实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法

摘要

本发明涉及一种实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，包括如下步骤：首先在现有矿井安全监测监控系统的基础上在距离煤矿的掘进巷道的出口20m处设置一个风速传感器；然后从上述系统的监测数据中获取掘进工作面的混合风流的实时甲烷浓度以及实时风速；再通过查阅或测量的方法获得掘进工作面的断面面积和风筒出风口的横截面面积；然后根据上述数据计算在正常开采过程中每分钟所对应的实时瓦斯涌出量；最后根据前述步骤获取所需的数据，以15天为计算周期计算各项煤与瓦斯突出危险性分析指标，突出危险性分析指标包括地应力指标id、瓦斯压力指标ip、瓦斯含量指标iw和煤体解吸特性指标ix。

主权项

1.一种实时分析煤与瓦斯突出危险性的方法，其特征在于，包括如下步骤：①构建矿井安全监测监控系统，在煤巷的掘进巷道（B）的距离掘进工作面（B1）处的小于等于5m的部位设置位于混合风流中的第一甲烷传感器（T₁），在距离掘进巷道（B）的进出口（B2）处的10至15m处设置位于混合风流中的第二甲烷传感器（T₂），在位于与掘进巷道（B）相邻的巷道（A）中设置局部通风机（F），且该局部通风机（F）的外接风筒的出风口（F2）位于靠近掘进工作面（B1）的部位，该局部通风机（F）的进风口（F1）则设置在局部通风机（F）上，并且在局部通风机（F）的进风口（F1）所朝方向的3至5m处设置第三甲烷传感器（T₃）；在掘进巷道（B）中且距离掘进巷道（B）的出口（B2）的18至22m处设置一个风速传感器（S）；②从矿井安全监测监控系统的监测数据中获取掘进巷道（B）中的第一甲烷传感器（T₁）和风速传感器（S）的实时监测数据，并以所得数据作为掘进工作面（B1）的混合风流的实时甲烷浓度数据C以及实时风速大小数据V，即时间为t时，对应的甲烷浓度数据为C_t、实时风速大小数据V_t；③通过查阅煤矿的掘进工作面（B1）的设计资料或通过测量的方法获得掘进巷道设计的掘进工作面（B1）的断面面积S₁和风筒的出风口（F2）的横截面面积S₂；④根据步骤②和③获得的数据，利用如下公式计算掘进工作面（B1）在正常开采过程中的实时瓦斯涌出量Q_t：Q_t=C_t·V_t(S₁-S₂)，其中t为对应时间；⑤根据步骤②、③和④获取所需的数据，计算各项煤与瓦斯突出危险性分析指标，突出危险性分析指标包括地应力指标i_d、瓦斯压力指标i_p、瓦斯含量指标i_w和煤体解吸特性指标i_x，上述各突出危险性分析指标的计算周期为15天，用r表示计算周期内的天数序值，r=1,2,·,15：a地应力指标i_d：选择15天作为日移动平均值的计算周期，根据步骤④得到的瓦斯涌出量大小，利用如下公式计算该15天的计算周期内的每天的日涌出量平均值Q_pr以及该15天的计算周期内的日移动平均值Q_y：$\begin{array}{c}{Q}_{\mathrm{pr}}=\frac{1}{24}\underset{t=1}{\overset{24}{\Sigma }}{Q}_{\mathrm{tr}};\\ ;\end{array}$$Q_y=\frac{1}{360}\underset{t=1}{\overset{360}{\Sigma }}{Q}_t;$上述公式中，Q_tr指第r天24小时内的每小时的实时瓦斯涌出量，Q_t指这15天的计算周期内的每小时的瓦斯涌出量；然后利用公式即可计算得出该掘进工作面（B1）在上述15天的计算周期内每天的地应力指标；b瓦斯压力指标i_p：在煤矿正常开采过程中，煤体瓦斯涌出量的大小是随着时间推移不断波动的，在掘进工作面（B1）落煤开始时达到峰值；在煤矿正常开采过程中的瓦斯涌出累计量Q′可以采用公式Q′=A·lnt′+B来描述，其中t′为时间，A、B指相关系数，lnt′指t′取对数；将公式Q′=A·lnt′+B中的系数A作为瓦斯压力指标i_p；在每天选取当天24小时之内数值最大的瓦斯涌出量峰值作为当天的瓦斯涌出量峰值，将被选取作为当天的瓦斯涌出量峰值的瓦斯涌出量峰值所对应的时间t作为时间起点t′=0，对被选取作为当天的瓦斯涌出量峰值的瓦斯涌出量峰值所对应时间点后的20至30min内一段时间每间隔1至3分钟计算所对应时间点的瓦斯涌出累计量，以t′为横坐标、瓦斯涌出累计量Q′为纵坐标，作出瓦斯涌出累计量曲线，再根据瓦斯涌出累计量曲线以lnt′为横坐标、瓦斯涌出累计量Q′为纵坐标作出该20至30min的时间段内的瓦斯涌出累积量Q′与lnt′的关系曲线，利用Excel中的线性拟合工具对上述瓦斯涌出累积量Q′与lnt′的关系曲线进行拟合，拟合后得到公式Q′=A·lnt′+B中的系数A的数值，作为表征当天的瓦斯压力的指标i_p，计算每天的瓦斯压力指标i_p；c瓦斯含量指标i_w：在a中已经计算得到了15天的计算周期内的日移动平均涌出量Q_y，在每天选取当天24小时之内数值最大的一个瓦斯涌出量峰值作为当天的瓦斯涌出量峰值Q_fr，利用公式即可计算得出掘进工作面（B1）在该15天的时间段内每天的瓦斯含量指标；d煤体解吸特性指标i_x：在煤矿正常开采过程中的瓦斯涌出累计量Q′也可以用如下2个关系式来进行描述：$Q^{\prime }=V_0^{\prime }\left[\frac{{(1+t^{\prime })}^{1-n}-1}{1-n}\right],$Q′=a·t′ⁱ，t′指时间；V′₀指t′=0时的瓦斯涌出速度；a、i、n指与煤的瓦斯含量及结构有关的常数；在每天选取当天24小时之内数值最大的瓦斯涌出量峰值作为当天的瓦斯涌出量峰值，将被选取作为当天的瓦斯涌出量峰值的瓦斯涌出量峰值所对应的时间t作为时间起点t′=0，对被选取作为当天的瓦斯涌出量峰值的瓦斯涌出量峰值所对应时间点后的20至30min内一段时间每间隔1至3分钟计算所对应时间点的瓦斯涌出累计量，以t′为横坐标、瓦斯涌出累计量Q′为纵坐标作出瓦斯涌出累计量曲线，利用Matlab中的lsqcurvefit函数对上述瓦斯涌出累计量曲线进行拟合，即可得到公式中的系数n的数值和Q′=a·t′ⁱ中指数i的数值，将n和i均作为表征煤体解吸特性的指标i_x。