煤矿火灾智能预警系统研发与应用

目前煤矿火灾监测系统实现了对矿井煤自燃标志性气体、温度、烟雾、火焰等部分指标的单独监测,未对煤矿火灾相关因素进行有效、全面、统一的监测。针对该问题,从内因、外因2个方面分析了煤矿火灾潜在危险因素,提出一种分源分区监测火情态势的方法。内因火灾方面,主要针对较易发生火灾的工作面采空区、密闭采空区及人工自然发火观测点等进行监测;外因火灾方面,主要针对机电硐室及其配电点、带式输送机系统、电缆等方面进行监测。建立了煤矿火灾分源分区监测指标体系,采用人工监测或在线监测的方式定期采集或更新火灾特征参量数据,按数据采集方式及影响程度,将火灾监测指标分为动态指标、静态指标和关联指标。设计了火灾智能预警系统的总体架构和业务流程,采用基于多指标联合逻辑推理的预警方法实现内因火灾预警,采用基于D-S证据理论的多参量融合预警方法实现外因火灾预警。现场试验结果表明,火灾智能预警系统实现了对矿井火灾的有效监测预警,具有煤矿火灾风险预警“一张图”可视化展示功能,同时具备火灾智能模拟演示功能及避灾路线动态规划功能。

察哈素煤矿导向槽定向水力压裂增透技术研究

针对察哈素煤矿煤层透气性低、瓦斯抽采难度大的问题,提出应用预置导向槽的定向水力压裂技术提高煤层抽采效率的技术方法。利用COMSOL Mutiphysics模拟软件建立煤岩应力损伤渗透的水力压裂抽采耦合模型,分析导向槽作用下煤层弹性损伤模量的变化以及有效抽采半径,并在24130工作面进行了现场试验。数值模拟和现场试验效果表明,导向槽作用煤层所受的水平主压力大于垂直方向的主应力,率先在水平方向上发生岩层拉伸破裂,现场定向水力压裂作业后抽采钻孔的平均瓦斯浓度为42.4%,平均瓦斯纯量为0.0098 m^(3)/min,有效抽采半径为3.6 m,与数值模拟结果大致吻合。

超宽带雷达生命探测技术研究

超宽带(UWB)雷达生命探测技术具有功耗低、穿透性好、保密性高等优点,有利于提高灾后受困人员的生存率。系统总结了UWB雷达生命探测技术的国内外研究进展及现状。根据发射信号形式不同,将UWB雷达生命探测技术分为连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术,分别介绍了2种探测技术的原理与应用优势。基于连续波雷达生命探测技术和脉冲波雷达生命探测技术的各自特点,从探测信号发射、回波信号预处理、生命信号提取与分析3个角度,分析了UWB雷达生命探测关键技术,总结了3种关键技术的研究现状。对UWB雷达生命探测技术的研究进行展望:突破生命探测仪收发机硬件性能,提升发射信号带宽,优化射频功率放大技术,以增大穿墙探测距离;综合利用多种特征提取方法和智能模式分类方法,以及人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术,提高目标识别的精确度;研制基于多输入多输出雷达的人体目标辨识与定位装备和高精度分布式组网全极化UWB雷达生命探测仪,提升探测结果维度。

挡烟垂壁对长通道顶棚温度分布的影响研究

为提高长通道内部挡烟性能,揭示挡烟垂壁在长通道烟流控制中的作用,利用数值模拟方法研究挡烟垂壁与火源的距离分别为4.2、6、9、12 m,垂壁高度在0.3~0.9 m时顶棚附近烟气温度纵向分布;拟合模拟数据得出挡烟垂壁位置与高度综合影响下长通道挡烟垂壁下游温度纵向分布预测公式,并通过1∶5小尺寸通道火灾试验对预测公式进行验证。结果表明:挡烟垂壁对其上下游烟气温度分布的影响分别表现为减缓衰减与加速衰减2种效果;随着垂高的增加,垂壁上游温升值增大,下游温升值减小,且下游温度衰减速率与垂壁高度有线性关系;挡烟垂壁离火源越远,烟气温度纵向衰减越慢,高温危险区域越大;试验温度数据与公式预测值二者吻合较好,验证了数值模型的有效性。

瓦斯抽采“两堵一注一排”新工艺技术

为提高瓦斯抽采钻孔的抽采浓度,实现煤矿瓦斯回收利用,针对现有的＂一体式囊袋两堵一注＂封孔器漏气问题,对其工艺进行改进,设计出＂两堵一注一排＂封孔装置,并进行井上试验研究和井下工程试验,对比分析2种封孔器的抽采效果。结果显示：井上试验＂两堵一注一排＂新工艺注浆段密实,＂一体式囊袋两堵一注＂出现明显的空白段;井下在相同煤层条件下,＂两堵一注一排＂新工艺抽采90天平均瓦斯体积分数为75%,＂一体式囊袋两堵一注＂抽采瓦斯体积分数为55%。

煤层注水时间与水分增值及影响范围

为研究东荣二矿七号工作面在18 MPa下煤层注水过程中注水时间、影响半径和水分增值之间的关系,根据现场测试结果,运用FEM算法反演计算得到数值模拟注水参数并建立了煤层注水数值模拟模型.运用回归分析法对数值模拟结果进行分析,得出注水时间与水分增值、影响半径的函数.研究结果表明:注水时间是一个以水分增值为二次项,以影响半径为一次项的函数,函数图像为倾斜的凹面,实现了通过煤层注水工程所需的水分增值和影响半径确定最佳注水时间的目的.

