矿井瓦斯监测技术

1、第六章第六章 矿井瓦斯监测技术矿井瓦斯监测技术 预防煤矿瓦斯灾害技术的研究已经从局部性的单项技术向区预防煤矿瓦斯灾害技术的研究已经从局部性的单项技术向区域性的以建设本质安全矿井为目的的综合技术发展，包括瓦斯灾域性的以建设本质安全矿井为目的的综合技术发展，包括瓦斯灾害易发区域的预测技术、高效瓦斯抽采及抽采效果评价技术、瓦害易发区域的预测技术、高效瓦斯抽采及抽采效果评价技术、瓦斯灾害监测预警技术等。斯灾害监测预警技术等。一、瓦斯灾害易发区域预测技术一、瓦斯灾害易发区域预测技术 瓦斯灾害与地质构造有密切关系，地质构造复杂的区域通常瓦斯灾害与地质构造有密切关系，地质构造复杂的区域通常属于瓦斯灾害易发区

2、域。此外，瓦斯灾害易发区通常赋存着较高属于瓦斯灾害易发区域。此外，瓦斯灾害易发区通常赋存着较高的瓦斯含量。因此，预测高瓦斯含量区域也是预测瓦斯灾害易发的瓦斯含量。因此，预测高瓦斯含量区域也是预测瓦斯灾害易发区的有效手段。区的有效手段。（一）地质雷达超前探测地质构造技术（一）地质雷达超前探测地质构造技术 地质雷达是利用无线电反射原理超前探测地质构造的一种有地质雷达是利用无线电反射原理超前探测地质构造的一种有效手段。最新研制出的适合煤矿环境使用的本质安全型地质雷达，效手段。最新研制出的适合煤矿环境使用的本质安全型地质雷达，能够超前探测采掘工作面能够超前探测采掘工作面20-3020-30米深处煤岩内

3、的隐伏小型构造等米深处煤岩内的隐伏小型构造等地质异常体，通过在西山、淮南、松藻等矿区的试验，取得了好地质异常体，通过在西山、淮南、松藻等矿区的试验，取得了好的效果。的效果。（二）（二）P-SP-S波长距离构造探测技术波长距离构造探测技术 P-SP-S波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回波长距离超前构造探测主要检测地震波中反射回来的来的P P波和波和S S波并分析预报地质构造，能方便快捷预报采掘波并分析预报地质构造，能方便快捷预报采掘工作面工作面100-150100-150米深处煤岩内的地质异常情况。米深处煤岩内的地质异常情况。（三）煤层瓦斯含量直接测定技术（三）煤层瓦斯含量直接测定技术

4、通过向煤层施工取芯钻孔，将煤芯从煤层深部取出并通过向煤层施工取芯钻孔，将煤芯从煤层深部取出并及时放入煤样筒中密封，测量煤芯的瓦斯解吸速度及解吸及时放入煤样筒中密封，测量煤芯的瓦斯解吸速度及解吸量，计算瓦斯损失量。测量从煤样筒中释放出的瓦斯量，量，计算瓦斯损失量。测量从煤样筒中释放出的瓦斯量，与井下测量的瓦斯解吸量一起计算煤芯瓦斯解吸量。将煤与井下测量的瓦斯解吸量一起计算煤芯瓦斯解吸量。将煤样筒中的部分煤样装人密封的粉碎系统，测量在常压下粉样筒中的部分煤样装人密封的粉碎系统，测量在常压下粉碎过程及粉碎后一段时间所解吸出的瓦斯量，计算粉碎瓦碎过程及粉碎后一段时间所解吸出的瓦斯量，计算粉碎瓦斯解吸量

5、，据此计算出可能瓦斯含量。再根据实验可测定斯解吸量，据此计算出可能瓦斯含量。再根据实验可测定煤层残余瓦斯含量，最终求出煤层瓦斯含量。目前试验取煤层残余瓦斯含量，最终求出煤层瓦斯含量。目前试验取样钻孔深度达到样钻孔深度达到5050米。利用这种方法能够大面积测定煤层米。利用这种方法能够大面积测定煤层瓦斯含量，了解各区域的煤层瓦斯含量分布状态，以此为瓦斯含量，了解各区域的煤层瓦斯含量分布状态，以此为基础便可有效预测瓦斯灾害易发区。基础便可有效预测瓦斯灾害易发区。二、高效瓦斯抽采技术二、高效瓦斯抽采技术 （一）地面钻孔抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯（一）地面钻孔抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯 瓦斯抽采

6、是预防瓦斯灾害最根本的手段。借鉴国内外瓦斯抽采是预防瓦斯灾害最根本的手段。借鉴国内外经验并结合淮南矿区实际，对煤矿区地面钻井抽采采动卸经验并结合淮南矿区实际，对煤矿区地面钻井抽采采动卸压区煤层或采空区瓦斯技术进行了试验研究表明，在通常压区煤层或采空区瓦斯技术进行了试验研究表明，在通常情况下，钻孔在正常工作期间，瓦斯抽放量和瓦斯浓度均情况下，钻孔在正常工作期间，瓦斯抽放量和瓦斯浓度均较高，平均流量为每分钟较高，平均流量为每分钟1515立方米，平均瓦斯浓度为立方米，平均瓦斯浓度为80%80%，抽放效果较好。当工作面推过钻孔抽放效果较好。当工作面推过钻孔4-1004-100米时，钻孔瓦斯米时，钻孔瓦

