我国煤矿瓦斯防治理论技术研究进展_中国煤炭行业知识服务平台

我国煤矿瓦斯防治理论技术研究进展

瓦斯不根治，煤矿无宁日。为积极探索煤与瓦斯突出防治及瓦斯抽采新技术、新工艺、新装备，有效提高我国煤矿安全保障能力、推动瓦斯治理研究工作的进程，促进我国煤矿安全生产形势稳步好转，并进一步发挥《煤炭科学技术》作为全国煤炭行业的重要科技窗口和学术交流阵地的作用，优选《煤炭科学技术》近两年刊出的瓦斯防治理论与技术研究方面的文章，组织本专题，以飨读者。

行业视野: 安全
类别; 102个
关键词; 97位
专家; 26篇
论文; 14754IP
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基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型研究

作者(Author)：李树刚, 马莉, 潘少波, 石新莉

摘要：瓦斯灾害制约着煤矿安全生产的发展水平，瓦斯治理是高瓦斯煤矿开采工程中的重要环节，有效预测出下一时间段瓦斯浓度并做出合理的安全防护措施，可为煤矿瓦斯治理决策提供一定的参考依据。利用循环神经网络适合处理连续时间序列样本的特性，构建了一种基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型。该模型以宽泛策略为原则初步确定预测模型网络结构参数，选取数据量更大、时间跨度更长的瓦斯浓度时间序列为训练样本。首先采用邻近均值法和插值法处理训练样本中的异常值和缺失值，同时采用最大最小值标准化法对数据进行归一化处理，其次以均方误差和运行时间为评价指标，采用自适应矩估计优化器优化模型权重，选取修正线性为激活函数，隐藏层中加入丢弃层，通过不断调节步长、网络层数等参数，最终得到最优的循环神经网络瓦斯预测模型。研究结果表明：相比于反向传播神经网络预测模型和双向循环神经网络预测模型，基于循环神经网络的煤矿工作面瓦斯浓度预测模型的训练误差降低至0.003，预测结果误差降低至0.006，具有更高的预测准确度；同时，预测误差波动范围在0.001～0.024，具有更好的稳定性和鲁棒性。基于循环神经网络的工作面瓦斯浓度预测模型具有更高的准确度、稳定性和鲁棒性，可有效预测出下一时间段瓦斯浓度的变化趋势，从而提前做出合理的防护措施，为煤矿安全生产提供一定的参考意见。

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煤炭科学技术

2020年第01期

864

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综采工作面上隅角瓦斯流动活跃区形成机理研究

作者(Author)：李树刚, 乌日宁, 赵鹏翔, 肖鹏, 杜轩宏

摘要：为解决综采工作面回采期间上隅角瓦斯超限问题，以山西某高瓦斯矿井主采工作面为原型，基于物理相似模拟试验，采用分形理论从细观角度证实了瓦斯流动活跃区的存在性，通过构建瓦斯流动活跃区的空间模型和力学模型，研究了工作面上隅角瓦斯流动活跃区的形成机理，并结合FLUENT数值模拟软件，对上隅角埋管抽采瓦斯的布置参数进行了优化。结果表明：通过对比局部瓦斯优势通道裂隙网络与整体覆岩裂隙网络的分形特征，认为局部裂隙网络发育更为丰富，进而证实了瓦斯流动活跃区的存在；推导出了瓦斯流动活跃区关键岩块的二次失稳形式及判据，认为关键岩块不会发生二次失稳，保证了关键岩块的存在，从而保证了瓦斯流动活跃区不会消失，为上隅角埋管抽采活跃区瓦斯提供了可稳定参考的位置基础；通过对埋管深度为5、15、25 m时采空区及工作面的瓦斯浓度分布进行数值模拟，认为埋管深度为15 m时的抽排效果最佳。