深部煤层抽采钻孔自然发火原因分析与防治

为避免深部煤层抽采钻孔自然发火,以平煤十矿24100工作面抽采钻孔为研究对象,运用理论计算和数值模拟的方法研究抽采钻孔自然发火的原因。首先通过理论分析确定抽采钻孔封堵段周围破碎区与塑性区半径;通过数值模拟的方法,以煤自然发火最小风速为依据优化24100工作面瓦斯抽采钻孔封孔深度和抽采负压,并与24100工作面现场工程试验结果进行相互验证。结果表明:钻孔封堵段周围塑性区半径0.22 m为抽采钻孔提供了漏气通道,24100工作面抽采钻孔最佳封孔深度为17 m、抽采负压为25 kPa,可以防止抽采钻孔自燃。

装药位置对深孔聚能爆破数值模拟与应用研究

为研究不同装药位置对深部聚能爆破增透的效果,构建了不同装药位置的数值模型,运用理论分析、数值模拟和现场应用相结合的方法,分析了深孔聚能爆破不同装药位置周围的应力分布和裂隙发育状态,开展工程试验考察了周围抽采钻孔瓦斯浓度和瓦斯纯量的变化。研究结果表明:不同装药位置相比,中端装药时爆破有效影响范围较大、应力作用时间较长,里端装药时较小,外端装药时最小;聚能爆破中端装药,其爆轰波和应力波作用于煤体的时间较长且应力值更大,爆破产生的裂隙深度主要在轴向上加深,轴向裂隙和径向裂隙比其他装药方式均有增加;爆炸产生的爆生气体与空气波二次作用产生反射波,延长了作用时间,有助于裂隙扩展,加速了赋存瓦斯解吸和流动,爆破效果更好;深部聚能爆破中部装药能够有效地提高煤层的透气性和瓦斯抽采率。

采空区CO涌出量预测模型

为研究综放工作面CO涌出规律,以指导工作面通风及解决采空区自燃防治问题,以瑞安煤矿1煤层首采层014N_1-1综放工作面为原型,采用COMSOL Multiphysics 5.0建立采空区CO涌出量模型,并开展正交试验设计及数值模拟计算。然后,采用SPSS软件对模拟结果进行逐步回归,建立了CO涌出量关于CO源项强度、CH_4源项强度、CO反应速率、推进速度、风速等5个因素的回归模型,并采用现场实测数据对其进行修正。结果表明:CO涌出量与5个因素间均有极显著相关性,修正后的CO涌出量预测结果与现场实测数据吻合度较高,可以采用该模型进行采空区CO涌出预测,有利于指导矿井通风、防灭火的现场实践工作。

“两堵一注一排全筛网管”工艺及机制研究

为解决煤层瓦斯抽采体积分数低和抽采安全问题,分析抽采钻孔封堵段漏气原因和有效瓦斯抽采段压损机制。通过分析得到,漏气量与注浆压力、封堵长度成反比,与孔径大小和抽采负压成正比,且有效瓦斯抽采段全筛网管技术可减少沿程负压损失,在此基础上设计"两堵一注一排全网管"一体化装置。工程实践表明:与"两堵一注"封孔方法相比,在同等条件下"两堵一注一排全网管"封孔抽采瓦斯体积分提高了54.33%;"两堵一注一排全筛网管"比"两堵一注一排直管"在塌孔后平均瓦斯体积分数提高了125.82%。

地震诱发煤矿次生灾害隐患排查体系构建

矿山安全工作较少考虑地震灾害的影响,不能满足国家新时代新形势对矿山安全提出的新要求。研究了煤矿遭受地震灾害典型案例,探讨了煤矿生产事故与地震灾害之间的关系,并针对地震诱发煤矿次生灾害防治存在的主要问题,研究了以煤矿生命线系统为主的承灾体隐患类型,揭示了承灾体隐患与震后煤矿次生灾害类型之间的关系;在此基础之上,研究提出了地震诱发煤矿次生灾害隐患排查方法,构建了地震诱发煤矿次生灾害隐患排查指标体系。研究结果表明:煤矿抵抗地震诱发次生灾害的承灾体隐患类型较多,地震可能诱发的煤矿次生灾害类型包含次生矿井水害、次生瓦斯灾害、次生冲击地压灾害、次生机电事故、次生运输提升事故、井巷工程破坏、人员伤亡和设备受损等;以煤矿生命线系统为主线构建的地震诱发煤矿次生灾害隐患排查体系,包含煤矿地震灾害防治基础信息、地面工程排查、矿井工程排查等三大类型32项基础信息24项排查指标,能够全面覆盖煤矿主要地震承灾体,具有较强的针对性和可操作性,这对全面排查煤矿地震次生灾害隐患,精准提升煤矿抗震设防水平和抗震能力具有重要意义。

复杂致灾条件下煤层自燃防治关键技术研究

自燃火灾是煤矿开采中最为严重的热动力灾害之一,具有隐蔽性、突发性和易引发瓦斯、煤尘爆炸等次生灾害的特点.我国煤矿火灾的致灾条件复杂,主要受煤层赋存条件、开采条件和灾害治理条件的影响:我国煤炭天然禀赋条件复杂,多数开采煤层为自燃和易自燃煤层,部分矿区煤层为大倾角煤层,自然发火严重;煤矿开采条件复杂,特别是厚煤层、大倾角,综放开采导致采空区漏风量大、遗煤多,增加了火灾防治难度;矿井瓦斯治理与煤自然发火防治相互影响,在一定程度上增加了煤层和采空区自然发火的危险性,使得矿井火灾防治问题更加复杂.因此,复杂致灾条件下煤层自燃火灾的防治问题成为煤矿安全高效开采的重大科技难题.