【正文】 料之 三 ：《易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采 自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù) 研究 》 項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)決算表 項(xiàng)目驗(yàn)收材料之 四 ：《易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采 自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 》 效益分析報(bào)告 項(xiàng)目驗(yàn)收材料之 五 ：《易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采 自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 》 項(xiàng)目決策報(bào)告 項(xiàng)目驗(yàn)收材料之 六 ：《易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采 自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 》 成果應(yīng)用證明 項(xiàng)目執(zhí)行情況總結(jié)報(bào)告 內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限公司 河南理工大 學(xué) 20xx 年 03 月 《 易自燃巨厚煤層 綜放開(kāi)采 自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 》項(xiàng)目驗(yàn)收材料之一 易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目執(zhí)行情況總結(jié)報(bào)告 1 1 承擔(dān)單位 《不連溝煤礦易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù) 報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究》課題是內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司 09年得科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目，該課題由內(nèi)蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責(zé)任公司與河南理工大學(xué)共同承擔(dān)。 2 研究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容 (1)技術(shù)目標(biāo)：通過(guò)對(duì)不連溝煤礦首采 F6102 工作面煤炭自燃特性參數(shù)及規(guī)律的研究，構(gòu)建不連溝煤礦易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系，制定礦井煤炭自燃綜合防治技術(shù)措施。 (3) 技術(shù)方法和路線(xiàn)：本項(xiàng)目主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)室參數(shù)測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)收集、分析，并結(jié)合數(shù)值模擬與理論計(jì)算，構(gòu)建本礦首采 F6102 工作面煤炭自燃的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系，制定綜放開(kāi)采防滅火措施，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，進(jìn)一步修改、完善防滅火方案，為今后礦井安全生產(chǎn)提供保障。確定了不連溝煤礦 6 煤層自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)敏感氣體和指標(biāo)，構(gòu)建了不連溝煤礦綜合防火技術(shù)保障體系。 針對(duì) F6102 綜放面在淋水較大和淋水較小兩種情況下進(jìn)行火災(zāi)危險(xiǎn)性分析。 （ 2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，進(jìn)一步確定了 F6102 綜放工作面煤層自燃傾向性等級(jí)為 I類(lèi)。 （ 3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)室熱重分析，明確了煤層的升溫特性。不同升溫速率下，同一采樣地點(diǎn)煤樣的特征溫度隨著升溫速率的增大而增大。 不連溝煤礦 6煤自然發(fā)火的復(fù)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)采用 CO， C3H8， C2H4和 C2H2，其中 CO 作為 煤緩慢氧化階段的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)， C3H8， C2H4 和 CO作為煤加速氧化階段的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)， C2H2作為煤激烈氧化階段的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)指標(biāo)。 