 易自燃突出厚煤层群的安全、高效开采。 前一种基于解放层开采的分层开采技术将丰富厚煤层群开采无保护层开采条件时的合理、安全、高效开采问题，后一种基于本煤层预抽的一次放顶煤开采技术将大大简化厚煤层群分层开采的工艺，减少煤层自燃发火的几率，若试验成功，将是对原研究计划的拓展和丰富，研究结果将更具指导意义和示范作用。 - 2 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 回风巷剖面H1.5 45 -190-200-210-220-170-160-230-240-200-210-220212236351722162630181715226303015301511301441530221612182215141524303022-161.4-202.7-192.34F722-143.64F724-142.4-145.54D7554D757-155.24D758-152.911-179.517301525层15-215-2层18-2层层18-218-2层189.40-246.9013-110平水三水仓机 道三 水 平 中 部 机 道 下 山三 水 平 中 部 轨 道 下 山22层层033235队235队15-2西二区 层五分段底板层0.801.00盆底区南翼七层一分段153220三 水 平 机 道 下 山4F723机道162217-226.10-520.70三 水 平 南 翼 轨 道 下 山2723215V74318-2-155.20.404.104.201.202.500.800.40初期停采线一 分 层 停 采 线切 眼初 期 溜 子 道后 期 溜 子 道初 期 回 风 道后 期 溜 子 道初 期 瓦 斯 尾 巷后 期 瓦 斯 尾 巷施工道初 期 入 风初期回风反上初期尾巷上山后期皮带道后期入风上山后期回风反上设计停采线-143.0-167.3F2H=1.5m4565H=5.5mF1-196.6上架子道-193.3-200.9-216.1-231.5-233.6一分 层停 采线煤层 分叉 线18层18层一 分 层 停 采 线煤 层 分 叉 线-142.4后 期 溜 子 道后期皮带道后期尾巷反上后 期 回 风 道后 期 顶 板 尾 巷-173.0-153.0一分层回风反上初期回风反上尾巷上山一 分 层 立 眼一 分 层 立 眼一 分 层 立 眼一 分 层 立 眼-153.0后期回风反上设 计 停 采 线设 计 停 采 线三 水 平 灌 浆 道一分层 切眼切眼溜 子 道顶 板 煤 柱 瓦 斯 尾 巷一 分 层 回 风 道-280机道初 期 煤 仓初期入风一分层入风道子溜道子溜层分一初期施工道一分层施工道一分层 切眼切眼-216.6-217.8-200.818层-214.8-194.0-192.2-209.1-231.50-196.915-2层-231.0-196.0-230.9018层-190.0-184.5-230.20-187.415-2层-186.8-201.1-202.3-207.4-209.9-209.8-204.3-202.1-201.3-198.3-196.3-196.7-193.35V7285V7355V7365V7395V7425V7435V7445V7475V7485A7395A7255A723-213.1-201.30-193.1-188.5-167.3-167.1-179.3-190.0-208.5-212.4-217.0-220.5-211.6-231.6-233.7-196.6-190.9-192.0-195.3-198.5-198.4-194.7-234.3-193.6-190.7-234.2-199.1顶-167.7-195.10-189.70-184.20溜子道剖面5D703-222.5-215.55D708-225.85D711-230.4-222.85D712-233.75D713-235.3-228.05D714-238.3-231.65D715-240.85D720-240.8-233.35D721-242.4-235.6-242.75D723-240.7-233.6-238.9-228.8-238.65A710-225.75A711-234.4-223.1-274.2顶-275.8-258.2-256.5-210.0-211.9-277.8-243.5-253.0-256.3-256.4-256.5-256.2-255.2-255.7-252.5-242.3-235.9-220.2-223.4-256.2-229.0-229.0-229.3-228.9-156.0-248.0-225.0-248机道-225机道-240图 1 盆底区南翼 15#一分段工作面平面及剖面图 煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 3 - 二、 煤与瓦斯突出预测敏感指标及临界值研究 1. 15 号 层钻屑解吸规律的实验室考察 为了确定 钻屑解吸指标 h 2同充气瓦斯压力 P、瓦斯放散初速度 P 、煤坚固性系数 f 之间的关系，从盆底区北五外区综放面回风道采取煤样，在实验室进行了考察。实验室对煤样除了测定 P 、f 值外，对煤样分别充以 0.11.4MPa 之间不同的瓦斯压力，吸附平衡 48h 以上，然后考察 h 2同压力 P 之间的变化关系，考察测定 5 个点。各参数的测定结果见表 1，煤样钻屑瓦斯解吸指标 h 2同瓦斯压力 P 的关系见图 2。 2. 突出预测敏感指标的跟踪考察及结果分析 （ 1） 跟踪考察结果 跟踪考察了盆底区南翼 15 号 层一段底板层回风道、溜子道，南翼 15 号 层一段 一分层切眼、溜子道、机道，南翼 15 号 层一分段一分层工作面以及其它地点的掘进过程，测定了钻屑解吸指标 h 2、钻屑量 S 和钻孔瓦斯涌出初速度指标 q，同时考察了巷道掘进过程中煤层地质构造及产状变化及突出预测、措施效果检验过程中喷孔、夹钻、片帮、瓦斯异常等煤与瓦斯突出动力现象，具体考察测定 63 组预测数据 ，其 预测指标超标 情况见图 3-图 5（图中直线为各指标的预测临界线，直线以上为预测有突出危险）。 表 1 煤样实验室参数考察结果 煤样名称 吸附平衡 瓦斯压力 （ MPa） h 2 ( Pa ) f K P 1#煤样 ： 盆底区南翼 15#层一分段底板层工作面 0.10 160 0.48 9.65 4.63 0.50 360 0.77 440 1.02 480 1.40 540 2#煤样： 北五外区 15#层综放面回风道 0.22 100 0.28 27.86 7.80 0.37 140 0.70 220 1.02 260 1.45 300 02004006000.