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煤炭科学技术

2019年第01期

671

871
高瓦斯综采工作面定向钻孔代替尾巷抽采瓦斯技术

作者(Author)：林海飞, 杨二豪, 夏保庆, 李树刚, 赵鹏翔, 孔祥国, 秦雷

摘要：针对高瓦斯综采工作面U型通风条件下上隅角瓦斯超限问题，分析了定向钻孔代替尾巷抽采卸压瓦斯的必要性及可行性，阐述了卸压瓦斯抽采原理；利用物理相似模拟及理论分析，分析了采动覆岩裂隙演化规律，确定了定向钻孔参数，并进行现场工程应用。结果表明：随着工作面推进，试验工作面采动覆岩形成不规则冒落带、规则冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，其中规则冒落带高度为17.9 m（采高的4.48倍），裂隙带高度为60.36 m（采高的15.09倍）；定向钻孔与回风巷平距为8～20 m，与煤层顶板垂距平均18.5 m；利用定向钻机施工钻孔偏移量较小，定位准确，瓦斯抽采纯量平均6.37 m3/min，占瓦斯涌出量的8.59%，实现了定向钻孔代替尾巷治理瓦斯效果，保证了工作面安全回采。

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煤炭科学技术

2020年第01期

729

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我国煤矿覆岩采动裂隙带卸压瓦斯抽采技术研究进展

作者(Author)：林海飞, 李树刚, 赵鹏翔, 肖鹏, 潘红宇, 刘超

摘要：采动裂隙带卸压瓦斯抽采是工作面瓦斯防治的主要方法,介绍了采动裂隙动态演化规律的研究现状,分析了卸压瓦斯抽采原理。根据瓦斯抽采直接通道的不同,总结提出采动裂隙带瓦斯抽采分类方法;基于工作面瓦斯绝对涌出量的大小,提出采动裂隙带瓦斯抽采技术的分级选择法。对各类采动裂隙带瓦斯抽采方法的优缺点、布置方式进行了分析论述,给出了具体的设计方法以及技术参数,并结合现场实例说明了各种抽采方法的效果。最后通过总结概括采动裂隙带瓦斯抽采技术的研究现状,指出采动裂隙带演化模型三维化、瓦斯高效抽采技术参数精准化以及瓦斯抽采技术装备智能化是覆岩采动裂隙带瓦斯抽采未来的研究重点及发展趋势。

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煤炭科学技术

2018年第01期

630

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水力冲孔孔洞周围煤体地应力和瓦斯时空演化规律

作者(Author)：王恩元, 汪皓, 刘晓斐, 沈荣喜, 张超林

摘要：水力冲孔作为煤层卸压增透的强化措施，被大量应用于松软低透高突煤层。针对目前水力冲孔周围煤体多场分布演化规律不清、水力冲孔卸压半径等参数难以确定的问题，以河南梁北矿二1突出煤层为工程背景，利用自主研制的应力监测系统，结合现场瓦斯流量测试，开展了对水力冲孔实施区域地应力场和渗流场的同步监测，获得了冲孔孔洞周围煤体地应力场和瓦斯场的时空分布及演化规律。结果表明：①水力冲孔后孔洞周围煤体应力场存在动态演化过程，卸压区和应力集中区逐渐向外迁移，直到3天后才基本趋于稳定；②应力趋于稳定后，距冲孔中心4 m内为应力卸压区，4～5 m为应力过渡区，超过5 m为应力集中区，卸压区半径是冲孔孔洞等效半径的10倍多；③距冲孔中心4 m以内区域裂隙场发育，渗透率和抽采孔瓦斯流量增加，但周围应力集中区的渗透率和钻孔瓦斯流量变得更低。研究结果为准确确定水力冲孔及瓦斯抽采参数、有效卸压增透和强化瓦斯抽采效果提供理论和实践依据。

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煤炭科学技术

2020年第01期

708

1001
采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯机理研究

作者(Author)：程志恒, 卢云, 苏士龙, 刘彦青, 陈亮

摘要：为了提高采空区顶板高位走向长钻孔瓦斯抽采效率，消除工作面上隅角瓦斯超限事故，以山西华晋吉宁煤业有限责任公司2102综采工作面为研究对象，采用数值模拟、理论分析与现场试验相结合的方法，利用3DEC软件模拟计算2102综采工作面回采期间采空区顶板裂隙场演化过程，根据裂隙场、应力场和应变场分布模拟结果在沿工作面推进方向上划分采空区顶板裂隙加强区范围与压实区范围，工作面推进期间煤层顶板在时间上先后经历裂隙加强区和重新压实区，处于裂隙加强区的钻孔部分为钻孔高效抽采作用区域，钻孔高效抽采段长度与钻孔高效抽采段裂隙发育程度共同决定高位走向长钻孔抽采效率，揭示了采空区顶板高位走向长钻孔高效抽采瓦斯作用机制；在此基础上，在采空区顶板裂隙带高度范围内布置多个高位试验钻孔，进行钻孔瓦斯抽采效果考察，研究结果表明：在保证高位钻孔布置于回风巷内侧顶板裂隙带前提下，最佳布孔层位为距煤层底板60 m左右，同时在高位试验钻孔作用下，上隅角瓦斯体积分数最大值由1.1%降低至0.6%，说明根据回风巷内侧采空区顶板裂隙带高度范围，布置高位走向长钻孔能显著降低上隅角瓦斯浓度。