表 1 工作面回風(fēng)隅角支架后部氣體監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)表 CO 濃度 C2H6 C2H4 C3H8 C2H2 預(yù)報(bào)結(jié)果 24ppm 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 正常 24～ 200ppm 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 存在自燃隱患 200～500ppm 有 無(wú) 無(wú) 無(wú) 煤溫已超過(guò)臨界溫度 有 有 有 無(wú) 煤溫已超過(guò)干裂溫度 500ppm 有 有 有 有 有高溫或明火 表 2 回風(fēng)流氣體監(jiān)預(yù)報(bào)表 CO 濃度 C2H6 C2H4 C3H8 C2H2 預(yù)報(bào)結(jié)果 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 正常 1～ 24ppm 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 存在自燃隱患 24～ 50ppm 無(wú) 無(wú) 無(wú) 無(wú) 發(fā)生自燃隱患 50ppm 有 有 無(wú) 無(wú) 煤溫已超過(guò)臨界溫度 有 有 有 無(wú) 煤溫已超過(guò)干裂溫度 有 有 有 有 有高溫或明火 （ 5）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)值模擬，明確了工作面不同回采時(shí)期的自燃“ 三帶 ” 分布規(guī)律。 易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目執(zhí)行情況總結(jié)報(bào)告 3 （ 6）明確了 F6102 綜放工作面初次來(lái)壓和周期來(lái)壓期間工作面的防火安全推進(jìn)速度。周期來(lái)壓期間工作面的連續(xù)推進(jìn)速度大于 （即工作面月推進(jìn)量大于 ）時(shí)，工作面采空區(qū)無(wú)自燃發(fā)火危險(xiǎn)。 （ 8）構(gòu)建了 F6102 工作面技術(shù)保障體系，編制了 F6102 綜放工作面停采、撤面期間的防火、防瓦斯等安全技術(shù)措施。該礦設(shè)計(jì)根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定也采用了綜合預(yù)防煤層自然發(fā)火的措施， 但 存在以下問(wèn)題值得研究： （ 1） 缺乏對(duì) 不連溝煤礦 開(kāi)采煤層自然發(fā)火 參數(shù) 的基礎(chǔ)研究 ，沒(méi)有從本質(zhì)上弄清煤層易自燃的原因 。 （ 3） 礦井采空區(qū)自燃 “三帶 ”范圍不清楚， 使用 注氮、注 漿 等方法進(jìn)行防滅火時(shí)， 漿體和 氮?dú)獾确罍缁鸾橘|(zhì) 的輸送地點(diǎn)和使用量缺少針對(duì)性 。 二、 本 項(xiàng)目 的主要研究 內(nèi)容 A) 采煤工作面火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)及權(quán)重分析 ① 工作面火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的遴選； ② 工作面火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型的建立； ③ 工作面火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型的解算； ④ 工作面火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重排序。 C) 采煤工作面火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系研究 ① 制定工作面煤自燃發(fā)火人工采樣布點(diǎn)觀測(cè)方案； ② 制定工作面煤自燃發(fā)火束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案； ③ 建立井下人工采樣觀測(cè)和束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合的自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 2 系，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)煤層自燃狀況及變化趨勢(shì)。 E) 采煤工作面綜合防滅火技術(shù)研究 ① 氮?dú)夥罍缁鸺夹g(shù)研究 — 注氮方式、注氮流量、注氮 位置及移動(dòng)步距； ② 注漿 防滅火 技術(shù) 研究 — 注漿方法、注漿口位置及注漿量計(jì)算。 2） ～ ，煤的工業(yè)分析；煤的元素分析；煤的自燃傾向性測(cè)定；煤的熱分析測(cè)定；煤的紅外光譜測(cè)定及分析。 4） ～ ，煤自燃預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系建立；制定工作面停采期間的防火措施；完善 6103 工作面綜合防火技術(shù)保障體系。 