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6P(MPa)h2(Pa)1 # 煤 样 2 # 煤 样图 2 煤样瓦斯解吸指标 h2 同吸附瓦斯压力 P 关系曲线 - 4 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 01002003004005000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65N( 次 )h2(Pa)图 3 钻屑解吸指标 h2 预测分布图（临界值为 200） 0510152025300 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65N( 次 )S(kg/ma)图 4 钻屑量 S 预测分布图（临界值为 6） 02468100 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65N( 次 )q(l/min)图 5 钻孔瓦斯涌出初速度 q 预测分布图（临界值为 4.5） （ 2） 突出预测敏感指标及临界值分析 突出预测敏感指标是指对某一矿井突出煤层工作面进行预测时，能够明显区分出突出危险和非突出危险的突出预测指标，即在突出危险和非危险工作面实测该 指标的值无交叉或交叉区域较少。标志突出危险的指标最小值即为突出预测敏感指标临界值。 工作面突出预测各项指标的临界值，应根据现场测定资料确定。由于各突出矿井煤层地质赋存条件的差异，敏感指标及其突出临界值也是不同的。因此根据 15 号 层采掘实际情况开展工作面预测，确定该煤层适用的突出预测敏感指标及其临界值。 用 “ 三率 ” 法和灰色关联分析法，根据突出预测结果，对 15 号 层的突出预测敏感指标及临界值进行分析研究。 通过现场实测和实验室考察研究相结合，利用 “ 三率 ” 法和灰色关联分析方法，分煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 5 - 析确定了南山煤矿 15 号 层的突出预测敏感 指标及临界值，分析结果如下： （ 1） 通过 “ 三率 ” 法分析预测结果，结合灰色关联分析法，钻屑解吸指标 h2 和钻屑量 S 敏感性相对较好。 （ 2） 钻屑瓦斯解吸指标根据实验室测定结果，结合现场测试结果，其临界值定为 360Pa 是可行的；钻屑量 S 值成功地预测到了冲击地压的发生，从防冲击地压考虑，其临界值仍为 6.0kg/m。 （ 3） 实验室分析得出钻屑瓦斯解吸指标 h2 同瓦斯压力及突出危险性综合指标 K 之间更好地符合以下关系： 0948.05321.02 94.3 2 6 KPh 。 （ 4） 由于 15#层已进行了瓦斯抽放，所得出的结果只对 预抽煤层的效果检验有一定的指导意义，对于原始煤层，其敏感性和临界指标还有待进一步验证 三、 15 号层一分层回采工作面采前瓦斯预抽防突技术 1. 15 号层一分层回采工作面采前瓦斯预抽防突技术 盆底区南翼 15 层一分段区段 工作面布置见图 1。 该区段自 2003 年 10月 28 日开始进行了煤层瓦斯预抽，到开采前（ 2004 年 12 月末）区域瓦斯预抽率为 10.3%，没有达到细则规定的防突预抽率指标 25%。经充分的研究与论证，确定该区段 15 号煤层前段 445m 采用基于保护层开采思想的分层开采技术，首采 15 层一分层作为保护层开采，以实现 15 号底分层消除煤与瓦斯突出危险，满足综采放顶煤开采技术条件，探索、研究厚煤层群无保护层开采条件下的保护层开采技术。 15 号层一分层回采工作面区域采前进行了瓦斯预抽，预抽方法为底板穿层钻孔预抽。 在该区段15 号层底板岩石巷布置钻场，在钻场内向 15 号层布置 穿层钻孔。钻场间距一般为 50 m，每个钻场布置 1520 个钻孔。钻孔布置为上下两排，终孔位于煤层顶板，间距 15m，钻孔直径 75 mm。在 15号层一分层回采工作面区域 布置 10 个钻场抽放， 240 个抽放钻孔，钻场位置及钻孔参数见图 6。各钻场自 2003 年 10 月 28 日开始 相继投入抽放，抽放期间，钻孔抽放浓度平均为 71%，单孔瓦斯抽放纯量为 0.0090.0 12 m3 /min。截止 15 号层一分层回采工作面开始回采，平均抽放 422.7 天， 共预抽瓦斯 154.7 万 m3，该区域瓦斯预抽率为 10.3%。 运输机道运输机道切眼回风巷入风巷图 6 15 号层一分段预抽钻孔布置图 - 6 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 2. 15 号层一分层开采过程中瓦斯治理与抽放技术 15 号层一分层回采工作面为 15 层的首采工作面，虽然在采前进行了预抽，但预抽率仅在 10%左右，因此开采过程中瓦斯涌出量仍较大， 根据预测计 算并结合矿井类似回采工作量的瓦斯涌出情况，预计该回采工作面的绝对瓦斯涌出量将达到 40 m3/min 左右。因此应根据采场瓦斯来源，采取瓦斯综合治理技术进行分源治理。该工作面回采期间采用了回采工作面边采边抽、通风稀释和专用瓦斯巷排放的瓦斯综合治理技术。 （ 1） 通风稀释瓦斯 回采期间工作面配风 15802670m3/min，回风风量 7801890m3/min，回风流中瓦斯浓度为0.31.0%，风排瓦斯绝对量为 21.645.1m3/min，平均为 26.8m3/min。通过通风稀释，有效地处理了采场瓦斯。工作面 自 2005 年 1 月 1 日开始回采， 2005 年 7 月 3 日停采，累计风排瓦斯约为 284 万m3。 （ 2） 专用瓦斯巷排放瓦斯 在 15 号层底板岩层布置专用瓦斯排放巷，与工作面回风道外错 2030 m。从工作面回风道向专用排瓦斯巷送 4 个立眼作为联络巷，间距为 100m，专用排瓦斯巷与总回风道相连进行瓦斯排放（图7）。专用排瓦斯巷巷道形状为拱型，断面积 8m2，巷道支护采用 U 型钢架棚支护。回采期间，专用排瓦斯巷配风 3601400m3/min，瓦斯浓度为 1.52.5%，排放瓦斯绝对量为 8.0033.56m3/min，累计排放瓦 斯为 422 万 m3。 - 1 8 9 . 7 0- 2 3 4 . 2- 1 9 0 . 7- 2 3 4 . 3- 2 3 3 . 7- 2 3 1 . 6- 2 2 0 . 5一分层停采线一分层回风反上一分层立眼一分层立眼一分层立眼一分层立眼三 水 平 灌 浆 道一分层切眼一 分 层 回 风 道图 7 一分层立眼、回风道剖面图 一分层停采线9 钻 场8 钻 场 7 钻 场6 钻 场 5 钻 场 4 钻 场 3 钻 场 2 钻 场 1 钻 场回风巷入风巷入风巷22切眼1 5 号 层 一分 层1 5 号 层 底分 层回风巷图 8 15 号层一分层回采期间入风巷边采边抽钻孔布置图 （ 3） 瓦斯抽放技术 顺层交叉钻孔沿工作面进风巷布置，在工作面进风巷共布置 9 个抽放钻场，钻场间距 40m，每煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 7 - 个钻场布置 20 个抽放钻孔，钻孔分上下两排，每排各 10 个钻孔，每排钻孔按 140 度均匀呈扇形布置，并形成交叉钻孔。上排钻孔沿工作面煤层打入煤层顶板，终孔位置距离回风巷 25m； 下排钻孔沿煤层打入底分层中部，终孔位置距离回风巷 25m，钻孔直径为 75 mm。共布置 167 个钻孔，入风巷瓦斯抽放钻孔布置见图 8。