煤矿地质安全课件

煤矿地质安全培训课件第一章煤矿地质安全的重要性与背景煤矿安全生产的生命线国家能源安全的战略支撑煤炭作为我国主体能源占能源消费总量的以上煤矿安全生产直接关系到国家能源供应稳,56%,56%定地质安全作为煤矿安全生产的基础和前提其重要性不言而喻,煤炭能源占比严峻的安全生产形势我国能源消费结构中煤炭的比重尽管近年来煤矿安全生产形势持续好转但年全国煤矿事故死亡人数仍超过千人其中,2024,地质灾害引发的重大事故占比高达以上瓦斯爆炸、水害、冲击地压等地质灾害仍是威胁矿65%,工生命安全的主要因素65%地质灾害占比重大煤矿事故中地质因素所占比例1000+年度伤亡人数习近平总书记关于安全生产的重要指示人民至上生命至上矿山安全地质先行始终把保障人民群众生命安全放在第强调地质工作在煤矿安全生产中的基一位树立生命至上、安全第一的发础性、先导性作用要求超前探测、超,,展理念坚决遏制重特大事故发生前治理将地质灾害隐患消除在萌芽状,,态完善安全保障体系安全生产地质先行每一位矿工的安全都从精准的地质勘探开始,第二章煤矿主要地质灾害类型与成因煤矿地质灾害种类繁多成因复杂具有突发性强、破坏力大、连锁反应明显等特点深,,入了解各类地质灾害的形成机理和致灾规律是制定科学防控措施的前提本章将系统,介绍瓦斯、煤尘、顶板、水害等主要地质灾害类型瓦斯爆炸煤矿头号杀手:爆炸条件与危害瓦斯是煤矿井下最危险的有害气体当瓦斯浓度达到时遇到明火、电火花或高温℃以上即可发5%-16%,650生爆炸瞬间温度高达℃产生巨大冲击波造成人员伤亡和设备损毁,2000,,典型事故案例年山西平遥某煤矿发生重大瓦斯爆炸事故造成人遇难事故调查发现该矿违规使用非防爆电气设备2019,23,,瓦斯监测系统形同虚设安全管理混乱是导致惨剧的根本原因,°70%5-16%2000C煤尘爆炸隐形杀手:煤尘悬浮火源引爆连锁反应采煤、运输过程产生微细煤尘悬浮空气中粒遇到火花、明火或高温煤尘瞬间燃烧释放大初次爆炸扬起更多煤尘形成连续爆炸破坏力,,,,径小于的煤尘最易爆炸量热量和气体呈指数级增长

