新匍京集团-最全网站手机版app官方下载 关于新匍京 相对瓦斯涌出量10.35 m3/t,使注水湿润后的煤体比干煤的瓦斯放散速度小

相对瓦斯涌出量10.35 m3/t,使注水湿润后的煤体比干煤的瓦斯放散速度小

随着我国煤矿企业的发展和计算机应用的普及,以及信息化建设工作在全国的推广,煤矿安全信息计算机管理显得越来越重要。基于传统数据库的煤矿安全信息管理系统由于不注重信息分析,给决策人员带来了极大的不便,甚至导致判断失误。其存在问题主要有:①不能同时满足事务处理与分析处理的需要;②无法集成企业内部、外部各方面的数据;③难以适应各类用户对数据综合程度的不同要求[新匍京娱乐场最全网站,1]。为了解决这些技术难题,采用了数据仓库技术。数据仓库是一种有效的数据管理技术,它能把分布在企业网络中的不同站点的数据集成到一起,为管理者提供各种类型的、有效的数据分析。利用先进的数据仓库技术开发多功能、开放、安全可靠的煤矿安全信息管理系统对加强煤矿安全生产,促进煤炭行业现代化建设,提高煤矿的社会、经济效益和社会形象具有极其重要的现实意义。

桑树坪煤矿是一个年产300万t、具有煤与瓦斯突出危险的矿井,1997年矿井建成投产以来,煤与瓦斯突出时有发生,严重影响煤矿生产安全。随着采掘深度的加大和采掘速度的不断提高,煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象日趋严重。因此,进行煤与瓦斯突出规律分析研究,找出影响煤与瓦斯突出的因素,对有效地防治煤与瓦斯突出,消除或降低煤与瓦斯突出事故造成的危害,具有重要的现实意义。

郑煤集团公司超化煤矿开采的二叠系山西组二1煤层属“三软”不稳定厚煤层,煤层的顶板、底板均由硬度低的泥岩或砂质泥岩组成,顶板随开采活动随采随落,底板也易发生底鼓现象,煤层松软破碎。矿井1993年投产,原设计生产能力90万t/a,经过技术改造后矿井生产能力提高到240万t/a,装备一综一炮两个放顶煤工作面组织生产,开采方法为一次采全高,全部垮落法管理顶板。矿井瓦斯区呈条带分布,掘进时易揭露煤层瓦斯富集区,巷道内瓦斯涌出量大,导致瓦斯时常超限,对于采用综掘机掘时的煤巷掘进面瓦斯问题更为突出。采取大功率对旋局部通风机、大直径强力风筒供风,增加有效供风量稀释排放涌出的瓦斯,但增风排瓦斯的能力是有限制的,同时风量过大对降尘和优化作业环境不利。因顶煤松软破碎掉落造成瓦斯超限情况仍经常发生,严重制约着掘进安全和掘进进度。探索“三软”煤层沿空沿底掘进大断面巷道防顶煤冒落、防瓦斯、防煤尘技术刻不容缓。

1 数据仓库技术

1 井田概况

1 试验区概况

1.1 数据仓库及其特征与功能

新匍京娱乐场官方下载,桑树坪煤矿地处陕西省韩城市北部,属渭北石炭二叠纪煤田东北端,面积63km2。井田为一走向北东、倾向北西的单斜构造,受东部边缘韩城大断层影响,边浅部煤层倾角10°左右,深部3°~5°。井田内中小型褶曲、断层均很发育,断层密度为32.5条/km2。井田含煤地层为二叠系山西组及石炭系太原组,含煤9层(1、2、3、5、7、8、9、11、12),其中3号煤、11号煤为主采煤层,2号煤局部可采。3号煤厚5m,煤层瓦斯含量10.23
m3/t;11号煤厚3.3 m,煤层瓦斯含量9.27 m3/t;2号煤厚1.0
m,煤层瓦斯含量8.74
m3t。矿井采用联合开拓(平硐-斜井)。平硐矿井绝对瓦斯涌出量20.80
m3/min,相对瓦斯涌出量10.35 m3/t;斜井矿井绝对瓦斯涌出量4.98
m3/min,相对瓦斯涌出量42.28
m3/t。平硐采用对角式通风,斜井采用分区式通风。