抽放期间，钻孔瓦斯浓度为 51%，单孔瓦斯抽放量为 0.0350.038m3 /min，回采期间瓦斯抽出绝对量平均为 1.87m3/min，回采期间共抽放瓦斯 49.1 万立方米。 钻孔沿回风巷布置，布置 8 个钻场，钻场间距 50m，每个钻场布置 12 个钻孔，分上下两排，扇形布置。迎向回采工作面方向向顶板冒落拱上方的冒落破坏带打钻，以捕集处于冒落破坏带上部和裂隙带内来自 15 层底板层和 13 层、 18 层等上下邻近层涌入采空区的高浓度瓦斯。上排钻孔终孔距离煤层顶板 25m，沿煤层倾斜方向间距 5m，布置在裂隙带内；下排钻孔终孔距离煤层顶板 15m，沿煤层倾斜方向间距 5m，布置在冒落破坏带上部。抽放钻孔直径为 75mm。抽放期间，钻孔瓦斯浓度3550%，单孔抽放量为 0.040.05m3 /min，瓦斯抽出绝对量平均为 1.51m3/min，共抽放瓦斯 39.6 万立方米。 该工作面一分层正常开采期间，工作面平均绝对瓦斯涌出量为 30m3/min，平均相对瓦斯涌出量为 45.6m3/t。其中，本煤层瓦斯涌出量为 8.0m3/min，占总瓦斯涌出量的 26.7%；邻近层瓦斯涌出量为 22m3/min，占总瓦斯涌出量的 73.3%。，回采期间最大瓦斯涌出量高达 48 m3/min。通过采前预抽、边采边抽、通风稀释和专用瓦斯巷排放瓦斯的综合技术，有效地治理了采场瓦斯。工作面自 2004 年12 月 31 日开始回采至 2005 年 7 月 3 日到停采线采毕，实现了安全开采，开采原煤 18 万吨。 通过 15 号层一分层的安全开采，使该区段煤层瓦斯释放达到 59.4%， 15 号层一分段底分层的瓦斯含量和压力显著降低，为 15 号层底分层消除突出危险和放顶煤开采的瓦斯治理提供了有 利条件。 3. 15 号层一分层保护层开采保护范围与消突效果检验 （ 1） 15 号层一分段一分层保护作用的有效层间垂距 南山煤矿盆地区南翼 15 号层一分段一分层煤层厚度 2m，平均倾角 13 ，工作面长度 155m，开采深度 500 570m，平均 535m。 经计算 盆地区南翼 15 号层一分段一分层开采保护层后垂直方向的最大有效保护距离为 55.6m， 15 号层底分层及下邻近层 18 号突出厚煤层（ 15 号层与 18 号层间距 2033m）均处于保护层的垂直方向有效保护距离之内，说明 15 号层一分层的开采可对底分层和 18 号突出厚煤层起到保护作用。 为了进一步考察 15 号层一分层保护层开采后对采空区底板岩（煤）层的破坏作用，通过理论计算和相似模拟实验对采空区底板支承压力破坏深度 Hmax（ m）及位置 Rmax（ m）进行了计算分析 得出：Hmax 29. 2m， Rmax=14.9m。 计算表明，南山煤矿盆地区南翼 15 号层一分段一分层回采后，底分层煤层（平均厚 8.6 m）全部处于支承压力作用破坏区内，起到了充分卸压和释放煤体瓦斯的作用。 （ 2） 15 号层一分段一分层保护层开采对底分层倾斜方向保护范围的确定 一分层开采后对底分层倾斜方向的保护范围确定如下：顶分层工作 面长 155m，距底分层 8.6m，煤层倾角 13， 3 75， 4 75，则底分层工作面长 L=155-2 （ 8.6/tan75 ） =150.4m。 - 8 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 （ 3） 15 号层一分段一分层保护层开采对底分层走向方向保护范围确定 根据现场实测和防突指标考察 ， 一分层的始采线和采止线按 5=56 划定。切眼处煤层走向倾斜角度为 4，因此保护范围界线与水平夹角为 60，由煤厚 8.6m 可得保护 范围界线长为 10.32m，由此可得内错距离为 5.16m。停采线处煤层走向倾斜角度为 5，因此夹角为 61，保护范围界线长为 10.32m，由此可得内错距离为 5.00m。一分层工作面包括切眼实际长为 435m，因此，底板层煤层走向保护范围长度约为 425m。 图 8-1 沿倾斜保护范围 图 8-2 底分层走向保护范围 图 8-3 垂直保护距离示意图 （ 4） 15 号层一分段一分层对底分层保护效果 15 号层一分段一分层开采，为 15 号层底分层开采过程中的瓦斯治理和消突起到了显著的保护作用。经计算，通过 15 号层一分段一分层的保护 开采，使该区段 15 煤层瓦斯释放 59.4%。经测试，剩余底分层煤层瓦斯含量由原始煤层瓦斯含量 11.2m3/t 降为 5.4m3/t，煤层瓦斯压力由原始压力1.8Mp 降至 0.46Mp，煤层瓦斯含量和压力显著降低。经多次保护效果的检验，突出指标均在临界值以下，确定 15 底分层已经消除突出危险， 15 底分层回采工作面为无突出危险工作面 。保护范围如图 8。 四、 15 号层底分层 放顶煤 回采工作面 瓦斯治理技术 15 号层一分段一分层开采实现了 15 号层底分层的消突和瓦斯释放，底分层的开采已经充分满足了 综采放顶煤开采的技术条件和生产条件， 决定 15 号层底分层的开采采用 一次放顶煤开采 技术方案。 1. 15 号层底分层采前瓦斯预抽防突技术 15 号层底分层回采工作面区域采前进行了瓦斯预抽，预抽方法为底板穿层钻孔预抽。 在该区段一分层回风巷一分层入风巷保护层底板突出层岩石层1 8 号 突 出 层底分层回风巷底分层入风巷卸压角卸压角56一分层停采线一分层切眼一分层停采线底分层一分层切眼61605 . 1 6 m5m56底分层一分层岩石层1 8 号 层55.6m2m21m54.6m保护线煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 9 - 15 号层底板岩石巷布置钻场，在钻场内向 15 号层布置 穿层钻孔。钻场间距一般为 50 m，每个钻场布置 1520 个钻孔。钻孔布置为上下两排，终孔位于煤层顶板，间距 15m，钻孔直径 75 mm。在 15号层一分段回采工作面区域共 布置 10 个钻场抽放， 240 个抽放钻孔，钻场位置及钻孔参数见图 9。 运输机道运输机道切眼回风巷入风巷图 9 钻场位置布置图 各钻场自 2003 年 10 月 28 日开始相继投入抽放，抽放期间，钻孔抽放浓度平均为 71%，单孔瓦斯抽放纯量为 0.0090.012 m3 /min。截止 15 号层一分层回采工作面采毕，平均抽放 422.7 天， 共预抽瓦斯 154.7 万 m3，该区域瓦斯预抽率为 12.0%。 2. 15 号层底分层回采巷道掘进瓦斯治理与抽放技术 （ 1） 入风巷 掘进期间 瓦斯浓度为 0.1% 1.0%，瓦斯绝对涌出量为 0.5465.546 m3/min，平均涌出量 1.87 m3/min，此间风排瓦斯量约为 40.6 万 m3。 回 风 掘进期间 巷瓦斯浓度为 0.1% 1.0%，瓦斯绝对涌出量为 0.275 4.32 m3/min，平均涌出量1.45 m3/min，此间风排瓦斯量约为 36.4 万立方米。尾巷瓦斯浓度为 0.1% 0.99%，瓦斯绝对涌出量为 0.2m3/min 4.1m3/min，平均涌出量 0.87m3/min，此间风排瓦斯量约为 10.1 万立方米 ，如图 10。 由以上计算综合得出南山煤矿盆地区南翼七层一分段底分层掘进期间共风排瓦斯 110.6 万立方米。 