KJ918（A）防突预警系统在文家坝煤矿回采工作面的应用情况简介

一、工作概况

文家坝一矿A110605回采工作面走向长920m，倾斜宽180m，回采煤层为6#煤层 ，距地表垂高136m～245m。煤层厚度0.8m～4.2m，一般厚度2.52m，倾角8°～10°。6#煤层在埋深185.3m时测得的瓦斯含量14.45m³/t，压力为1.15Mpa。在埋深132.2m时测得的瓦斯含量13.66 m³/t，压力为0.96Mpa。6#煤为突出煤层，破坏类型为Ⅲ类，坚固系数0.34，透气性系数0.4144m²MPa²d。6#煤层直接顶为粉砂岩、其厚度4m~13m，平均厚度10m。根据强制切顶眼实际施工情况分析，6#煤层顶板往上5.2m为灰岩，厚度4m~5m。受煤层地质条件和煤层特性影响，A110605回采工作面实施顺层钻孔预抽回采区域瓦斯不理想；实施了排放孔或强化局部防突措施后，效果不明显，导致A110605回采工作面生产效率不高。针对A110605回采工作面瓦斯难以治理问题，先后引进了高压水射流割缝技术、松动爆破等强化措施，但收效甚微。

2018年8月刚恢复生产的工作面由于预测连续超标，不得不停止回采并采取措施。文家坝煤矿召开专家研讨会。经分析认为A110605回采工作面突出危险性主要是地应力为主导因素，原因如下：

1.6号层直接顶5～6m泥岩，在上边有11m左右的石灰岩；泥岩随采随冒，但石灰岩不容易断裂，形成了悬壁梁，图2-1所示为顶底板岩性图。

2.随着悬壁梁的加长，周期性的使得靠近回采工作面侧，地应力逐渐增大，导致煤层的透气性小于了煤层的原始透气性，采用本煤层抽放措施效果不佳。

3.当悬壁产生的应力强度超过石灰岩的强度时，石灰岩断裂，积累的强大的能量突然冲击在煤体上，瞬间压裂煤体，使得煤层透气性发生突变，煤体中的瓦斯快速解吸、膨胀、可能会驱动突出的发生。

4.鉴于以上情况，采取爆破强制切顶卸压措施，并安装煤与瓦斯突出预警系统。

5.强制切顶目的是为破坏6#煤层直接顶灰岩的整体性，爆破使其断裂垮落，减少工作面顶板支承压力和释放前方煤层瓦斯压力，促使煤体瓦斯充分卸压，提高瓦斯治理效果，减少突出的可能性。煤与瓦斯突出预警安装的目的是为了在切顶及回采期间，监测工作面地应力与瓦斯的变化，以前预警突出危险性及级别，防止工作面发生突出。安装一套回采工作面KJ918（A）预警系统，对工作面突出危险性进行实时预警。

1. KJ918(A)防突预警系统在A110605采面的应用

  （一）工作原理

KJ918(A)矿用煤与瓦斯突出预测参数监测系统（以下简称系统）以煤与瓦斯突出综合假说为基础，应用人工智能技术、大数据等技术，通过微震传感器、瓦斯传感器和风速传感器等，实时监测和分析采掘工作面周围地应力信号和瓦斯涌出量的变化趋势，预警煤与瓦斯突出危险性。系统主要适用于煤矿井下回采工作面，掘进工作面，石门揭煤等。

（二）主要功能

1.系统能够在不同矿井，不同采深，不同区域采集甲烷浓度、风速，计算工作面瓦斯涌出量。通过分析瓦斯涌出量的动态变化，自动寻找突出判据，建立瓦斯指标危险判据，预测煤与瓦斯突出危险性。

2.系统可以分不同区域，分析长时间段（天或者班）、短时间段（小时或分钟）地应力活动状况产生的微震信号（大事件数、小事件数、能量）来确定该区域当前地应力变化的趋势，预测煤与瓦斯突出的危险性。

3.系统具有人工智能技术，对煤与瓦斯突出自然灾害相关的瓦斯、风量、微震信号，进行对比分析，建立综合指标，实时预警突出危险性。

4.根据长时指标或短时指标的分析结果，地面中心站以进行语音报警提示。

5.系统能够根据分析结果的级别和类型，以手机短信的方式，发送给煤矿相关负责人。

（三）KJ918(A)防突预警系统在回采工作面安装布置

图为回采工作面安装布置图，安装方法如下：

图7-2 回采工作面传感器安装布置图

1.在回采工作面的进风巷和回风巷距工作面30m处、间隔30m，安装4组共8个微震传感器。

2.在回风巷按照间隔30m，布置安装2组瓦斯和风速传感器。

3.在进风巷人员活动密集区，安装一个语音报警器，在风门外安装另外一个语音报警器。

3.当工作面距微震传感器小于10m时，拆下传感器前移。

4.甲烷传感器、风速传感器做相应的前移，依次循环往复

（四）防突预警系统在A110605采面的应用效果分析，从图中可以看出地应力活动十分活跃。

 A110605采面2月15日突出危险综合分析图

2.A110605采面3月4日突出危险综合分析图。从图中可以看出工作面放顶比较成功，装药量180KG，放顶后现场测定，点预测两个指标都不超标。

A110605采面3月4日突出危险综合分析图

3.A110605采面3月18日突出危险综合分析图。工作面在采煤期间，地应力活动与瓦斯涌出互动明显。3月18日系统预警：二级危险：瓦斯压力型突出危险性。3月19日点预测：K₁=0.75mL/g•min^1/2，钻屑量S_max=4.6kg/m，与系统预警结论一致。

  A110605采面3月18日突出危险综合分析图

4.A110605采面3月27日突出危险综合分析图。3月27日系统预警：二级危险，瓦斯型突出危险性。3月28日点预测：K₁=0.65mL/g•min^1/2，钻屑量S_max=5.6kg/m，与系统预警结论一致。

  2019年3月27日危险分析曲线

5.A110605回采工作面点预测与KJ918（A）预警系统预测结果对比表，从表中可以看出：KJ918(A)预警系统可以提前1～3天对工作面突出危险性进行预警，大大提高了采掘工作面的安全性。

A110605回采工作面点预测与KJ918(A)预警系统预测结果对比表

6.强制切顶后最高推进进尺为88.8m，每次平均推进进尺为44.9m。

强制切顶后工作面回采进尺

7.每月推进长度最高达56.9m，每月平均推进度为38.9m。工作面以前的月均进尺不到20m，应用KJ918(A)防突预警系统和强制切顶技术，将工作面的月进尺速度提高了90%以上，大大缓解了工作面推进不前，不能正常生产的难题。

强制放顶工作面月推采进度

三、 应用情况初步结论

通过KJ918(A)防突预警系统的应用，可以得出如下初步结论：

1.系统通过微震传感器实时监测地应力的变化，通过风速传感器、甲烷传感器实时监测巷道瓦斯涌出量的变化，不需要用户输入任何有关参数，自动化程度高，可靠性好。

2.系统一旦安装，整个监测分析过程不占用现场作业空间和时间，对现场生产影响小，实用性高。

3.与点预测结论对比，系统预警突出危险性准确率较高。

4.将采掘工艺、生产安排、防突措施与系统预警突出危险性结论相结合，可以提高突出危险工作面的采掘速度。

5.系统通过监测和分析工作面地应力和瓦斯涌出量的变化趋势预警煤与瓦斯突出的危险性，符合“突出主要由地应力激发、由瓦斯驱动”的机理。