新匍京集团,试验在21051综采工作面上副巷沿底煤巷掘进工作面进行,该巷道采用综掘机进行掘进,巷道净断面10.5m2。该掘进工作面上邻13013采空区,煤层倾角4°~11.5°,煤层平均厚度9.9m,煤体呈黑色粉末状,煤质属中灰、低硫、高发热量,硬度低,煤层硬度系数f=0.1~0.3,极易破碎。直接顶,底板均为砂质泥岩,直接顶厚度1.97m,直接底厚度为6.17m,掘进工作面存在高瓦斯区,瓦斯涌出量1.0~3.0m3/min。

数据仓库(Data
Warehouse)的概念首先由W.H.Inmon提出来,他把数据仓库的概念表述为:“数据仓库就是面向主题的、集成的、稳定的、不同时间和空间的数据的集合,用以支持经营管理中的决策制定过程”[2]。

2 煤与瓦斯突出类型及突出强度特征

2 注水防治瓦斯及煤尘机理

数据仓库具有面向主题,集成,随时间、空间不断变化等特点。数据仓库的这些特点能很好的满足决策支持系统对数据的要求,可以把决策支持系统的数据以方便实用的标准组织到数据仓库之中,以使数据仓库可以利用这些信息向决策者提供无限的

桑树坪煤矿1998年至2004年5月共发生强度不同的煤与瓦斯突出48次,按突出类型及突出强度统计分析如下。

通过向煤体钻孔注水,煤体内水分增加,使煤体湿润,达到主动减少掘进时煤尘产生量的目的;同时,注水后水份占据着煤体内的部分空间,减少了煤孔隙的有效容积,导致透气性能的降低,由于水形成的薄膜附在孔隙内表面上,从而封闭了瓦斯排放,煤层瓦斯排放量减少,使注水湿润后的煤体比干煤的瓦斯放散速度小,放散瓦斯量少,从而起到注水对煤层瓦斯涌出的抑制作用。注水后顶部煤体的整体稳定性增强,煤的坚固性相对增加,从而降低了掘进巷道迎头顶煤片帮、冒顶发生的几率,消除因顶煤冒落造成的瓦斯超限。

分析其业务信息的能力[3]。

2.1 煤与瓦斯突出类型

3 注水参数选择

1.2 数据仓库模型及其实施方法

表1 煤与瓦斯突出类型

3.1 注水压力

数据仓库的模型主要有雪花模型、星型模型、雪暴模型。就目前而言,大多数数据仓库的集成均采用了星型模型这一主流方案。

由表1可以看出,桑树坪煤矿煤与瓦斯压出较多,共36次,占总突出数的75%,突出强度较小,平均突出强度
42.36 t,平均瓦斯涌出量4 717.94
m3,突出强度超过100t的仅有3次;煤与瓦斯突出12次,占总突出次数的25%,但突出强度较大,平均突出强度478.92
t,平均瓦斯涌出量27 635.50
m3。从压出和突出次数所占总突出次数百分比看,桑树坪煤矿煤与瓦斯突出多为以地应力主要作用力的压出。

注水压力大小直接关系到透水半径、注水时间和注水效果。二1煤具有松软、强度低、易破碎以及透水性差的特点,所以注水压力过高,不利于迎头煤壁管理和煤壁的养护,注水压力小则有效渗水半径小,需要注水时间长,注水效果差。通过现场试验,注水压力超过4MPa,煤壁易片帮,低于2MPa,润湿半径太小,注水效果不好。因此,注水压力选定在2~4MPa。

建立数据仓库模型的方法有很多,主要两种为CLDS法和信息打包法。传统的数据库建立模型的方法是系统生命周期法(SDLC),而数据仓库则是一种分析型环境,由数据驱动,可以采用与传统数据库建立模型相反的方法(CLDS)。两种方法的特点与区别如表1所示[4]。

