本技术介绍了一种重叠采空区煤自燃与瓦斯共生灾害的识别与治理方法。该方法通过整合地质资料、瞬变电磁探测装置和钻孔窥视仪的探测结果,精确确定前方采空区的大致范围,为灾害治理提供科学依据。
背景技术
煤炭是一种重要的化石燃料。近年来,随着煤炭资源需求量的上升,煤炭开采的规模和难度不断扩大,安全生产方面面临着巨大的挑战。煤矿中瓦斯爆炸等灾害频繁发生,极大地影响煤矿企业稳定、健康运行,同时也制约着煤炭行业发展的主要因素。
采空区煤自燃与瓦斯复合灾害采空区裂隙场、CH4
体积分数场、O2
体积分数场和温度场等多场介质交汇致灾结果,在裂隙空间多场交汇中煤自燃、瓦斯燃烧、瓦斯爆炸等灾害共存、互相影响,表现出强烈的动态耦合作用。对于重叠采空区或厚煤层需多层开采的采空区而言,当上分层煤炭开采完成后,采空区遗煤较少,煤的破碎程度低,煤自燃概率较低;但是当下分层开采时,实际也相当于介入采空区下部,由于受倾角或来压等因素的影响,煤层重新揭露,造成上、下分层采空区贯通,煤矿采空区浮煤、遗煤在持续漏风条件下加速升温氧化,而合适供氧和蓄热环境下导致的煤自燃成为引发瓦斯灾害的高温“点火源”。此外,开采工作面采空区是一个半封闭空间,内部由大量的破碎岩石及遗煤组成,如在煤层开采过程中遇到断层、巷道冲击地压等因素导致工作面推进速度减慢时,由于上下分层气体压强不同,在上下分层连通瞬间气体会大量涌入上分层,进而导致上分层遗煤中残余瓦斯不断解吸扩散从底板裂隙中涌向正在开采的下分层煤层工作面中,导致下分层的瓦斯与氧气浓度升高,最终加速采空区遗煤氧化速度,易发生煤自燃与瓦斯共生灾害。
为高效防控采空区煤自燃与瓦斯复合灾害,国内外有关学者从控氧气、瓦斯、温度、时间等方面进行协同防控。主要通过实施瓦斯抽采与灌注不燃性材料等“抽-封-注-灌”相关措施,保障瓦斯与煤自燃共生灾害煤炭资源安全开采。目前,公开号CN117005911A的中国发明专利公开了一种煤矿深部开采复合灾害监测预警方法及装置,主要结合预设的评判体系,对灾害监测地理空间物理量数据和灾害监测地理空间时间度量数据在灾害监测地理空间几何数据范围内进行动态耦合式分析,得到实时的预警信息,但只考虑了地质方面有关因素,较不全面。公开号CN111425245A的中国发明专利公开了一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法,主要确定本煤层合理的抽采负压,将采空区漏风场达到最优化,进而保障瓦斯抽采效果的同时实现煤与瓦斯共生灾害防治。公开号CN108959691A的中国发明专利公开了高瓦斯易自燃采空区耦合灾害至动态隔离参数确定的方法,主要通过得到采空区后方孔隙率的分布规律来进行流场模拟,从而确定最佳隔离参数。但由于煤自燃与瓦斯共生灾害具有隐蔽性、耦合性、动态性和复杂性的特点,而上述关于有关该共生灾害的防治只针对其中部分问题进行了监测及治理,研究体系尚不完善。
综上所述,目前已有的煤自燃与瓦斯复合灾害识别及治理方法不够系统,为防止各灾种之间相互影响、采空区共存环境动态性变化、采空区非线性升温形成的致灾演变和不能准确观察到采空区内部火灾变化共同导致煤自燃与瓦斯共生灾害事故的持续恶化,需采用多学科交叉、多手段融合的方式,实现采空区煤自燃与瓦斯复合灾害致灾风险的精准预判与评估、灾情信息的精准获取、封闭区域的合理选择及灾害区域的精准定位和智能定向处置,以此为有效避免复合灾害事故的发生提供关键技术支撑。
因此本发明提出一种方法,能精准的通过有害气体的浓度、气体压力、温度、地应力、漏风情况多因素综合判断周围气体浓度场、温度场、气体压力场、漏风流场、地应力场是否异常,并通过针对的异常现象采取不同的解决措施,从而为煤自燃及采空区瓦斯灾害的精准识别与高效治理提供技术支撑,是本发明的研究方向。
实现思路