0 50 100 150 200 250 3000 . 00 . 51 . 01 . 52 . 02 . 53 . 03 . 54 . 0图 10 底分层巷道掘 进期间瓦斯涌出规律 专用排瓦斯巷 回风巷 入风巷 瓦斯涌出量（ m3/min） 与工作面距离（ m） - 10 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 （ 2） 15 号一分层与底分层回采巷道掘进瓦斯涌出情况对比分析 一分层保护层的开采，对于底分层瓦斯的充分释放起到了决定性作用，处于保护层保护范围内的底分层其煤层瓦斯含量显著降低，瓦斯释放的效果在一分层原始煤体巷道掘进与保护层开采完毕后处于保护范围内底分层巷道掘进瓦斯绝对涌出量中可得到明显的对比（图 11，图 12）。 通过对比可以看出，一分层与底分层入风巷掘进期间瓦斯绝对涌出量变化较大。一分层入风巷掘进瓦斯绝对涌出量呈逐渐上升趋势，而底分层入风巷掘进瓦斯绝对涌出量则呈逐渐下降趋势；从平均瓦斯绝对 涌出量来看，底分层入风巷掘进瓦斯绝对涌出量较一分层降低 14%。分析原因为：一分层入风巷掘进为原始煤体，瓦斯含量较大，所以瓦斯涌出量高，而底分层掘进巷道处于一分层的保护范围内，大量的煤体瓦斯涌向一分层采空区，导致瓦斯绝对涌出量明显减少。 回风巷掘进虽然呈现一分层回风巷掘进瓦斯绝对涌出量呈逐渐上升趋势，底分层回风巷掘进瓦斯绝对涌出量则呈逐渐下降趋势，但平均绝对瓦斯涌出量则很相近。分析原因认为，回风巷邻近西二区采空区，煤层瓦斯大量涌入西二区采空区，造成一分层回风巷平均瓦斯涌出量与底分层较为相近。 0 50 100 150 200 250 300 350 4000 . 51 . 01 . 52 . 02 . 53 . 03 . 54 . 0图 11 顶分层、底分层入风巷掘进期间瓦斯绝对涌出量对比图 0 100 200 300 4000 . 51 . 01 . 52 . 02 . 5图 12 一分层、底分层回风巷掘进期间瓦斯绝对涌出量对比图 一分层 底分层 瓦斯涌出量（ m3/min） 与工作面距离（ m） 瓦斯涌出量（ m3/min） 与工作面距离（ m） 一分层 底分层 煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 11 - 钻场工作面工作面钻场顶板掘进巷道掘进巷道图 13 边掘边抽钻孔布置图 （ 3） 15 号层底分层回采巷道掘进瓦斯抽放技术 底分层入风巷掘进初期，在入风巷侧布置 3 个钻场，每个钻场布置 20 个钻孔，向煤体打全煤孔，进行边掘边抽，钻场具体布置如 图 13。瓦斯 抽放浓度为 68， 瓦 斯平均抽放率为 38.5%，共抽放瓦斯 15.5 万 m3。 3. 15 号层底分层开采过程中瓦斯综合治理与抽放技术 15 号层底分层回采工作面通过采前预抽和一分层的保护开采，煤层瓦斯含量 降低到 4.6 m3/t，预测该回采工作面的绝对瓦斯涌出量将达到 15 m3/min 左右。因此应根据采场瓦斯来源，采取瓦斯综合治理技术进行分源治理。该工作面回采期间采用了回采工作面边采边抽、通风稀释和专用瓦斯巷排放的瓦斯综合治理技术。 （ 1）通风稀释瓦斯 该工作面配风 600min，回风风量为 3851100m3/min，回风流中瓦斯浓度为 0.1% 1.0%，风排瓦斯绝对量为 0.398.83m3/min，平均 5.0m3/min。通过通风稀释，有效地处理了采场瓦斯。工作面自2006 年 01 月 16 日开始回采， 2006 年 07月 04日结束，回风累计排放瓦斯量约为 120万 m3。 （ 2）专用瓦斯巷排放瓦斯 根据数值模拟计算、实验室形似模拟与方案比较，设计在 15 号层顶板与一分层工作面回风巷外错 15m 布置全煤专用瓦斯排放巷，用联络巷与回风巷相连，对采空区瓦斯进行排放，专用排瓦斯巷与总回风巷相连。联络巷间距 100 m。回采期间，专用排瓦斯巷配风 110417m3/min，瓦斯浓度为1.52.5%，排放瓦斯绝对量为 0.815.26m3/min，平均 3.0m3/min。累计排放瓦斯量约为 73.6万 m3。 （ 2） 瓦斯抽放技术 根据数值模拟计算与方案比较，设计在进、回风巷沿 15 号煤层扇形布置钻场 5 个，共 90 个钻孔。其中进风巷布置 3 个，间距 40m，每个钻场顺煤层倾向布置 10 个抽放钻孔，每排钻孔按 140均匀呈扇形布置，并形成交叉钻孔，终孔位置距离回风巷 25m，钻孔直径为 75 mm。回风巷布置 2 个，间距 40m， 每个钻场布置 12 个高位钻孔，分上下两排，扇形布置。迎向回采工作面方 向向顶板冒落拱上方的冒落破坏带打钻，以扑集处于冒落破坏带上部和裂隙带内来自 15 层顶板层和 13 层、 18 层- 12 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 等上下邻近层涌入采空区的高浓度瓦斯。上排钻孔终孔距离煤层顶板 25m，沿煤层倾斜方向间距 5m，布置在裂隙带内；下排钻孔终孔距离煤层顶板 15m，沿煤层倾斜方向间距 5m，布置在冒落破坏带上部。抽放钻孔直径为 75mm，布置方式如图 14。 工作面 回风巷入风巷回风巷入风巷采空区一分层采空区一分层采空区工作面钻场1钻场2底分层工作面图 14 底分层工作面边采边抽布置图 15 号层底分层边采边抽钻孔在抽放过程中，钻孔瓦斯浓度较低，一般在 810%左右，单 孔抽放量仅为 0.010.02 m3/min，抽放效果不明显，仅靠通风和专用瓦斯排放巷排放就可以有效解决瓦斯问题。表明通过底板穿层钻孔预抽和一分层的保护开采，已经显著降低了底分层的瓦斯含量，不需依靠边采边抽技术就可以解决瓦斯问题，因此回采后期决定停止抽放。 回采期间，随着工作面的推进和周期来压，工作面瓦斯涌出量有规律的变化，但总体平稳。工作面的绝对瓦斯涌出量为 1.212 m3/ min，平均为 8.1m3/min；工作面相对瓦斯涌出量为0.9428.16m3/t，平均为 3.3m3/t。 与盆底区南翼一分段 15 号层一分层开采时绝对瓦斯涌出量相比，底分层绝对瓦斯涌出量降低了 73.3%，说明一分层保护开采的效果显著。 15 号层一分层保护层开采技术实施后，底分层被确定为无突出危险工作面，防突措施工程量减少了 50%，达到攻关技术指标要求。 盆底区南翼一分段 15 号层底分层综采放顶煤回采工作面通过采用预抽、保护层开采、通风稀释和专用瓦斯巷排放瓦斯的综合治理技术，有效地治理了采场瓦斯。工作面自 2006年 01月 16 日回采， 2006 年 07 月 04 日到停采线采毕，开采原煤 61.4 万吨，实现了安全、高效开采，试验获得成功，达到了各项攻 关技术指标要求。该工作面的安全、高效开采，又进一步对 18 号突出厚煤层的消突起到了保护作用，为实现 15 号和 18 号厚煤层群的合理、安全、高效开采创造了十分有利的条件。 