2.2 煤与瓦斯突出强度

3.2 注水孔布置

表1 SDLC与CLDS方法比较

表2 煤与瓦斯突出强度

巷道掘进采用U型钢挂塑料编织网支护,巷道净断面积10.5m2,根据现场试验,水压在3MPa时水的润湿半径达3~4m,因此全断面注水孔采用两组共6个孔布置,由于使用封孔器长度为1~1.5m,要保证一定量的润湿面积,注水孔深度必须大于2m,且越深润湿面积越大,但注水孔过深影响打孔效率,且注水孔超过卸压区后,裂隙减少,达不到预期效果,受上述条件制约,根据现场试验,注水孔长度选定为5m。第一组3个孔距巷道轮廓线下0.3m处左右拱及拱顶开孔,为保证注水控制巷道顶煤不小于2m,孔仰角25°向顶煤注水;第二组3个孔距巷底1m布置,孔间距1.5m,钻孔

信息打包法则是专门针对数据仓库的方法。它从用户那里收集事务需求开始,然后分析并将它们模型化,生成数据仓库。信息打包法主要是通过信息打包图来实现,信息打包图是一个公共的、一致的和紧凑的设计和通讯工具。

表2中煤与瓦斯突出强度分布特征显示,小于100
t的突出共34次,占总突出次数的70.8%。因此,桑树坪煤矿煤与瓦斯突出以强度<100
t的突出主为。

沿水平方向向掘进面前方布置。

2 数据仓库在煤矿安全信息管理系统中的应用

3 煤与瓦斯突出与各种影响因素的关系

4 注水工艺

2.1 数据仓库模型的建立

3.1 突出强度及瓦斯涌出量与开采深度的关系

在交接班时间和掘进面简单检修期间进行注水工作。

到目前为止矿山系统还没有使用数据仓库。其实,许多煤矿都已经积累了足够的,真实的历史数据,利用数据仓库对积累的数据进行统计分析,可以研究过去的经营状况、管理状况,发现和挖掘可以改进的地方、制定计划、为确定发展提供依据。数据仓库的建立是一个复杂的过程,其中关键在于如何将数据由原先面向应用的结构转换为面向分析的多维数据结构。下面以工伤事故管理为例,根据已有的数据,结合矿山的实际情况,利用信息打包法建立工伤事故数据仓库模型。

表3 突出强度及瓦斯涌出量与开采深度的关系

1)打孔:打钻工艺对保证钻孔质量,提高封孔质量十分重要,由于钻孔在掘进面施工,钻孔深度浅,采用矿用隔爆型9
7 3 12 4 8 : 来源:易安网

1) 确定关键性能指标:事故档案、事故

从表3中数据可以看出,随着开采深度的加大,突出强度及瓦斯涌出量明显增大。实测资料显示,桑树坪煤矿煤层瓦斯压力梯度平均1.15MPa/hm,当采深大于400mm时,煤与瓦斯突出的频度提高,突出强度增大。例如,采深>415
m的4137回风巷掘进过程中,共发生煤与瓦斯突出6次,其中5次突出强度超过200
t,最大强度为810 t最大瓦斯涌出量为66 784m3。

煤电钻配合轻型可接麻花钻杆即能满足打钻杆即能满足打钻需要。

分析;

3.2 突出强度及瓦斯涌出量与采掘工程类型的关系

2)封孔:封孔工艺是煤体注水的一个主要技术环节,目前国内有泥砂浆封孔和封孔器封孔两种方法,经多方比较,采用Bimbar-1型橡胶封孔器封孔是软煤层最佳封孔方法,且使用方便,操作简单,在加压后能实现封孔器与钻孔壁的无缝结合。

2) 定义维度:时间维、地点维、类型维、人员维、原因维;

表4 突出强度及瓦斯涌出量与采掘工程类型的关系

3)注水流程:利用掘进巷道内敷设的防尘管路供水,工艺流程是:打孔→连接管道→安装封孔器→供水。注水工艺融合进掘进面生产工艺之中,每个掘进班前30min先进行煤体注水,全断面分两组注水,每组3个孔,每组注水时间约需10min,全断面完成注水工艺需20min,以后每掘进5m再重复上述注水工艺。

3)
定义类别:类别提供一个维的详细信息。在这里,时间维当中设定年、季度、月份、日四个类别;地点维当中设定平顶山煤业集团十二矿类别;并在其中又设定采煤面、掘进面两个类别;类型维中设定死亡、重伤、轻伤、非伤亡四个类别;人员维中暂时设定一般工种与特殊工种两个类别,9
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从表4中突出次数看,平巷突出量多,占总突出次数的68.8%;采煤工作面突出次之,占总突出次数的25%;石门最少,占总突出次数的6.2%。但从突出强度看,石门突出强度最大,平巷突出强度次之,采煤工作面突出强度最小。石门突出强度是采煤工作面突出强度的10.63倍,平9
7 3 123 4 8 : 来源:易安网