0.1mm事故案例警示双爆效应威胁年河南某煤矿发生煤尘爆炸事故虽未造成人员伤亡但井下主要设煤尘爆炸往往与瓦斯爆炸伴发形成瓦斯煤尘双重爆炸效应瓦斯爆2018,,,-备全部损毁巷道严重变形矿井被迫停产整顿半年直接经济损失超过炸引燃煤尘煤尘爆炸又进一步扬起瓦斯两者相互促进灾害后果更加严,,,,,,万元重3000顶板垮塌与冲击地压顶板垮塌机理煤层开采后形成采空区顶板岩层失去支撑在自重和上覆岩层压力作用下发生断裂、弯曲、,,垮落支护不当或地质构造复杂区域垮塌风险显著增加,1直接顶采煤后立即垮落的岩层•:基本顶采空区上方稳定性较好的主要岩层•:老顶采空区上方厚而坚硬的岩层•:冲击地压特征深部开采埋深超过米时高地应力集中导致煤岩体突然失稳瞬间释放巨大能量产500,,,生强烈震动和破坏冲击地压具有突发性强、预测难度大、破坏力惊人等特点2震动型煤岩体突然破裂产生地震波•:,弹射型煤体高速弹出抛向巷道•:,压出型煤体缓慢挤压变形后突然破坏•:典型事故案例年山东某千米深井发生严重冲击地压事故造成液压支架损坏、巷道变形名矿工32023,,3受伤事故原因是采掘工作面推进速度过快应力监测预警系统未能及时发挥作用,地质构造复杂区风险断层与褶皱带灾害地质构造运动形成的断层、褶皱带、陷落柱等构造带是煤矿地质灾害的高发区域,这些构造带破坏了煤层和岩层的连续性与完整性导致应力异常集中瓦斯富集顶板,,,破碎极易引发瓦斯突出、冲击地压、顶板垮落等多种灾害,正断层张应力作用形成易导瓦斯阻水性差•:,,逆断层压应力作用形成易积聚瓦斯隔水性好•:,,褶皱带煤层倾角变化大瓦斯富集开采难度高•:,,深部开采热害问题85%构造带事故比例随着浅部煤炭资源枯竭煤矿开采深度不断增加深部开采面临严重热害问题矿井,,温度可高达℃以上湿度接近饱和严重影响矿工身体健康和作业效率增加中暑、地质构造复杂区域发生灾害的占比40,,,心脑血管疾病等职业病风险°40C深部矿井温度千米深井工作面平均温度露天矿山地质灾害边坡失稳机理台阶垮塌风险典型事故案例露天采矿形成高陡边坡在重力、降雨、爆破振开采台阶高度过大、坡面角过陡、岩体节理发育年内蒙古某露天煤矿发生大面积滑坡名,2023,5动等因素作用下边坡岩土体抗剪强度降低发生等因素导致局部台阶突然垮塌威胁采矿设备和挖掘机操作人员被困经过小时连续救援被,,,,36,滑移破坏引发大规模滑坡灾害作业人员安全困人员全部获救但设备损失惨重,,地质灾害无情安全防范有力科学预测及时预警有效防控第三章煤矿地质安全防控体系建设构建完善的煤矿地质安全防控体系是预防和减少地质灾害事故的根本保障本章将从,组织体系、技术体系、管理体系三个维度系统阐述煤矿地质安全防控的核心内容包括,,地质保障机构建设、隐蔽致灾因素普查、瓦斯监测、煤尘防控、顶板支护、水害防治等关键环节建立健全地质保障体系0102组织机构建设制度体系完善煤矿企业必须设立独立的地质测量部门配备专业地质工程师、测量工程师建立健全地质工作管理制度包括地质预测预报制度、地质资料管理制度、,,等技术人员根据矿井地质条件复杂程度技术人员数量应为人确保隐蔽致灾因素排查制度、地质灾害应急响应制度等明确各岗位职责和工作,2-6,,地质工作专业化、规范化流程0304信息化平台搭建全生命周期管理建立地质信息数据库和三维可视化平台实现地质资料数字化存储、动态更地质工作贯穿煤矿建设、开拓、生产、闭坑全过程建井阶段进行详细勘,新和共享应用整合钻探、物探、化探等多源数据为地质分析和决策提供探开采阶段开展生产地质工作及时修正地质预测动态完善地质资料,,,,支撑地质勘探与隐蔽致灾因素普查勘探报告体系煤矿企业应编制并及时更新三大核心地质报告:地质勘探报告:建井前编制,查明井田范围内地层、构造、煤层赋存、水文地质等基本地质条件生产地质报告:生产过程中编制,详细描述采掘区域地质特征,指导安全开采隐蔽致灾因素普查报告:系统排查断层、陷落柱、瓦斯富集区、老空水等隐蔽致灾因素重点查明内容•地层岩性、厚度及物理力学性质•地质构造类型、规模、产状及空间展布•煤层层数、厚度、倾角、结构及稳定性•瓦斯含量、压力、涌出量及分布规律瓦斯监测与通风系统自动化监测系统通风系统优化在采煤工作面、掘进工作面、回风巷、机电硐建立合理的通风系统保证井下各作业地点有足,室等关键位置安装瓦斯传感器实时监控瓦斯浓够的新鲜风流采用分区通风、对角式通风等,度当瓦斯浓度超过报警值时系统自动声光报方式有效稀释和排除瓦斯确保瓦斯浓度始终处,,,警并切断电源强制人员撤离于安全范围内,定期检测制度实行班前、班中、班后瓦斯检查制度瓦斯检查员携带便携式瓦斯检测仪定时定点检测瓦斯浓度并详细,,记录发现异常立即报告并采取措施瓦斯浓度报警阈值通风风量标准检测频次要求采煤工作面采煤工作面低瓦斯矿井每班次•:≤