五、 本煤层预抽 瓦斯消出 突出 的 厚煤层放顶煤一次采全高开采与瓦斯综合治理技术 对于煤与瓦斯突出厚煤层群开采来说，在满足规程规定采用综采放顶煤开采技术是各生产矿井首选的高效开采技术方案，但基于预抽本煤层瓦斯预抽 后 的突出煤层综采放顶煤开采尚缺少有煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 13 - 效的研究与实践，在预抽防突机理、防突指标与防突范围确定、保护效果检验等方面仍需要深入、系统研究。因此，通 过示范研究与实践，探索与研究煤与瓦斯突出、厚煤层群开采条件下，特别是无保护层开采条件的情况下基于预抽本煤层瓦斯的突出煤层综采放顶煤开采技术和瓦斯抽采技术势在必行。 南山矿盆底区南翼 15 层一分段区段走向长 870 m，该分段的前段 445 米在已经成功进行了基于保护层开采思想的突出厚煤层开采技术后，后段试验工作面将采用基于本煤层预抽的一次放顶煤开采技术，首先通过 15 号层的瓦斯预抽技术，消除 15 号层的突出危险，然后采用综采放顶煤一次采全高技术高效开采 15 号层。通过 15 号层的安全开采，作为 18 号煤层的保护层开采，从而使 18 号煤层得到保护和消除突出危险，满足综采放顶煤高效开采技术的使用条件。 1. 采前瓦斯预抽防突技术 试验区段走向长 425 m，倾斜长 175 m，平均厚度为 8.2m，煤炭储量 85.4 万吨，瓦斯储量 956.3万 m3。为了有效提高瓦斯预抽效果，实现消除突出危险和有效治理瓦斯的目的，提出了采用底板岩石巷施工穿层短钻孔抽放方式和穿层长钻孔本煤层抽放方式相结合的立体抽放技术。 （ 1） 穿层钻孔预抽防突技术 在该区段 15 号层底板岩石巷布置钻场，在钻场内向 15 号层布置 穿层钻孔。钻场间距一般为 50 m，每个钻场布置 1540 个 钻孔。钻孔布置为上下两排，终孔位于煤层顶板，间距 15m，钻孔直径 75 mm。钻孔布置原则要使钻孔均匀控制该区段煤层。 在 该区段共 布置 20 个抽放钻场， 495 个抽放钻孔，钻场位置及钻孔参数见图 15。各钻场自 2003年 10 月 28 日开始相继投入抽放，抽放期间，钻孔抽放浓度平均为 70%，单孔瓦斯抽放纯量为0.0090.012 m3 /min。截止到开采前 2007 年 7 月 4 日，共抽放瓦斯 355.1万 m3，瓦斯预抽率为 37%。 顶板瓦斯道后期回风道后期入风巷 初期入风巷初期尾巷初期回风道初期停采线后期皮带道设计停采线三水平机道下山图 15 南翼 15 号层一分段外 延面短钻孔钻场布置图 （ 2） 长钻孔预抽防突技术 为了有效提高瓦斯预抽效果，实现消除突出危险和有效治理瓦斯的目的，在试验区段设置两个长钻孔钻场进行瓦斯抽放，分别为 南一段钻场 、 北二段入风反上钻场，具体布置见图 16。使用 ZY-300型全液压钻机钻孔，开孔直径 108（ 113） mm， 终孔直径 94mm。 北二段入风反上钻场的钻孔布置方法： 在标高 -195 的盆底区二分段的入风反上，二分段采面对角线为中心呈扇型朝二分段采面打长钻孔，钻孔设计角度 315 。 孔深 120300 米，孔径 94mm ，- 14 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 孔数 18 个，孔口之间的距离 350mm，两孔之间水平夹角 6.5 ，沿煤层走向布孔，该钻场开孔位置距 15 号煤层底板垂距 5 米，终孔位置在 15 号层顶板。布孔原则：钻孔尽可能与煤层的夹角小，以保证钻孔煤的长度最大。 南一段钻场北二段钻场顶板瓦斯道后期回风道后期溜子道 初期溜子道初期尾巷初期回风道初期停采线后期皮带道-105.00-72.9019B-193.322-211.215层-198.5-211.41 8 15层- 1 8 0- 1 9 0- 1 9 0671B - - - - - B 剖 面 图 1 ： 1 0 0 01 8 -211.4-198.522-193.33AABB48.85#15层15层A - - - - - A 剖 面 图 1 ： 1 0 0 0310 m309.2 m图 16 南翼 15 号层一分段外延面、北二段入风反上 300 钻钻场布置图 北二段 入风反上钻场 布置钻孔 28 个，单孔最大瓦斯流量 0.15 m3 /min，抽放时间为 05.10.0806.12.10，共计抽放瓦斯 95.8 万立方米。钻孔抽放参数如表 2。 表 2 300 钻机钻孔参数连续测试情况表 日 期 孔数 (个 ) 浓度 (%) 压差 (mmH2O) 负压 (mmHg) 混合流量(m3/min) 纯流量 (m3/min) 单孔纯流量(m3/min) 2005.10.10 17 90 2 390 2.288 2.059 0.121 2005.10.11 17 91 3 390 2.814 2.561 0.151 2005.10.13 17 91 2 375 2.348 2.137 0.126 2005.10.14 17 91 2 370 2.356 2.144 0.126 2005.10.15 17 90 2 360 2.387 2.148 0.126 2005.10.16 16 87 2 360 2.361 2.054 0.128 2005.10.27 16 80 2 420 2.114 1.691 0.106 2005.11.4 16 81 2 330 2.4 1.94 0.12 2005.11.6 16 85 2 330 2.434 2.069 0.129 2005.11.12 16 85 2 330 2.34 2.09 0.129 2005.11.20 16 82 2 335 2.409 1.975 0.123 南一段钻场布置钻孔 16 个，单孔瓦斯流量 0.12m3 /min，抽放时间为 05.12.21 06.08.29，共煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 15 - 计抽放瓦斯 84.9 万立方米。 由以上计算综合得出两个钻场在该试验区段内共布置钻孔 44 个，自 2005 年 10 月 8 日至 2006年 12 月 10日，合计抽放瓦斯 180.7 立方米，瓦斯预抽率为 20%，即在短钻孔预抽的基础上，采用长钻孔技术提高瓦斯抽放量 20%，实现了攻关的技术指标要求。 （ 3） 基 于本煤层预抽的 15 号层外延面消突效果评价与检验 煤层瓦斯预抽率可按照以下二种方法进行计算： 1）按钻孔控制范围内煤层瓦 斯储量、抽排瓦斯量 %1 0 0/)( 储排抽 QQQ 式中： Q 抽 一定时间内，各个钻孔在与抽放系统连接后抽放瓦斯的累计总量， m3 Q 储 钻孔控制范围内煤层瓦斯储量， m3 Q 排 工作面巷道预排瓦斯涌出量、打钻过程中各个钻孔喷出的瓦斯总量、各个钻孔在与抽放系统连接前自然涌出的瓦斯总量， Q 排 = Q 巷排 + Q 喷 + Q 涌 ，根据统计，瓦斯按工作面储量的 1%计算。 00Q wLlm 储式中： L 钻孔控制范围内的区段走向长度，取 425m l 区段的倾斜长度，取 175m m0 煤层平均厚度，取 8.2 m 煤的容重，取 1.4t/ m3 w0 煤层原始瓦斯含量，取 11.2 m3/ t 试验区段煤层瓦斯预抽率为： Q 储 =4251758.21.411.2=956.3 万 m3 Q 排 =956.31%=95.6 万 m3 =(525+95.6)/956.3=55.9% 2）按煤层瓦斯含量计算 00 )(100 X XX cx 式中：x 抽放（排）率， % X0 开采层的煤层原始瓦斯含量，根据测定结果取值， 11.2 m3/t Xc 开采层采取强化抽放（排）后的瓦斯含量，根据测定结果取值， 7.2 m3/t。 （ X0-Xc） 吨煤瓦斯抽放量 %7.352.11 )2.72.11(100 x 采用这两种计算方法，工作面的瓦斯预抽率均达到 30%以上，达到了细则规定的以瓦斯预抽率为指标的消突标准。 - 16 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 为了进一步对消突效果进行考察，该区段采前进行了突出危险 性预测，各单项指标均不超过临界值，该区段可定为无突出危险区域。 2. 外延面 放顶煤 开采过程中瓦斯综合治理与抽放技术 15 号层外延面通过采前预抽煤层瓦斯含量降低到 7.2 m3/t， 但由于采用综采放顶煤开采，产量大，仍有相当的瓦斯涌出， 根据预测该回采工作面的绝对瓦斯涌出量将达到 20 m3/min 左右。因此应根据采场瓦斯来源，采取瓦斯综合治理技术进行分源治理。该工作面回采期间采用了回采工作面边采边抽、通风稀释和顶板专用排瓦斯道排放的瓦斯综合治理技术。 （ 1）通风稀释瓦斯 该工作面回风风量为 440960m3/min，回 风流中瓦斯浓度为 0.2% 1.0%，风排瓦斯绝对量为1.1m3/min 10.6m3/min，平均 4.8m3/min。工作面自 2006年 07月 05 日由 15 层底分层放顶煤开采工作面接续，到 2006 年 12 月 18 日采毕，回风累计排放瓦斯量约为 115.1万 m3。 （ 2）专用瓦斯巷排放瓦斯 采用顶板专用瓦斯巷排放瓦斯是有效治理采场瓦斯的有效方法之一。基于岩石破裂损伤理论和有限元计算方法，利用 RFPA2D软件系统及其实验室相似模型模拟 15 号层放顶煤开采上覆岩层破裂移动规律，从而确定顶板专用排瓦斯巷的合理位置。 顶板巷总回工作面采空区工作面 入风巷回风巷顶板巷10图 17 外延面顶板内错专用排瓦斯巷道布置图 根据数值模拟计算、实验室相似模拟与方案比较，设计在 15号层顶板与外延面回风巷内错 10m，沿 15 号层顶板布置专用瓦斯排放巷，对采空区瓦斯进行排放，布置示意图 17。专用瓦斯排放巷回采期间，专用排瓦斯巷配风 40417m3/min，瓦斯浓度为 1.62.5%，排放瓦斯绝对量为 0.811.2m3/min，平均 6.1m3/min。工作面自 2006年 07月 05 日由 15 层底分层放顶煤开采工作面接续，到 2006 年 12月 18 日采毕，累计排放瓦斯量约为 140.2 万 m3。 （ 3） 瓦斯抽放技术 采用 高位钻孔 +顺层钻孔的瓦斯立体抽放方式。沿回风巷布置 8 个钻场，钻场间距 30 m，每个钻场平均布置 10 个钻孔， 共 131 个钻孔 。钻孔布置方式分为顺层钻孔和高抽钻孔两类，从而形成立体瓦斯抽放系统。顺层钻孔垂直回风巷向工作面煤体按扇形布置， 钻孔沿工作面煤层打入煤层顶板，终孔位置距离入风巷 25m。 高抽钻孔分上下两排，扇形布置。迎向回采工作面方向向顶板冒落拱上煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 17 - 方的冒落破坏带打钻，以捕集处于冒落破坏带上部和裂隙带内来自 13 层、 18 层等上下邻近层涌入采 空区的高浓度瓦斯。上排钻孔终孔距离煤层顶板 25m，沿煤层倾斜方向间距 5m，布置在裂隙带内；下排钻孔终孔距离煤层顶板 15m，沿煤层倾斜方向间距 5m，布置在冒落破坏带上部。抽放钻孔直径为 75mm。 钻孔布置见图 18。钻孔瓦斯浓度为 4556%，单孔瓦斯抽放量为 0.0350.053m3/min，回采期间瓦斯抽出绝对量为 0.449.95m3/min，平均为 3.45m3/min，采场瓦斯抽放率为 31%，累计抽放瓦斯量约为 56 万 m3。 外延面 回采期间，随着工作面的推进和周期来压，工作面瓦斯涌出量有规律的变化，但总体平稳。工作面的绝对瓦斯涌出量为 5.220.1 m3/t，平均为 11.1m3/min；工作面相对瓦斯涌出量为1.812.5m3/t，平均为 5.3m3/t。工作面自 2006年 07 月 04 日回采， 2006 年 12月 21 日到停采线采毕，开采原煤 76 万吨，实现了安全、高效开采，试验获得成功，达到了各项攻关技术指标要求。该工作面的安全、高效开采，又进一步对 18 号突出厚煤层的消突起到了保护作用，为实现 15 号和 18号厚煤层群的合理、安全、高效开采创造了十分有利的条件。 采空区底分层工作面钻场2 钻场1工作面入风巷回风巷入风巷回风巷工作面 图 18 外延面顺层钻孔和高位钻孔布置平、剖面图 表 3 15 号层一分段三个工作面开采、防突与瓦斯治理技术比较 对比工作面 开采方式 工作面参数 产量 万 t 最大瓦斯涌出量 m3/min 防突技术 倾斜长 m 走向长 m 采高 M 一分层 高档普采 155 430 2 18 48 短钻孔预抽 预抽率 10.3% 底分层 综采放顶煤 150 430 8.6 61.4 12 短钻孔预抽与顶分层开采 外延面 综采放顶煤 150 350 8.2 76 20 长、短钻孔预抽 抽出率 56% 与盆底 区南翼一分段 15 号层一分层开采时绝对瓦斯涌出量相比，外延面绝对瓦斯涌出量降低了- 18 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 75%，基于本煤层瓦斯预抽的瓦斯治理效果显著。本专题研究的三种开采技术的防突、瓦斯治理技术综合比较见表 3。 六、 18 号层消突技术及消突效果检验 1. 15 号层开采对 18 号层的保护范围的确定 通过盆底区南翼 15 层一分段一分层、底分层的开采以及外延面的开采，实现了盆底区南翼 15号层一分段走向长 783m，倾斜长 150 m 整个工作面的开采。通过 15 号层的安全开采，作为 18 号煤层的保护层开采，从而使 18 号煤层得到保护和消除突出危险，满足安全开采技 术条件。 （ 1） 垂直距离 保护范围的确定 经计算 盆底区南翼 15 号层一分段开采保护层后垂直方向的最大有效保护距离为 54.8m， 18 号层与 15 号层间距 20 33m，处于保护层的保护范围内，说明 15 号层一分段的开采对 18 号突出厚煤层起到了保护作用。 （ 2）倾斜方向保护范围的确定 南山煤矿盆地区南翼 15 号层煤一分段工作面长度 150m，距 18 号层平均 21m，平均倾角 13 ，3 75， 4 75 ，则底分层工作面长 L=150 2 （ 21/tan75 o） =140m。 （ 3）走向方向解放范围确定 15 号层开采后对 18 号层走向方向的保护范围的确定按卸压角 5计算，根据现场实测和防突指标考察， 15 号层的始采线和采止线按 5=56 o划定。经计算， 18 号层走向方向的保护范围为： S=783 2 （ 21/tan56 o） =755m。 15 号层的安全开采 对 18 号煤层的保护 见图 19。 