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煤炭科学技术

2020年第02期

939

1715
瓦斯抽采钻孔非凝固材料性能与智能封孔装置研究

作者(Author)：程健维, 赵刚, 刘雨涛, 汤红枪

摘要：为了克服已有瓦斯钻孔封堵技术中固态封堵材料无法封堵次生裂隙、导致瓦斯抽采后期抽采效果急剧下降的难题，提出了一种操作简单、成本低廉、提高钻孔密封效果的瓦斯抽采钻孔密封方法，即通过注浆泵带压注浆的方法将一种非凝固的半流体封孔材料注入2段膨胀封堵材料形成的密闭空间内对煤岩裂隙进行封堵，同时为了配合非凝固浆液在井下需要长期保压的需求，研发了智能控制瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔系统，这套系统通过对抽采瓦斯钻孔封孔状况进行自动监测，可以在钻孔压力下降到一定数值后自动补浆，形成动态持续封堵机制。重点介绍了研制的非凝固材料成分，主要有钠基膨润土和高岭土构成，还添加了粉煤灰，三聚磷酸钠和硅酸盐水泥材料。通过测试不同水灰比范围为5∶1至20∶1的浆液的流动度、析水率的变化情况，得到4组符合要求的非凝固材料浆液水灰比，分别是8∶1、10∶1、12∶1和14∶1，最后通过测试这4组水灰比浆液在纱网中的滞留百分比，确定了非凝固材料在井下使用的最佳水灰配比为10∶1，同时对研发的智能瓦斯封孔系统也进行初步介绍。在城郊煤矿的应用结果表明：使用该技术，钻孔瓦斯抽采浓度比原有水泥基材料封孔提高了62％，同时抽采时间延长2倍。证明该工艺技术具有良好的应用前景。

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煤炭科学技术

2020年第02期

556

727
煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响研究

作者(Author)：王燕, 齐英全, 温小萍, 王蔚, 甘向阳, 裴蓓, 纪文涛

摘要：瓦斯和煤尘复合爆炸是煤矿井下爆炸灾害的主要形式之一，研究瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律，是有效防治煤矿爆炸灾害的必备条件。为研究煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限的影响，特选用2种组分不同的煤尘（烟煤和无烟煤）。依据EN 14034标准，使用10 kJ化学点火头在标准20 L球形爆炸容器中，分别对2种煤尘的最小爆炸浓度、相同试验条件下的瓦斯爆炸下限以及煤尘与瓦斯的复合爆炸下限进行了测量。试验测得烟煤和无烟煤的最小爆炸浓度分别为50 g/m3和70 g/m3，瓦斯爆炸下限为4%。当煤尘中分别通入1%、2%、3%、4%的瓦斯后，烟煤最小爆炸浓度分别降低至40、20、5、0 g/m3，无烟煤最小爆炸浓度分别降低至50、20、5、0 g/m3。基于上述测量结果，对比分析了煤尘组分对瓦斯/煤尘复合爆炸下限变化规律的影响，并探讨了Le Chatelier、Bartknecht、Jiang等气粉复合爆炸下限预测模型对瓦斯/煤尘复合体系的适用性。结果表明：2种煤尘的最小爆炸浓度均随瓦斯浓度的增大而降低，但挥发分含量低的煤尘降幅更大，即瓦斯对低挥发分煤尘最小爆炸浓度的影响更为显著。Jiang模型预测值远远偏离实际测量值；Le Chatelier模型预测值高于实际测量值，且误差随瓦斯浓度的增大而增大；Bartknecht 模型适用性相对较好，且更适用于低挥发分瓦斯/煤尘复合体系。

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煤炭科学技术

2020年第02期

559

494