基本信息
- 项目名称：
- 煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测技术及仪器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目根据煤与瓦斯突出机理建立了瓦斯型、地应力型和延期型突出危险性预测模型，将煤层基本参数和采动影响相结合，接触式和非接触式指标相结合，实现了多模型、多层次、多指标的突出危险性耦合预测，同时开发了多元信息耦合预测仪，可实现智能化自动化煤与瓦斯突出危险性预测，并提供专家建议。本技术克服了目前单指标捕集信息不全的缺点，预测准确率提高了1.7倍以上，本仪器操作方便、简单，填补了国内外空白。
- 详细介绍：
- 煤与瓦斯突出是造成矿井群死群伤事故的首要灾害，一次死亡10人以上特大事故中瓦斯事故超70%，煤与瓦斯突出危险性预测是防治事故发生的主要措施之一。由于煤矿地质条件复杂，煤与瓦斯突出危险性影响因素多，有些突出受地应力影响显著，而有些情况下受瓦斯压力影响显著。目前主要采用单指标进行突出危险性预测，只能片面反映突出的影响因素，不能反映矿井的实际条件和采动影响，不能充分捕集突出危险性信息，预测准确性不高，常发生低指标突出事故。 本项目通过深入研究煤与瓦斯突出机理，针对不同状况建立了瓦斯型、地应力型和延期型突出预测模型和临界判据，共同进行突出危险性预测，实现了“煤体采前基础参数-采动影响”相耦合，“接触式-非接触式”相耦合的多指标、多模型、多层次的多元信息耦合预测模式，并可以根据预测结果对现场施工提供专家建议，确保煤矿安全生产。为实现预测的智能化和自动化，开发了多元信息耦合预测软件和硬件，在不增加现场工作量的情况下，仅需要将常规预测指标输入仪器就可以自动实现多元信息耦合预测，并可根据预测结果提供专家建议，确保施工安全。 现场应用表明，多元信息耦合预测技术预测准确性较单指标预测提高了40%，达到了92%。本预测方法和仪器首次实现了多元信息耦合预测，并实现了智能化，填补了国内外空白，将推动煤与瓦斯突出危险性的准确预测。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计、发明目的：为准确预测煤与瓦斯突出危险性，克服目前单一指标捕集信息量不全、预测准确性不高的缺点，建立多元信息耦合预测模型并开发配套装备，实现多指标智能化耦合预测，充分捕集信息量、提高预测准确性，为煤矿安全生产保驾护航。 基本思路：进一步深入研究煤与瓦斯突出机理，并建立突出危险性预测模型和临界判据，将常规突出危险性预测指标带入预测模型进行突出危险性预测；为实现智能化，开发多元信息耦合预测仪器，完成软件和硬件设计、开发。 创新点： 1.根据煤矿地质条件差异，分别建立瓦斯型、地应力型和延期型突出模型和临界判据； 2.实现了突出危险性多元信息耦合预测，可进行“采前煤体基本参数-采动影响”相耦合、“接触式-非接触式”相耦合，捕集信息量大，预测准确性高； 3.开发多元信息耦合预测仪器，能实现多元信息耦合预测，并动态采集巷道瓦斯浓度，实现突出危险性动态预测，并根据预测结果提供专家智能辅助防突设计，确保作业安全。 技术关键： 1.工作面采掘过程中煤与瓦斯突出机理和临界判据； 2.采掘工作面突出危险性多元信息耦合预测技术及预测模型； 3.煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测仪器研制。 主要技术指标：突出危险性多元信息耦合预测技术建立在煤与瓦斯突出机理上，预测过程结合矿井实际条件，较常规预测捕集信息更全面，更智能化、更客观，预测准确率提高了40%，达到了92%，并可以根据预测结果为采掘过程提供专家智能辅助设计，确保生产安全。
科学性、先进性