1.0%•:≥800m³/min•:≥3掘进工作面掘进工作面高瓦斯矿井每班次•:≤

1.0%•:≥200m³/min•:≥5回风巷备用工作面突出矿井连续监测•:≤

0.75%•:≥100m³/min•:煤尘防控技术喷雾降尘技术煤尘清理措施在采煤机、掘进机、转载点等产尘源安装高压喷雾装置采用微米级雾化技术有效建立煤尘清理制度定期清理巷道、设备表面积尘采用吸尘车、高压水枪等专用,,,捕捉和湿润煤尘颗粒降尘效率达以上喷雾压力不低于雾化粒径控制设备避免扬尘重点清理采掘工作面、运输巷道、转载点等煤尘集中区域,95%2MPa,,在微米10-50智能粉尘监测隔爆水棚设置安装光散射式粉尘浓度传感器实时监测呼吸性粉尘和全尘浓度当粉尘浓度超标在主要运输巷道、回风巷道设置隔爆水棚利用水的冷却和惰化作用阻止煤尘爆炸,,,时自动启动喷雾系统并通过联网监控平台向管理人员发送预警信息火焰和冲击波传播水棚间距根据巷道断面确定一般为米,,50-200个人防护装备职业健康管理为井下作业人员配备防尘口罩、防尘面具等个人防护装备根据作业环境粉尘浓度建立矿工职业健康档案定期进行尘肺病筛查对接触高浓度粉尘的岗位实行轮岗,,选择合适的防护等级定期更换滤芯确保防护效果制度减少粉尘暴露时间有效预防尘肺病等职业病,,,顶板支护与冲击地压防治现代支护技术体系冲击地压防治关键技术锚杆锚索支护微震监测预警/采用高强度锚杆和预应力锚索与围岩形成组合承载结构提高顶板稳定性锚杆长度米锚索长度建立井下微震监测系统实时监测煤岩体破裂产生的微震信号分析应力集中区域和冲击危险等级提前预警冲击地,,

2.5-

3.5,8-15,,,米排距和间距根据地质条件优化设计压风险监测范围覆盖全矿井定位精度达到±米,,10液压支架智能控制卸压解危措施综采工作面使用电液控液压支架实现支架自动跟机、成组操作和压力智能调节通过传感器实时监测支架工作钻孔卸压在高应力区域施工大直径卸压钻孔释放煤岩体弹性能,•:,阻力和顶板下沉量及时发现顶板异常,爆破卸压采用深孔爆破技术破坏煤体完整性降低应力集中•:,,人工强制放顶及时放落坚硬顶板避免大面积悬顶形成•:,90%微震监测预警准确率60%卸压措施降低冲击风险比例水害防治关键措施钻探验证精准探测技术根据物探异常区域施工探放水钻孔进行验证钻孔超前工作面距离不少于米揭露含水层后及时,30,采用瞬变电磁法TEM、无线电磁波透视法RMT、直流电法等物探手段,超前探测采掘区域前方疏放水压,确保采掘安全及周边富水区、老空水、断层水等隐伏水源探测距离达到米定位精度±米100-300,5应急处置能力排水系统建设配置移动式大功率排水泵建立水害应急救援队伍制定详细的应急预案定期开展水害应急演练确,,,建立完善的矿井排水系统包括主排水泵房、采区排水泵房和工作面临时排水设施主排水设备能保突发水害时能够快速响应、有效处置,力应满足最大涌水量需求并配置备用泵组,防治水原则坚持预测预报、有疑必探、先探后掘、先治后采十六字方针严格执行三专两探一撤专业人员、专用设备、专门队伍、物探、钻探、及时撤人制度:,第四章煤矿地质安全新技术应用案例随着科技进步和智能化矿山建设的深入推进一大批先进技术在煤矿地质安全领域得到,成功应用本章将重点介绍智能瓦斯监控、钻屑多参量监测、新型支护体系、大数据AI预测、机器人巡检、通信等前沿技术的实际应用案例展示科技创新在提升煤矿地质5G,安全保障能力方面的显著成效智能化瓦斯抽采与监测系统01定向长钻孔施工采用定向钻进技术在煤层中施工水平孔或上向孔钻孔长度达米有效控制瓦斯抽采范围提高抽采效,,500-1000,,率02智能化抽采控制系统根据实时监测数据自动调节抽采负压、流量分配优化抽采参数当抽采浓度低于设定值时自动调整抽采管,,,路确保抽采效果,03数据分析与预警建立瓦斯涌出预测模型分析抽采参数变化趋势预测工作面瓦斯涌出量当预测涌出量超标时提前采取增加抽采,,,或调整生产等措施系统架构与功能型瓦斯抽采监控系统采用分布式架构由地面中心站、井下分站、抽采参数传感器、KJ95N,视频监控等组成系统实时采集抽采流量、浓度、压力、温度等参数通过以太网实现数据,共享和远程控制85%60%30%瓦斯抽采率工作面瓦斯浓度降低抽采成本下降应用智能系统后瓦斯抽采率提升相比传统抽采方式的降幅通过智能优化实现的成本节约钻屑多参量监测技术技术原理与优势钻屑多参量监测技术通过安装在钻机上的传感器实时采集钻进过程中的钻压、扭矩、转速、钻屑量、钻进速度等多个参数,,综合分析煤岩体应力状态和冲击危险性与传统单一指标相比多参量监测能够更准确地识别冲击地压危险,多参数采集实时采集钻压、扭矩、钻屑量等项参数采样频率8-10,10Hz无线数据传输采用技术将钻进数据实时传输至地面监控中心5G/WiFi6,智能分析评价算法综合分析各参数变化快速识别冲击危险等级AI,分级预警响应根据危险等级发出预警指导现场采取卸压或撤人措施,应用效果经济效益某深部煤矿应用钻屑多参量监测技术后冲击地压预警准确该矿通过精准预警减少了不必要的卸压作业和停产次数生,,,率从提升至误报率从降低至两年内成产效率提高年增加产值约万元系统投资65%92%,35%8%15%,5000200功预警冲击地压危险次及时撤出现场人员避免了人员伤万元一年即可收回成本8,,,亡事故双圈层协调支护体系-支护体系创新原理双圈层-协调支护体系是针对深部高应力软岩巷道开发的新型支护技术该体系将巷道围岩划分为浅部锚护圈层和深部锚护圈层,通过协同增阻作用,强化围岩结构整体稳定性浅部锚护圈层由高强度锚杆、钢筋网、喷射混凝土组成,控制围岩表层变形,防止局部冒落锚杆长度