6） ～ 12，編寫(xiě)項(xiàng)目研究報(bào)告。 在工作面未發(fā)生一次火災(zāi)的前提下 ，安全、高效地回收煤炭資源近500 萬(wàn) t，產(chǎn)值超過(guò) 15 億元。 五、致謝 感謝在本項(xiàng)目研究過(guò)程中為我們提供幫助的各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員、工人和司機(jī)等等朋友，是你們的真誠(chéng)幫助才有了本項(xiàng)目的順利實(shí)施，愿好人一生平安！ 感謝本項(xiàng)目組全體成員，是大家的精誠(chéng)團(tuán)結(jié)和 辛勤 努力，保證了項(xiàng)目的順利完成。 F6102工作面所采煤層為石炭系上統(tǒng)太原組 6煤層，煤層產(chǎn)狀平緩，裂隙較發(fā)育， 6煤層厚 11～ ，平均厚度 ，煤層傾角 0～ 8176。 ， 機(jī)采高度 ，放煤高度 ，采放比平均達(dá)到 1:。 6煤層直接頂板以泥巖、砂巖為主。工作面兩條順槽及切眼均沿煤層底板平行布置。 工作面地質(zhì)條件 基本頂：主要是粗砂巖，厚度為 ，呈灰黃色及灰白色，厚層狀粗粒砂狀結(jié)構(gòu)成分，以石英巖屑為主呈次棱角狀分選差，局部礫泥質(zhì)孔隙式膠結(jié)為主。 直接底：以泥巖、砂質(zhì)泥巖類(lèi)為主，厚度 ，泥巖呈淺灰色，中厚層狀，含黃鐵礦結(jié)核。 基本底：主要是細(xì)砂巖，厚度平均 ，呈灰白色，塊狀，以石英 為主長(zhǎng)石次之，孔隙式膠結(jié)，堅(jiān)硬，夾有少量炭屑。 共揭露斷層 24條，其中 F45斷層斜穿此工作面，對(duì)回采有較大影響。其目的是為了貫徹 “ 安全第一，預(yù)防為主 ” 的方針，提高煤礦的本質(zhì)安全程度和安全管理水平，降低煤礦生產(chǎn)中的 火災(zāi)危險(xiǎn)性，預(yù)防事故發(fā)生 。 在這方面，未確知數(shù)學(xué)理論提供了一個(gè)比較好的途徑，未確知測(cè)度模型嚴(yán)謹(jǐn)，評(píng)價(jià)結(jié)果合理、精細(xì)，更適合于 綜放面 火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)。對(duì)于每個(gè)評(píng)價(jià)的對(duì)象 Ri(i=1,2,?,n) 有 m 個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)空間，即 X={X1,X2,?,X m}。 對(duì) Ri的每個(gè)子項(xiàng) xij(i =1,2,?, n ； j=1,2,?,m) ，假設(shè)有 p 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，且把評(píng)價(jià)空間記為 U，則有 U={C1,C2,?,C p}。若滿(mǎn)足 ClC2 C3 ? C k，稱(chēng) {C1,C2,?,C p}是評(píng)價(jià)空間 U的一個(gè)有序分割類(lèi)。滿(mǎn)足式（ 1） （ 3）的μ 稱(chēng)為未確知測(cè)度（ uncertainty measure） ,簡(jiǎn)稱(chēng)測(cè)度。p 為對(duì)象 Ri的單指標(biāo)測(cè)度評(píng)價(jià)矩陣，且有 ： 11 12 121 22 212()i i i pi i i pijk m pim im im p? ? ?? ? ??? ? ??????????? （ 4） 指標(biāo)權(quán)重的確定 設(shè) wj 表示測(cè)量指標(biāo)與其他指標(biāo)相比具有的相對(duì)重要程度，如果 wj 滿(mǎn)足：0≤ wj≤1 ，且1 1mjj w? ??，則稱(chēng) wj為 Xj的權(quán)重， w={w1,w2,?, wm}稱(chēng)為指標(biāo)權(quán)重向量。 多指標(biāo)綜合測(cè)度評(píng)價(jià)向量 令 μ ik=μ (Ri∈C k)為評(píng)價(jià)樣本 Ri屬于第 k 個(gè)評(píng)價(jià)類(lèi) Ck的程度，則有 ： 1mik j ijkj w????? （ i=1,2,?,n。 置信度識(shí)別準(zhǔn)則 為了對(duì)評(píng) 價(jià)對(duì)象作出最后的評(píng)價(jià)結(jié)果，引入置信度識(shí)別準(zhǔn)則：設(shè) λ 為置信度（ λ ≥ ），若 C1C2?C p，且令 ? ?p0 k1m in : , k 1 , 2 , ,ilk k p?????? ? ?????? （ 8） 則認(rèn)為評(píng)價(jià)樣本 Ri屬于第 k0個(gè)評(píng)價(jià)類(lèi) Ck0。通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和資料調(diào)研，從分析影響綜放面火災(zāi)危險(xiǎn)性的“ 人 ” 、 “ 機(jī) ” 、 “ 環(huán)境 ” 三個(gè)方面的影響因素入手，對(duì)影響綜放面火災(zāi)危 險(xiǎn)程度的因素進(jìn)行篩選，影響因素的量化采用模糊數(shù)學(xué)方法或?qū)＜乙庖?jiàn)法，將影響因素分級(jí)并取值，評(píng)判程度劃分 Ⅰ 級(jí)（ C1）、 Ⅱ 級(jí)（ C2）、 Ⅲ 級(jí)（ C3）、 Ⅳ 級(jí)（ C4），分別表示危險(xiǎn)程度極高、 危險(xiǎn)程度高 、危險(xiǎn)程度一般、危險(xiǎn)程度較低。 