防止煤层顶板水溃入矿井的预警系统研究

论文摘要

随着煤矿开采强度的加大和开采深度的增加,煤层顶板突水事故频繁发生,给矿井安全生产带来了极大的危害,开展煤层顶板突水预警系统研究不仅具有重要的理论意义而且具有工程实用价值。本文在对煤层顶板突水机理研究及突水影响因素分析的基础上,首先建立了煤层顶板突水监测预警的体系框架,提出预警系统分析过程为监测、识别、诊断、评价四个环节。整个系统以光纤光栅技术为支撑,由地面中心站、井下子站和传感器等组成,预警系统实现了数据采集、数据传输、数据处理、实时显示及警情发布等功能。其次,对监测指标体系选择、监测点布设、预警判据、预警级别划分等关键技术问题进行了深入探讨。提出了水压、水量、水质和水温组成煤层顶板突水监测指标体系的观点。为了建立水质预警指标,首次提出了开展不同水源混合效应的水文地球化学试验的基本思路,分别采用海水、“四含水”与不同含水层水混合体积比试验获得各特征离子的变化特征,为确定水质监测阈值奠定了实验基础,同时,建立了以特征离子变化幅度作为海水溃入的预警判据。最后,以龙口北皂煤矿海下H2101首采工作面和皖北祁东煤矿巨厚松散层下7130工作面为例,分别开展了两种典型顶板水害的监测预警工程实践,在两种不同类型煤层顶板水害的矿井中系统运行正常,建立的监测指标体系及预警判据得到了初步验证。龙口北皂煤矿海下H2101首采工作面开采期间,各含水层水位、水质、涌水量变化均在正常范围内,没有发布海水溃入警情信号,该工作面实现了安全开采。皖北祁东煤矿7130工作面回采期间水位、涌水量监测过程未发现异常情况,没有发布警情信息,该工作面实现了安全回采。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1.绪论
• 1.1 问题的提出及其研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 预警系统研究现状
• 1.2.2 煤层顶板突水防治研究现状
• 1.2.3 煤矿突水预警系统研究现状
• 1.3 存在主要问题
• 1.4 研究思路和技术路线
• 2.煤层顶板突水机理及其影响因素
• 2.1 煤层顶板突水机理分析
• 2.1.1 "上三带"理论概述
• 2.1.2 岩移四带模型理论
• 2.1.3 顶板"抽冒"理论
• 2.2 煤层项板突水的影响因素
• 2.3 小结
• 3.煤层顶板突水预警系统理论框架
• 3.1 预警系统的一般原理
• 3.2 预警系统理论框架
• 3.3 小结
• 4.煤层顶板突水预警系统中关键技术问题探讨
• 4.1 监测指标的选择
• 4.1.1 监测指标确定的原则
• 4.1.2 指标体系的选择
• 4.2 监测点选择
• 4.3 临突预报判据
• 4.4 阈值的初步探讨
• 4.5 突水预警级别划分
• 4.6 小结
• 5.防止煤层顶板水溃入矿井的预警系统
• 5.1 系统建设目标
• 5.2 系统架构原则
• 5.3 预警系统组成
• 5.3.1 中心站配置
• 5.3.2 子站配置
• 5.3.3 光纤光栅传感器
• 5.3.4 中心站和子站功能
• 5.3.5 光纤光栅技术特点
• 5.4 数据采集及发送
• 5.4.1 数据采集过程控制
• 5.4.2 数据发送过程控制
• 5.5 小结
• 6.龙口矿区北皂煤矿防止海水溃入预警系统
• 6.1 海域H2101工作面概况
• 6.2 防止海水溃入预警系统
• 6.3 对指标体系的监测
• 6.3.1 水压监测
• 6.3.2 水温监测
• 6.3.3 水量监测
• 6.3.4 水质监测
• 6.4 指标体系阈值的确定
• 6.4.1 水质预警阈值确定
• 6.4.2 水压预警阈值确定
• 6.4.3 其他预警阈值确定
• 6.5 系统试运行
• 6.5.1 H2101工作面开采期间的水质监测
• 6.5.2 H2101工作面开采期间的水情监测
• 6.6 小结
• 7.预警系统在祁东煤矿的应用
• 7.1 祁东煤矿概况
• 7.1.1 矿井自然地理概述
• 7.1.2 矿井设计和生产概况
• 7.1.3 矿井地层及含煤地层
• 7.1.4 矿井松散含水层水文地质特征简述
• 7.2 7130工作面概况
• 7.3 7130工作面水质特征
• 7.3.1 阳离子变化趋势
• 7.3.2 阴离子变化趋势
• 7.3.3 其他测试项目变化趋势
• 7.4 预警系统在祁东煤矿7130工作面的运用
• 7.4.1 系统安装与调试
• 7.4.2 系统试运行情况
• 7.5 小结
• 8.结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 今后研究工作的方向
• 主要参考文献
• 致谢
• 附录