7、斯流量和浓度都增到最大值。流量和浓度都增到最大值。 （二）井下顺煤层枝状长钻孔预抽煤层瓦斯技术（二）井下顺煤层枝状长钻孔预抽煤层瓦斯技术 使用澳大利亚使用澳大利亚VLDVLD10001000定向千米钻机，对不同深度定向千米钻机，对不同深度钻孔的抽采效果进行了现场试验和考察，发现随着钻孔深钻孔的抽采效果进行了现场试验和考察，发现随着钻孔深度的增加，钻孔的累计抽采总量也相应增加，说明增加钻度的增加，钻孔的累计抽采总量也相应增加，说明增加钻孔长度对提高抽采效果是可行的。在煤矿井下实施千米钻孔长度对提高抽采效果是可行的。在煤矿井下实施千米钻孔后，既可大幅度减少抽采巷道工程量，又能实现大面积孔后，既可大

8、幅度减少抽采巷道工程量，又能实现大面积预抽。对相同深度钻孔抽采量与抽采时间进行比较，认为预抽。对相同深度钻孔抽采量与抽采时间进行比较，认为钻孔的合理抽采时间以钻孔的合理抽采时间以1-21-2年为宜。年为宜。三、瓦斯灾害监测技术三、瓦斯灾害监测技术 瓦斯灾害监测是及时发现瓦斯灾害隐患的关键手段，瓦斯灾害监测是及时发现瓦斯灾害隐患的关键手段，主要包括传感器技术和监控网络系统两部分。主要包括传感器技术和监控网络系统两部分。 （一）红外瓦斯传感器技术（一）红外瓦斯传感器技术 红外瓦斯传感器主要利用瓦斯气体对某一特定波长红红外瓦斯传感器主要利用瓦斯气体对某一特定波长红外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在一确定

9、关系，通过测定外光吸收性能与瓦斯浓度之间存在一确定关系，通过测定特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行特定波长红外光被吸收的程度反映瓦斯浓度值的原理进行工作。对研制的红外传感器进行的测试结果表明，红外瓦工作。对研制的红外传感器进行的测试结果表明，红外瓦斯传感器能够测量斯传感器能够测量0-100%0-100%甲烷的测量范围。甲烷的测量范围。 （二）宽带监控系统（二）宽带监控系统 KJ90KJ90分布式网络化煤矿综合监控系统主干传输平台即分布式网络化煤矿综合监控系统主干传输平台即采用了基于采用了基于IPIP的工业以太网通信技术，将地面以太网技术的工业以太网通信技术，将地面以太网技术直接

10、延伸至煤矿井下环境。为矿井构筑了先进、可靠、标直接延伸至煤矿井下环境。为矿井构筑了先进、可靠、标准、高速、宽带、双向的综合信息传输平台，使得矿山安准、高速、宽带、双向的综合信息传输平台，使得矿山安全和综合自动化系统的各种监控设备、自动化过程控制设全和综合自动化系统的各种监控设备、自动化过程控制设备、语音通讯设备、图像监控设备等都以备、语音通讯设备、图像监控设备等都以IPIP方式接入，并方式接入，并与煤矿企业的因特网整体架构实现无缝连接。与煤矿企业的因特网整体架构实现无缝连接。四、瓦斯灾害预警技术四、瓦斯灾害预警技术 瓦斯灾害预警技术是通过建立大量的信息数瓦斯灾害预警技术是通过建立大量的信息数据

11、库，并通过监控系统监测各相关影响因素的变据库，并通过监控系统监测各相关影响因素的变化，利用试验研究得到的相关模型，实现对瓦斯化，利用试验研究得到的相关模型，实现对瓦斯灾害预警，并提出合理的消除瓦斯灾害隐患的建灾害预警，并提出合理的消除瓦斯灾害隐患的建议，利用技术提升矿井安全生产的管理水平。议，利用技术提升矿井安全生产的管理水平。 预警系统基于预警系统基于ARCInforARCInfor三维地理信息系统平三维地理信息系统平台进行开发，使过程和结果具有直观性。预警系台进行开发，使过程和结果具有直观性。预警系统主要具备以下功能模块：瓦斯赋存分析与预测，统主要具备以下功能模块：瓦斯赋存分析与预测，区域煤与瓦斯突出危险性预测，采掘工作面煤与区域煤与瓦斯突出危险性预测，采掘工作面煤与瓦斯突出危险性预测，瓦斯变化实时监控与预测，瓦斯突出危险性预测，瓦斯变化实时监控与预测，瓦斯爆炸危险性预测，系统管理、矿图维护与输瓦斯爆炸危险性预测，系统管理、矿图维护与输入输出。入输出。附录一：参考书目：附录一：参考书目：林柏泉、崔恒信 矿井瓦斯防治理论与技术，中国矿