- 我国煤矿平均采深大于500m，地质条件复杂，并随采掘动态变化，煤与瓦斯突出危险性预测难度大。目前，主要采用钻孔接触式预测，预测指标单一，并受预测钻孔数量限制，形成的“抽样检验”的“点”预测模式不能全面捕集突出危险信息；而目前非接触式预测方法不成熟，一般不能作为主要预测方法。 本作品研制的多元信息耦合预测技术及仪器，在煤与瓦斯突出机理不完全清楚情况下，根据不同地质条件建立了瓦斯型、应力型和延期型突出预测模型和临界判据，在敏感指标预测基础上同时进行多元信息耦合预测。将“采前煤体物理参数-采动影响”相耦合，充分捕集矿井的个性信息和采动影响，适应范围广泛；通过将“接触式-非接触式”相耦合，克服了“抽样检验”预测捕集信息量不全的缺点，预测结果更准确；通过开发多元信息耦合预测仪器，实现了预测过程智能化，有利于推广应用；最后能在预测结果的基础上提供专家建议，确保作业安全。本作品填补了国内外突出危险性多元信息耦合预测的空白，为煤矿突出危险性预测和采掘作业设计提供重要技术和装备支持。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段，预测方法已在现场应用，预测仪器正在申请煤安认证。
技术转让方式
- 有偿技术转让。
作品可展示的形式
- 模型，图纸，图片，样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明，本技术主要使用步骤如下： 1.测试煤层瓦斯压力P、原始三向应力σ，煤样抗压强度C和临界瓦斯压力P界，将测试值输入本作品作为初始参数； 2.开启瓦斯浓度传感器，自动连续采集瓦斯浓度； 3.按照《防治煤与瓦斯突出规定》测钻屑量S，解吸指标K1等； 4.将测试结果、对应位置和拟掘进尺寸输入仪器，进行多元信息耦合预测； 5.给出预测结果和专家建议； 6.重复3~5进行下一施工循环。 技术特点和优势：本作品在不增加日常预测工作量的条件下，首次实现了煤与瓦斯突出危险性多元信息耦合预测，捕集信息量齐全，预测准确；预测仪器实现智能化预测，降低操作难度，容易推广；预测结果可以给出专家建议，辅助矿井安全生产。 适用范围与推广前景：本作品捕集突出危险性信息齐全、预测准确性高、智能化，适合所有突出矿井预测。由于煤炭是我国的主体能源，占一次生产能源的76%，具有煤与瓦斯突出危险性的矿井占44%，因此本作品具有广泛的推广应用前景。
同类课题研究水平概述
- 世界主要采煤国家针对煤与瓦斯突出机理、预测技术等都进行过大量研究。 在煤矿瓦斯动力灾害研究方面： 目前普遍认为：煤与瓦斯突出是地应力，瓦斯压力及煤的力学性质综合作用的结果，但这些因素作用过程认识还不全面。 20世纪60年代，前苏联学者B.B霍多特（1965）建立了突出的能量方程；20世纪50-70年代，我国学者周世宁院士、俞启香教授等人(1979)统计得出了煤与瓦斯突出规律；郑哲敏院士（1983）通过量纲分析和能量对比，指出发生突出的能量主要来自煤体中瓦斯能；周世宁院士、何学秋教授（1990）则根据煤体蠕变特性，提出了煤与瓦斯突出流变假说；林柏泉教授等（1992）建立了煤与瓦斯突出过程中地应力、瓦斯、煤的物理力学性质和卸压带相互作用模型。 因为煤矿地质条件复杂，目前突出机理还不成熟，依据单一的机理进行突出危险性预测不科学。本次研究基于复杂地质条件建立了瓦斯型、地应力型和延期型突出模型，并确定了临界判据，可进行多模型、多层次预测，捕集信息充分、预测结果更准确。 在煤与瓦斯突出危险性预测方面： 采掘过程中采用的煤与瓦斯的突出危险性预测方法主要可分为接触式和非接触式预测。 我国《防治煤与瓦斯突出规定》第74~78条规定的钻屑指标法、复合指标法、R值指标法等都基于钻孔进行预测，受到钻孔数量和布孔位置等因素限制，捕集信息不全。 国内外的学者还开展了相应的研究，有些学者认为，地质构造控制了煤与瓦斯突出，通过研究地质构造对煤与瓦斯突出进行预测；苏联学者斯阔琴斯基院士和卡姆布尔柴夫院士倡议采用地震声学法预测突出危险性，并制定了判断准则；有些学者利用计算机技术进行数据挖掘，进行突出危险性预测；不少学者将物探技术用于煤与瓦斯突出危险性预测，也研制出了相关产品，如重庆煤科院MTT-92型探测仪、中国矿业大学研制的KDB9电磁辐射监测仪等。 虽然煤与瓦斯突出机理及危险性预测技术不断成熟，但由于煤与瓦斯突出涉及因素多，并且随采掘活动动态变化，加之不同矿区煤层赋存条件复杂多变，任何单一指标都难以反映突出危险性的综合特性，需要综合考虑多种因素的作用。本作品在不增加过多工作量的前提下，实现多元信息耦合预测，充分捕集突出危险信息。目前这种预测技术在国内外还未见报道，本作品正填补了这方面的空白。
