国内外学者对煤与瓦斯突出机理、危险性鉴定、预测、监测、防治和防护等理论与技术进行了大量的研究,取得了很多创新性成果,解决了大量理论和技术难题,成效较为显著。
然而,时有发生的突出灾害事故也表明,突出防控理论与技术仍有很大的发展需求。我国各产煤区域的地层条件、地质构造及瓦斯赋存差异很大,甚至同一区域不同矿井、不同采区的条件也差异较大;煤炭资源的赋存特性和逐渐深入的开采方式决定了向深部要资源是必然趋势,但随着开采深度和开采范围的增大,应力、温度和瓦斯也在不断增大,煤与瓦斯耦合致灾危险性也越来越高;随着矿井智能化工作的推进,对煤矿瓦斯治理和突出预防也提出了智能化的要求;随着经济社会发展和安全水平的不断提高,国家对煤矿安全生产的要求也越来越高,超前进行风险管控成为必然;随着多场耦合理论研究的进展及信息化、定向钻进等技术的发展,煤与瓦斯突出防治理论与技术突破成为可能。基于煤与瓦斯突出防治现状和需求,提出发展趋势、建议和展望。
(1)煤与瓦斯突出耦合演化机理研究。近年来煤厚变化、小构造及采动应力叠加引发突出及复合煤岩动力灾害占较大比例,今后应致力于深部复杂多变的地层条件、地质构造、煤层物理力学性质、瓦斯、采动影响瓦斯卸压抽采措施及效果等多因素耦合、时空演化过程的研究分析,开发基于不同地质、开采、结构面及边界条件下的突出耦合演化模拟分析方法与软件系统,建立多因素耦合演化灾变模型,探讨突出启动发生的定量化机制,为提高对突出的认识和防控效果奠定理论基础。
(2)煤层突出危险性适应性鉴定技术研究。近年来低参数突出时有发生、应力主导型压出性突出越来越多已经表明,目前的煤层突出危险性鉴定技术已经不能满足实践需求,坚固性系数f>0.5、破坏类型<Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ的非破碎煤也能发生突出,两淮、重庆和平顶山地区部分高突煤层的瓦斯放散初速度ΔP<10。煤层突出危险性鉴定指标及主要临界参数已近30a没有变化,但期间煤炭平均采深增加了300~400m,地应力随采深增加而增大,煤层渗透性也降低。构造区是突出的高发区,但鉴定要求所有测点要避开构造影响区。分析及实践表明,透气性系数对煤层突出危险性影响也很大。我国不同地区的煤层瓦斯赋存及突出瓦斯特征差异很大。事实上,目前深部矿井鉴定时,瓦斯压力处于临界值下附近的,鉴定机构很难判定其突出危险性。因此,我国应综合考虑煤层瓦斯赋存主要特征参数、煤体强度及破坏类型、构造及采动影响等,科学研究并制定判定标准,实施分区(不同地区)、分类(有危险、有威胁和无危险)进行突出危险性科学鉴定非常必要。
(3)煤层瓦斯参数精细化测试技术研究。我国多数煤层瓦斯赋存极不均匀,有时候差异很大,煤层突出危险性也呈现很强的分区特征。少量、散点式取样测试不能完全满足煤层瓦斯资源量精准计算、瓦斯精准抽采、科学防突和抽采达标精准评判的要求。进一步发展煤层瓦斯参数精细化探测和随钻精准测试反演技术、准确划定突出危险区域并制定相关标准是非常必要的。
(4)工作面突出危险性精准探测/预测/监测预警技术研究与应用。深部开采情况下小构造、煤厚变化及采动应力叠加区易多发突出,但缺乏相应的探测/预测/监测预警技术。智能化采掘工作面对此也有更高的要求。因此,有必要进一步研究工作面前方煤层及瓦斯赋存异常精细化、自动探测与智能识别技术,发展基于常规预测指标的趋势法预测技术,发展各类工作面突出危险性综合实时监测与智能预警技术,研究基于物联网、大数据分析和人工智能识别技术,结合煤岩层赋存、地质构造和实时监测大数据的突出危险性智能识别与预警技术,进一步验证并制定相应的标准和规范。
(5)发展煤层突出危险性远程、区域性、智能防控技术。我国防突工作坚持“区域综合防突措施先行、局部综合防突措施补充”的原则。不同煤岩层定向钻进技术、智能钻进技术的突破和煤层瓦斯参数随钻测试反演技术的发展,为进一步发展煤层突出危险性远程区域性精准防控技术奠定了基础。需要发展煤层突出危险性远程区域防控智能设计技术、智能远程钻进技术,研究不同煤岩层条件的远程高效卸压增透技术,卸压增透效果、瓦斯抽采达标、消突效果远程监测或评判技术等突出危险性远程区域性精准防控技术。
(6)进一步发展并推广瓦斯灾害风险隐患大数据分析与预警平台。安全大数据分析在安全管理、安全监管、安全监察和应急救援等方面能够发挥更大的作用。应基于多网融合物联网技术和大数据、云技术,完善瓦斯灾害监测预警与风险隐患管控技术,建立分别适应于安全管理、安全监管、安全监察和应急管理的平台,智能识别瓦斯灾害危险性和各类风险、隐患,进行分级预警,并针对性提出管控措施,分类、分级别推送相关技术和管理人员,提高我国瓦斯灾害风险隐患管控能力和瓦斯治理水平。
(作者:王恩元,男,1968年生,内蒙古卓资人,教授,博士生导师。中国矿业大学安全工程学院院长,中国矿业大学安全生产检测检验中心(甲级)主任。全国高校安全科学与工程院长联合会副主席,中国职业安全健康协会理事,中国煤炭工业协会动力灾害预警与防治专家委员会专家。国务院政府特殊津贴获得者,新世纪百千万人才工程国家级人选,全国优秀博士学位论文指导教师。主持国家自然科学基金基础研究仪器专项、国家科技成果重点推广计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家“973计划”、国家“十五”~“十三五”科技攻关和支撑计划项目专题等国家级项目20余项。获国家科技进步二等奖1项,中国专利优秀奖1项,省部级奖11项。出版专著5部,发表学术论文200余篇,授权国内外发明专利30余项。
研究方向:煤岩动力灾害防控、地球物理监测与多场耦合、安全监测与大数据分析、智能预警等
主要成果:研究揭示了煤岩动力灾害演化机理,创立了煤岩损伤电磁辐射理论,发明了煤岩动力灾害声电监测预警技术及系列装备,发明了煤岩体应力定向监测方法及系统,建立了煤岩动力灾害风险隐患大数据监测与分析预警平台。
转载本文须保留本网站注明的“来源/参考文献+中国煤炭行业知识服务平台”,侵权必究。
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会