5 效果分析

一般工种中暂时设定采煤工一个类别,特殊工种中暂时设定电钳工、绞车工两个类别;原因维中设定瓦斯爆炸、冒项、突水、火灾、粉尘五个类别。待系统稳定后,维中的类别还可以根据需要进行调整,可以得出工伤事故分析信息。

巷突出强度是采煤工作面突出强度的3倍。由此可以看出,桑树坪煤矿巷道发生煤与瓦斯突出的危险性远元大于采煤工作面。

1)掘进期间迎头顶煤易于控制,松散干燥的煤体注水后增强了顶煤及煤壁的整体性、稳定性、片帮、冒项得到了有效控制。

图1 事故分析信息包图

3.3 突出强度及瓦斯涌出量与作业方式的关系

2)巷道内瓦斯涌出量明显减少,平均减少0.6m3/min,瓦斯超限问题得到了有效控制。

根据建立的信息包图,按照特定的转换原则将其转换为如图2所示的星型模型图。星型模型是最简单的数据仓库框架,它显示了一种多维分析的结构。星型模型结构的中心是分析的内容,对应一个或者多个事实表;四周是访问的角度,对应的是维表;每一维又可划分为不同的类别。星型结构可以优化数据仓库的查询响应时间,提高查询性能。

从表5中突出次数看,放炮和架棚引发突出并列首位,均占总突出次数的37.5%;采煤机割煤引发突出次之,占总突出次数的18.75%;无作业与打钻引发突出最少。但从突出强度看,无作业突出强度最大,放炮与架棚突出强度相近,采煤机割煤突出强度最小。桑树坪煤矿无作业突出和架棚突出强度较大。研究发现,当煤体结构完整时,放炮使煤体破坏,裂隙增多,有利于瓦斯排放;当煤体结构破坏严重,为碎粉煤,糜棱煤时,放炮使媒体内部裂隙闭合或被煤泥充填,煤层透气孔生变差,不利于瓦斯排放,造成煤层瓦斯含量增大,瓦斯压力升高,当瓦斯压力达到一定程度时,发生煤与瓦斯突出。因此,可以认为,放炮既有诱导煤与瓦斯突出的作用,又有延缓煤与瓦斯突出的作用。

3)通过对掘进工面作正常掘进生产时期掘进巷道内回风流中煤尘浓度的测定统计情况分析,采取注水措施后掘进巷道风流中的煤尘浓度平均降低约30mg/m3,实现了巷道风流中煤尘浓度基本保证在10mg/m3以内,符合《煤矿安全规程》的有关规定,有利于改善作业环境和保障作业人员身体健康。

2.2 基于数据仓库的MSMIS的体系结构

表5 突出强度及瓦斯涌出量与作业方式的关系

4)通过注水前后掘进进度数据的统计比较,采取注水措施后掘进进度比注水平均提高2.4m/班,一个机掘面仅出煤一项年创经济效益307万元。

基于以上分析,构建基于数据仓库的煤矿安全信息管理系统,其基本体系结构如图3所示。

3.4 突出强度及瓦斯涌出量与地质构造的关系

1)“三软”厚煤层沿底大断面掘进巷道采取迎头煤壁注水工艺防瓦斯、防煤尘,技术上可行、操作简便、维护简单、安全可靠。

基于数据仓库的煤矿安全信息管理系统的体系结构

表6 突出强度及瓦斯涌出量与地质构造的关系

2)在保证掘进进度有所提高的前提下,掘进面迎头煤壁注水防瓦斯、防煤尘效果明显。

在此系统中有一通三防数据管理、安全信息管理、设备数据管理、工伤

表6显示,在各种构造因素中,褶曲部位煤与瓦斯突出强度最大,在发生的5次突出中,有4次突出强度超过200t,其中+300
m轨道石门发生的强度为1 100
t的煤与瓦斯突出是近年来最强的一次;无构造突出强度排次之;煤厚变化突出强度排第三;断层及层滑构造突出强度最小。桑树坪煤矿无构造突出强度较大,突出次数较多,其原因是这类突出多发生在深部或煤体结构破坏严重的部位。因此,可以认为,桑树坪煤矿煤与瓦斯突出与地质构造联系密切,但在采深>400
m及煤体结构破坏严重的无构造部位,煤与瓦斯突出的危险性依然很大。