保护线54.8m21m46m1 8 号 层岩石层15 号层保护层18 号突出层岩石层15 号保护层155m140m倾斜保护距离150m图 19-1 垂直保护距离示意图 图 19-2 沿倾斜保护范围 停采线 切眼5656783m15 号保护层18 号突出层走向保护距离 755m图 19-3 18 号层走向保护范围 煤矿瓦斯高效抽放技术与装备 - 19 - 2. 15 号层开采后 对 18号层 保护范围的消突效果检验 2007 年 2 月 3 月 对保护范围的 18 号 煤层的瓦斯压力 、瓦斯含量、突出敏感指标进行了测定，结果表 4 和图 20。 表 4 突出危险性预测单项指标测定结果对比 取样地点 测定时间 破坏类型 P f P(MPa) 三水平 -230 机道 18-1#层 2007 2 、 4.8 0.56 0.400.68 三水平 -230 机道 18-1#层 2007 2 、 4.5 0.78 三水平 -230 机 道 18-2#层 2007 2 、 4.9 0.52 三水平 -280 机道 18-2#层 2007 2 、 5.1 0.61 三水平 -314 机道 18-2#层 2007 2 、 4.8 0.62 图 20 被保护层瓦斯压力上升曲线 从以上突出预测单项指标测定结果来看， 均不超过细则规定的临界值，故盆底区南翼 15层一分段开采结束后，在被保护层 18 号煤层 可定为无突出危险区域。 从 瓦斯含量测定 结果 表 5 表中实测瓦斯含量为 2.7323.224m3/t，可以看出在被保护范围内 18号 层的瓦斯含量在上部 15 层保护层开采后瓦斯含量大幅降低。 表 5 18 层瓦斯含量测定结果 测定时间 测定地点 埋藏深度 （ m） 煤样可燃质 重量 (g) 解吸量 （ m3/tr） 损失量 （ m3/tr） 残存量 （ m3/t r） 瓦斯含量 （ m3/t.r） 2004.11 盆底区 -280 机道 590 287.03 0.832 0.402 3.044 4.769 590 363.26 1.310 0.381 3.078 5.987 2007.2 三水平 -230 机道 18-1#层 628 316.22 0.564 0.235 2.456 3.255 三水平 -230 机道 18-1#层 526 310.16 0.673 0.224 2.637 3.534 三水平 -230 机道 18-2#层 533 330.46 0.468 0.268 2.734 3.470 三水平 -280 机道 18-2#层 512 320.14 0.596 0.231 2.823 3.650 三水平 -314 机道 18-2#层 592 317.28 0.564 0.235 2.456 3.255 0.00.10.20.30.40.50.60.70.80 5 10 15 20 25 30 35T(d)P(MPa)5#孔 4#孔 3#孔- 20 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 七 、 结论 通过南山矿盆底区 15、 18 煤与瓦斯突出厚煤层群保护 层开采与瓦斯预抽防突技术的研究，可得出以下结论： 1、 采用长、短钻孔 、 立体 交叉钻孔等 采前预抽技术，实现了突出矿井厚煤层群首采厚煤层的消突作用，使首采厚煤层满足综采放顶煤开采技术条件，同时显著降低了开采时的瓦斯治理难度。 2、 采用基于 “ 保护层开采 ” 思想的分层开采技术，首采 15 层一分层作为保护层开采，使 15 层底分层得到保护和消除突出危险，然后 15 层底分层采用综采放顶煤技术进行高效开采。 3、 采用基于本煤层预抽的一次放顶煤开采技术，首先通过 15 号层的瓦斯预抽技术，消除 15 号层的突出危险，然后采用综采放顶煤一次采 全高技术高效开采 15 号层。 4、 在 15 层保护层开采后，其下部 18 层在被保护范围内可预测为无突出危险区域。 18 层在被保护范围内的开采，在满足合理采放比的情况下，具备综采放顶煤开采的技术条件。 通过鹤岗矿区南山煤矿示范研究，研究获得了 煤与瓦斯突出、厚煤层群无保护层开采条件下的保护层开采与瓦斯预抽防突的创新性适用技术，该项技术不仅适用于煤层赋存条件与开采条件类似的鹤岗矿区兴安煤矿、益新公司，而且在煤层赋存条件与开采条件类似的国内其他高瓦斯突出厚煤层群开采矿区，也具有 一定 适用性 和参考 价值。 煤矿安全网络化综合监测监控系统 - 21 - 煤矿安全网络化综合监 测监控系统 沈阳新元信息与测控技术有限公司 马平 一、 技术背景（含国内外现状分析） 随着国家煤矿瓦斯灾害治理“瓦斯抽放、监测监控、以风定产”十二字方针的落实，地方乡镇煤矿 80%以上的高瓦斯矿井装配了安全生产监测监控系统，统配和国营煤矿几乎全部装配了安全生产监测监控系统，煤矿安全状况得到显著改善。虽然如此，受 煤矿超能力生产、 测控与监管技术落后等多方面影响 ， 瓦斯事故、甚至特大瓦斯事故仍然时有发生。 2004 年 十月份以来，相继发生了三起一次死亡百人以上 特大 瓦斯爆炸事故。 在 各级政府加大安全监管力度的情况下，全国煤矿又 相继发生了多起 重大 瓦斯事故。 发生事故的煤矿大多数都装配了监测监控系统，为什么还发生如此严重的瓦斯事故，监测监控系统技术落后与监管不到位是其主要原因之一。 为了给煤矿安全综合自动化远程多级实时监测监管提供先进的技术平台，同时弥补现有煤矿监测监控系统的不足，本技术持有单位沈阳新元信息与测控技术有限公司（煤炭科学研究总院抚顺分院软件中心）与山西省晋城市阳城县安全生产监督管理局合作，于 2002年全国首次开发成功“数字煤矿安全 WebGIS网络远程实时监测与监管系统”，实现了全县百余煤矿监测系统联网的远程监测监管，取得 显著成效。 2003年 1月研究成果通过国家安全生产监督管理总局组织的现场鉴定，研究成果被鉴定为国际先进水平，并建议在全国推广应用。鉴于该成果重大的技术突破与突出效果，山西省晋城市在县级系统基础上与本技术持有单位合作，组织开发了市、县、乡镇、煤矿多级监测监管系统，并在全市 6个县区 600多煤矿推广应用。新的技术成果于 2003年 7月通过国家安全生产监督管理局组织的现场鉴定，该研究成果也被鉴定为国际先进水平，再次建议在全国推广应用。 该成果具有先进的互联网地理信息系统技术、先进的远程数据采集通讯技术、全面的远程监测监控 技术、具有能够兼容各种监测系统型号的统一数据通讯协议等多项创新技术，能够在各级煤矿安全管理部门的普通微机上直观实时全面监测煤矿安全状态，为瓦斯防治构筑多道防线，全面提高监测监管水平。该系统推广实施以来取得巨大经济与社会效益。基于此，国家到目前为止已经召开三次全国性的推广会议。第一次，在山西晋城召开的全国煤矿瓦斯治理现场会议上推广，会议之后，山西和安徽等省相继推广应用，第二次， 2005年 4月，淮南瓦斯治理现场会议推广，与会代表参观本技术应用，第三次， 2005年 6月，在北京召开全国性电视电话会议，会议上经验介绍 6家中 5家为采用本成果的用户。该技术被列入国家局和国务院煤矿瓦斯防治专项新技术， 2005年 5月国家局下发 37号文件正式要求在全国推广远程联网监测技术。 