煤礦瓦斯重大危險(xiǎn)源遠(yuǎn)程預(yù)警理論與技術(shù)基礎(chǔ)研究項(xiàng)目摘要

研究基于風(fēng)網(wǎng)點(diǎn)監(jiān)測的瓦斯流、瓦斯場分析理論和實(shí)時(shí)識(shí)別風(fēng)網(wǎng)瓦斯危險(xiǎn)源狀態(tài)的理論與方法，建立風(fēng)網(wǎng)瓦斯流、瓦斯場實(shí)時(shí)分析和風(fēng)網(wǎng)瓦斯流實(shí)時(shí)調(diào)控的理論與交互式操作模型，開發(fā)風(fēng)網(wǎng)分析與調(diào)控分析程序及數(shù)據(jù)庫，解決國內(nèi)外安全監(jiān)測與風(fēng)網(wǎng)分析的脫節(jié)問題。以計(jì)算流體力學(xué)(CFD)理論與技術(shù)為研究基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)模擬分析瓦斯場，實(shí)現(xiàn)瓦斯場的可視化。研究風(fēng)網(wǎng)瓦斯流、瓦斯場分析數(shù)據(jù)與煤礦事故數(shù)據(jù)融合理論與方法，結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)瓦斯動(dòng)力災(zāi)害實(shí)時(shí)預(yù)警。在實(shí)時(shí)風(fēng)網(wǎng)監(jiān)測和調(diào)控分析理論及技術(shù)、瓦斯流與瓦斯場分析的可視化理論與技術(shù)及實(shí)時(shí)識(shí)別瓦斯重大危險(xiǎn)源、瓦斯災(zāi)害預(yù)警的危險(xiǎn)源目標(biāo)識(shí)別的數(shù)據(jù)層融合、特征層融合、事故信息融合和決策級(jí)信息融合理論與方法及有針對(duì)性的瓦斯防控技術(shù)體系等方面取得突破和創(chuàng)新。

針對(duì)煤礦瓦斯重大危險(xiǎn)源，開展遠(yuǎn)程預(yù)警理論與技術(shù)基礎(chǔ)研究：① 礦井風(fēng)網(wǎng)實(shí)時(shí)分析與調(diào)控理論及方法；② 瓦斯流監(jiān)測與瓦斯場分析的可視化理論及關(guān)鍵技術(shù)原理；③ 瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)與煤礦事故數(shù)據(jù)融合理論與方法。發(fā)表論文13篇，完成發(fā)明專利設(shè)計(jì)4項(xiàng)，軟件設(shè)計(jì)1項(xiàng)，4次受邀在國內(nèi)外會(huì)議上做特邀報(bào)告。 1.研究了煤礦井下通風(fēng)巷道風(fēng)流與風(fēng)壓的合理監(jiān)測點(diǎn)，驗(yàn)證了巷道斷面鳳速分布與傳感器的布置可靠性。在風(fēng)壓監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)了大氣壓力對(duì)監(jiān)測風(fēng)壓的周期性影響，在礦井的反風(fēng)過程中，成功監(jiān)測并記錄了反風(fēng)前后的風(fēng)速變化曲線。以圖論和礦井通風(fēng)可視化仿真系統(tǒng)( VentGIS) 為基礎(chǔ)，建立了角聯(lián)分支數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)熵快速估算模型。用VB語言開發(fā)的礦井風(fēng)網(wǎng)可視化與實(shí)時(shí)解算系統(tǒng)，為實(shí)際生產(chǎn)中礦井通風(fēng)管理提供了科學(xué)便捷的方法。 2.系統(tǒng)總結(jié)了礦井瓦斯時(shí)間序列自身所具的趨勢性、相關(guān)性、周期性及異常性4 種特性，展望了K 線理論的應(yīng)用前景。采用Fluent 軟件建立并開發(fā)了高瓦斯綜采工作面立體抽采瓦斯的CFD 模型，編制自定義函數(shù)，模擬瓦斯抽采與控制方式。CFD軟件模擬瓦斯危險(xiǎn)源的失控狀態(tài)，結(jié)合瓦斯危險(xiǎn)源辨識(shí)和事故案例，對(duì)瓦斯爆炸危險(xiǎn)性進(jìn)行定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。為瓦斯重大危險(xiǎn)源的防控提供理論與計(jì)算案例及工具。 3.建立了煤巖體變形和瓦斯流動(dòng)方程的關(guān)系,運(yùn)用COMSOL Multiphysics 數(shù)值模擬軟件模擬了某礦上保護(hù)層開采后下方的被保護(hù)層應(yīng)力分布和瓦斯運(yùn)移規(guī)律。借助FLAC3D軟件研究三維巖石拉伸斷裂瞬間破壞和煤巖瓦斯動(dòng)力災(zāi)害瞬間斷裂破壞機(jī)理。 4.項(xiàng)目研究以安徽淮南礦區(qū)和陜西旬邑青崗坪礦業(yè)公司為實(shí)驗(yàn)基地，將理論研究成果直接與生產(chǎn)需要相結(jié)合，解決了煤層瓦斯重大風(fēng)險(xiǎn)源狀態(tài)測試關(guān)鍵技術(shù)----煤儲(chǔ)層含氣量與瓦斯壓力測定及評(píng)價(jià)方法，并將提升為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有重大的理論意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。 5.給出了安全科學(xué)的科學(xué)定義和定位與防災(zāi)減災(zāi)的作用。 2100433B