綜放面 自燃發(fā)火危險(xiǎn)性評(píng)價(jià) 因素的選取 根據(jù) 綜放面 火災(zāi)有關(guān)資料，選取 16 個(gè)因素作為評(píng)價(jià) 綜放面 火災(zāi)危險(xiǎn)性的影響因子，分別是煤層賦存地質(zhì)構(gòu)造、 工作面淋水情況 、工 作面周?chē)_(kāi)采情況、采空區(qū)冒落及充填情況、工作面電氣設(shè)備、工作面火災(zāi)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)、工作面防滅火技術(shù)及措施、煤易發(fā)火性、煤層厚度、煤層傾角、煤層埋深、圍巖溫度、工作面回采率、工作面日產(chǎn)量、工作面供風(fēng)量、工作面推進(jìn)度 (分別用 X1， X2， X3，X4， X5， X6， X7， X8， X9， X10， X11， X12， X13， X14， X15， X16 表示 )，其中對(duì) X1～ X8 等 8 個(gè)影響因素由專(zhuān)家采取半定量化的方法進(jìn)行賦值。 評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)和隸屬函數(shù)圖的建立 借助于數(shù)學(xué)軟件 MATLAB，分別對(duì) X1～ X16 等 16 個(gè)影響因素建立隸屬函數(shù)和隸屬函數(shù)圖，其過(guò)程如下： 定性指標(biāo) 。 煤層厚度 。采煤工作面開(kāi)采的煤層厚度一般都是在一定的范圍內(nèi)變化的，由于采煤工作面支架支撐高度變化范圍是一定的，因此煤厚變化的幅度越大，對(duì)回采過(guò)程的影響越大，可能的丟煤量就越多 ，采空區(qū)自然發(fā)火的危險(xiǎn)性也越大。 圖 21 定性指標(biāo) X X X X X X X7和 X8單指標(biāo)測(cè)度 函數(shù) 圖 22 煤層厚度 X9的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 煤層傾角 。煤層傾角評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)用 “ 三角形分布 ” 和 “ 梯形分布 ” 來(lái)刻畫(huà)，隸屬度函數(shù)圖形如圖 23， 其中自變量 x 為煤層傾角，單位為度，變化區(qū)間為 [0,90]，u1=trimf[Nan,0,8],u2=trimf[0,8,25],u3=trimf[8,25,45],u4=trampf[25,45,90,Nan],節(jié)點(diǎn) sj為： s1=0， s2=8， s3=25， s4=45。 煤層埋藏深度越大，煤體的原始溫度越高，煤中所含水份越少，煤層開(kāi)采自燃發(fā)火危險(xiǎn)性較大，但開(kāi)采深度過(guò)小時(shí)又容易形成與地表的裂隙溝通，也會(huì)在采空區(qū)形成浮煤自燃。 圖 24 煤層埋深 X11的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 圍巖溫度 。圍巖溫度評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)采用專(zhuān)家意見(jiàn)法確定，隸屬度函數(shù)圖形如圖 25，自變量 x表示圍巖溫度，單位為 ℃ 。 圖 25 圍巖溫度 X12的單指標(biāo)測(cè)度函數(shù) 工作面回采率 。隸屬度函數(shù)圖形如圖 26，自變量 x表示采煤工作面回采率，變化區(qū)間為 [0, 1]， u1=trimf[, 1, Nan]， u2=trampf[, , , 1], u3=trampf[, , , ], u4=trampf[Nan, 0, , ]，節(jié)點(diǎn) si為： s1=； s2=； s3=； s4=。 工作面日產(chǎn)量評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)采用專(zhuān)家意見(jiàn)法確定，隸屬度函數(shù)圖形如圖 27，自變量 x 表示采煤工作面日產(chǎn)量，單位為 t，其變化區(qū)間為 [0, ∞) ， u1=trampf[Nan, 0, 600, 1400], u2=trimf[600, 1400, 2200]，易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及綜合防治技術(shù)研究 — 項(xiàng)目研究報(bào)告 10 u3=trimf[1400, 2200, 3000]， u4= trimf [2200, 3000, ∞ ），節(jié)點(diǎn) si為： s1=600；s2=1400； s3=2200； s4=3000。 工作面供風(fēng)量越大，漏風(fēng)通路兩端的風(fēng)壓差越大，漏風(fēng)量越大。工作面供風(fēng)量評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度函數(shù)采用專(zhuān)家意見(jiàn)法確定，隸屬度函數(shù)圖形如圖 28。 易自燃巨厚煤層綜放開(kāi)采自然發(fā)火預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)體系及