目前本技术成果已经在山西、安徽等省广泛推广应用，建立了五十多个集团公司与市县联网系统，联网煤矿多达 2000个，联网煤矿煤炭产量超过 4亿吨。 为了解决煤矿监测监控区域断电重大技术问题和为数字煤矿信息化建设提供自主知识产权的互联网地理信息系统平台等关键技术，沈阳新元信息与测控技术有限公司（煤炭科学研究总院抚顺分院软件中心）再次与山西省晋城市合作，开发出 CWebGIS 煤矿安全网络化综合监测监控系统并- 22 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 于 2007 年 2 月通过国家局组织的现场鉴定，再次被鉴定为国际先进水平，目前该技术成果已经在山西省晋城市各县区乡镇煤矿和阳泉煤业集团公司、大同矿业集团公司、神华集团公司等大型矿业集团公司推广应用，为超限、断电一体化全方位远程多级监测监管提供了先进的技术手段。 经过近五年的推广应用表明，由于该技术成果经过多次国家现场鉴定的严格审查和现场推广应用过程中的不断完善，技术成果先进，效果十分显著。采用该技术联网的矿区，煤矿安全状况大大好转，事故显著下降。而在一些采用 低质量 盲目跟随仿照 应用软件的地区，煤矿安全远程网络化监测监管流于形式，达不到安全监测监管效果的现象普遍存在，所以规范推广技术先进、经济效果显著的技术成果对于提高全国各级安全监测监管技术水平，防止煤矿瓦斯事故具有重要意义。 二 、 技术内容及特点 本成果包含以下核心技术与创新点： 1. 采用统一规范的远程联网数据通讯协议 ,兼容全国所有型号的煤矿监测监控系统，能够全面反映煤矿安全监测监控状态，提供与煤矿监测监控系统完全一致的数据源，能够适应煤矿监测监控系统的升级变化； 2. 全部自主知识产权的 CWebGIS 互联网地理信息系统 平台 以往采用国外地理信息系统平台、存在 C/S结构数字编图困难、煤矿软件维护困难、没有专业性应用、费用高升级困难、数据安全性及涉密无法保证等弊端。为了给数字煤矿信息化建设提供一套全部自主知识产权的适于煤矿行业应用的网络地理信息系统平台， 沈阳新元信息与测控技术有限公司历时三年 ,在深入研究国外相关产品技术基础上开发出全部自主知识产权的 CWebGIS平台。该产品可与国外同类产品媲美。除了具有互联网地理信息系统通用功能外，包含了大量的数字煤矿专用技术。特别是全部 B/S结构，能够直接在浏览器编辑数字矿图，无需煤矿安装任何应用软件即可建立数字煤矿地理信息系统。为实现全市或整个集团公司数字煤矿信息系统共享和各部门基于数字矿图的网络化联合办公提供了目前最先进的技术手段。该项目技术成果达到国际领先水平。 3能够建立 井下区域安全测控单元间网络化互联互控关系 目前我国煤矿井下监测监控系统基本上都是基于点的集散模式，分站内测控功能强，分站之间测控功能弱，不能实现跨分站测控单元的互联互控，以至于虽然安装了监测监控系统但由于不能实现区域断电一些事故还时有发生。所以理想的模式是所有测控单元构成网络，任意测控单元间都可以互联互控制，可以任 意规划互联互控关系，并且规划好预案，这样当灾害或隐患发生时就能够根据预案及时进行处理，从而避免事故灾害。目前煤矿监测监控系统无此功能，本技术通过远程网络提供此功能。 4 数字煤矿安全区域断电远程实时自动跟踪定位监测监管系统 能够实现瓦斯超限与区域断电自动跟踪一体化监测监管与远程断电控制，为解决目前煤矿监测监控存在的最大技术问题 -断电问题，提供了先进的远程监测与远程断电控制解决方案，对于提高煤煤矿安全网络化综合监测监控系统 - 23 - 矿监测监控技术防治煤矿瓦斯事故具有重大意义。 针对不同的隐患类型实现区域断电实时自动跟踪与图形定位监测监管是本成果的主 要技术之一。能够自动跟踪区域断电状态，自动给出报警显示，自动图形定位显示隐患区域与显示隐患。为解决各种重大安全隐患情况下超限而不断电的重大安全隐患实时监测监管提供了先进有效的技术手段。 5具有全面的分类报警、综合监测、综合显示、综合查询、综合统计报表等完善的远程多级实时监测监管系统功能特点。 6提供安全隐患远程网络实时在线处理知识库专家系统支持与一通三防专业技术决策系统支持 本系统不仅实现监测监管而且为如何处理隐患提供动态在线专家级解决方案支持，包括知识库系统、通风网络与通风流动动态模拟系统、瓦斯抽放监 测系统、瓦斯设计系统与瓦斯综合预测系统等等。 三、 技术持有单位的推广能力 技术持有单位沈阳新元信息与测控技术有限公司同时作为煤炭科学研究总院抚顺分院软件中心和辽宁工程技术大学数字矿山技术研究院，成立于 1998 年，注册资金 200 万元，位于沈阳市浑南高新技术产业开发区，近十年来一直从事 WebGIS 数字矿山应用软件开发和煤矿安全生产自动化测控系统开发与生产， 拥有良好的软硬件开发环境和先进的测控产品生产线，技术人员稳定，技术水平不断提高，服务质量能够得到充分保证。目前承担多项国家重大软件与自动化系统开发项目，譬如国 家科技部科技攻关项目煤矿安全生产数字化实时监测与监管决策系统研究开发和信息产业部 2005 年煤矿专项基金大型煤矿安全综合自动化项目煤矿安全生产井下自动化监测监控系统与标准制定，这两个大型项目都已基本完成，等待鉴定验收。 本 技术持有单位作为全国煤矿监测系统远程联网实现远程网络监测监管技术的起源单位，多年来一直从事相关技术攻关完善和推广应用，拥有推广本技术的资源。 四、 目前技术推广情况 本技术成果目前已经在山西省、安徽省、辽宁省、云南省、神华集团等地的 50 余个市县与集团公司，包括 2000 多煤矿推广应用，联 网煤矿产量超过 4 亿吨。以区域断电远程监测、监管、监控和CWebGIS 技术为特点的最新研究成果也已经在山西省晋城市和阳泉煤业集团公司、大同煤矿集团公司和神华集团推广应用。 五、 经济效益分析 目前我国煤矿安全网络化综合监测监控系统建设效果差异较大，至少有三分之一以上的现有系统在较大程度上达不到国家局关于监测联网 37 号文件中的要求。其中关于区域断电方面的要求目前- 24 - 2007 安全生产优秀科技成果论坛 技术报告 汇编 仅有本技术持有单位能够实现，其它现有系统都未达到要求。因此本技术具有广泛的推广应用前景，全国性的推广应用经济与社会效益将是巨大的，可能超过数十亿元。 煤矿安全网络化综合监测监控系统 - 25 - 红外气体分析技术在煤矿甲烷检测领域的创新应用 -GJG10H 红外甲烷传感器介绍 中国航天科技集团五院北京康拓科技开发总公司 孟伟 一、 技术背景（含国内外现状分析） 煤炭行业的安全生产工作一直是我国安全工作的重中之重，近几年，全国煤矿安全生产形势总体稳定和好转，但安全生产的形势仍然十分严峻，瓦斯事故成为煤矿的第一杀手。 加强对甲烷的监测监控 ，是煤矿安全生产非常重要的环节 。甲烷检测的传感器直接关系到煤矿安全监控系统的可靠性和灵敏度， 是煤矿安全监控系统的眼睛， 对 甲烷 监测监控起着 关键 作用 。 目前，国内煤矿所 用的 甲烷传感器 绝大部分采用载体催化型，这种传感器存在使用寿命短、工作稳定性差和调校频繁等致命弱点 ,严重制约着矿井对甲烷进行准确有效 的 检测 。 由于 载体催化 甲烷检测方法的弱点无法解决，欧美等发达国家多年来一直在研究将红外吸收光谱技术应用于甲烷检测，并在 2004 年推出了