目錄

1緒論

2礦山重大危險(xiǎn)源辨識(shí)評(píng)價(jià)原理的基礎(chǔ)研究

3礦山重大危險(xiǎn)源辨識(shí)研究

4礦山重大危險(xiǎn)源事故危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

5瓦斯爆炸事故危險(xiǎn)源致災(zāi)概率量化研究

6一般空氣區(qū)瓦斯爆炸沖擊波傳播規(guī)律研究

7礦井火災(zāi)嚴(yán)重度評(píng)價(jià)

8煤礦安全預(yù)警的原理及內(nèi)容

9煤礦安全預(yù)警系統(tǒng)2100433B

煤礦工業(yè)面臨著礦井工作環(huán)境復(fù)雜、瓦斯安全事故頻發(fā)的現(xiàn)狀。目前，瓦斯監(jiān)測技術(shù)還存在預(yù)警能力弱、智能化程度低、準(zhǔn)確度低和系統(tǒng)可靠性低等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約著煤礦工業(yè)向安全、綠色和高效方向發(fā)展。針對(duì)煤礦工業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求，本項(xiàng)目提出研究一種“基于柔性光柵與柔性驅(qū)動(dòng)的全光型煤礦瓦斯紅外吸收光譜檢測”新思想。項(xiàng)目將研發(fā)光驅(qū)動(dòng)柔性光柵變形進(jìn)行光譜掃描檢測、光驅(qū)動(dòng)微泵等新技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)礦井下瓦斯?jié)舛热庑?、遠(yuǎn)程、快速、準(zhǔn)確探測。該技術(shù)方案中礦井下僅有光學(xué)器件，無電源等電子器件，消除了電路短路、放電等故障對(duì)礦井安全的潛在威脅。項(xiàng)目將探明這種新思想的檢測原理和方法、各種影響因素對(duì)檢測精度的影響規(guī)律，最終建立一套遠(yuǎn)程、全光型的瓦斯實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的原型樣機(jī)。該新方法具有檢測精度高、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、成本低等優(yōu)勢，適于大面積應(yīng)用，將為煤礦工業(yè)等危險(xiǎn)行業(yè)提供一種廉價(jià)、先進(jìn)的檢測方法和技術(shù)，具有重要的理論和實(shí)際意義。

《煤礦瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警理論及應(yīng)用》針對(duì)中國煤礦瓦斯事故發(fā)生頻繁，但相關(guān)理論研究不足的現(xiàn)實(shí)，通過運(yùn)用危機(jī)管理理論、層次分析法、可拓理論、粗糙集、屬性數(shù)學(xué)、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)和模糊數(shù)學(xué)等理論和方法，結(jié)合實(shí)證分析，對(duì)煤礦瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警理論進(jìn)行了深入而系統(tǒng)的研究，為煤礦實(shí)施瓦斯災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)提供理論基礎(chǔ)和分析技術(shù)的支持。《煤礦瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警理論及應(yīng)用》主要內(nèi)容有：煤礦瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警的理論框架和預(yù)警機(jī)制、煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)警的指標(biāo)體系、預(yù)警模型和運(yùn)行保障機(jī)制、煤礦瓦斯重大災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。