3)注水安排在交接班时间和掘进面简单检修期间,注水工作基本不占用正常掘进时间。

事故数据管理、安全培训数据管理五个功能模块。此系统的开发将很好的解决基于传统数据库的煤矿安全信息管理系统的不足,利用数据仓库面向主题、适于分析的特点,对安全信息数据进行分析归纳,辅助管理者决策。

3.5 突出强度及瓦斯涌出预兆的关系

4)结合超化矿掘进工作面和供水管路静压水压力实际情况,掘进面迎头煤壁注水可直接采用供水管路静压水压力来代替常规注水泵,并取得了良好的防治瓦斯和煤尘效果。

2.3 系统的物理结构及实施方案

表7 突出强度及瓦斯涌出量与突出预兆的关系

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数据从各部门业务数据库传到企业信息中心的数据仓库里,OLAP Server和Web
Server从数据仓库里抽取数据并提供给客户端使用,各部门相关人员利用PC机上的分析软件,通过局域网访问数据仓库上的数据。

由表7可以看出,87.5%的煤与瓦斯突出有突出预兆,并且突出预兆的种类及特征与突出强度和突出时间有密切联系;当有响煤炮、片帮掉碴、顶板来压及瓦斯异常等预兆时,突出强度较大;煤炮声为单个,由远而近,强度由小到大,突出可以有在数小时后发生,突出强度较大;煤炮声为群炮,频率很高,强度很大,突出很快就要发生;当瓦斯异常或瓦斯忽大忽小,且有煤尘及瓦斯冷风出现时,突出可能在数秒或数分钟内立刻发生;突出预兆种类越多,突出发生的时间越近;突出预兆越提前,越明显,突出强度就越大。因此,掌握突出预兆的种类及特征,对煤与瓦斯突出预测,防止突出造成人身伤亡事故,具有重要的现实意义。

系统利用SQL
Server2000数据库系统建立数据仓库,并以Windows2000系统作为OLAP
Server的工作平台。系统采用TCP/IP协议进行局域网内各部门连接,利用ODBC和OLEDB进行数据连接,并利用OLAP
Server所提供的功能,尽可能使数据访问本地化,以提高响应速度。

通过对桑树坪煤矿近6年来48次煤与瓦斯突出进行分析,可初步得出如下结论:

3 结束语

桑树坪煤矿75%的煤与瓦斯

1)数据仓库技术的应用,使系统能对矿井安全信息进行多角度、多方位的分析、归纳及总结、避免了由于管理人员素质低及其主观因素造成的各种漏项问题,提高了安全管理水平;

突出为以地应力为主导的煤与瓦斯压出,突出强度一般<100 t。

2)数据仓库系统集事务处理系统与决策支持系统于一身,提高了信息资源的利用率,从而对企业的管理和决策提供多方面的支持;

各种巷道掘进中发生的煤与瓦斯突出强度大、频度高、危害严重;工作面采过程中发生的煤与瓦斯突出多为小型压出。

3)随着信息技术的进一步推进及系统应用的成熟,将数据仓库与B/S结构系统相结合,开发基于Web和DW技术的决策支持系统是煤矿安全信息管理系统的重要发展方向。

放炮突出和炮后延期突出的强度和频度均较高,说明放炮既有诱导煤与瓦斯突出的作用,又有延缓煤与瓦斯突出的作用。

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褶曲构造、煤厚变化是影响煤与瓦斯突出的重要因素,但当采深超过400
m时静压力成为煤与瓦斯突出的重要影响因素。

绝大多数煤与瓦斯突出发生之前有预兆出现,预兆的种类、特征与突出强度、突出时9
7 3 123 4 8 : 来源:易安网

间密切相关。当有响煤炮、顶板来压、片帮掉碴及瓦斯异常等预兆中的2种以上同时出现时,发生突出的强度大。9
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