2.5-

3.5米,间排距800×800mm深部锚护圈层由高预应力锚索构成,锚固深度进入稳定岩层,长度10-18米,预紧力200-300kN锚索与浅部支护协同作用,形成稳定的承载结构80%巷道变形控制相比传统支护变形量降低比例大数据与灾害预测平台AI多源数据融合深度学习算法平台整合瓦斯监测、应力监测、微震监测、采用卷积神经网络、长短时记忆网CNN视频监控、地质勘探等多种数据源建立络、随机森林等深度学习算法建,LSTM,统一的大数据仓库数据采集频率达到秒立瓦斯突出、冲击地压、水害等灾害预测级日数据量超过为模型训练提模型模型通过持续学习不断优化预测,10TB,AI,供海量样本精度逐步提升智能预警决策系统实时分析监测数据识别异常模式预测灾害发生概率和时间窗口根据预测结果自动,,生成预警信息和应对建议辅助管理人员科学决策提前采取防范措施,,某矿应用效果安全效益显著经济价值可观河南某高瓦斯矿井部署两年内成功预警瓦斯超限通过精准预测优化生产安AI预测平台后灾害预警准确次、冲击地压危险次排减少非计划停产年增加,196,,,率从提升至预警避免了重大事故发生保护了经济效益约万元系72%95%,,3000,提前时间从小时延长至矿工生命安全统投资回收期仅年

21.5小时12机器人巡检与通信技术5G智能巡检机器人工业互联网5G+煤矿井下专网突破了传统通信技术的带宽和时延瓶颈为智能化矿山建设提供了强大的通信基础设施网络下行速率可达上行速5G,5G1Gbps,率达时延低至满足高清视频、远程控制、自动驾驶等应用需求200Mbps,10ms,应用场景远程操控采煤机、掘进机、无轨胶轮车等设备

1.井下高清视频实时传输可视化监控

2.4K/8K,远程专家指导提升故障处理效率

3.AR/VR,海量传感器数据实时回传支撑大数据分析

4.,90%巡检效率提升比例70%井下人员数量减少比例煤矿巡检机器人可替代人工完成危险区域、有害气体超限区域的日常巡检任务机器人搭载高清摄像头、红外热成像仪、瓦斯传感器、温湿度传感器等设备沿预设路线自主巡检实时采集环境参数和设备状态数据,,核心功能瓦斯发电与矿井水循环利用瓦斯资源化利用煤矿瓦斯是优质清洁能源主要成分为甲烷₄热值约为天然气的通过建设瓦斯发电站将抽采的瓦斯用于发电既消除了,CH,85%,,安全隐患又实现了资源综合利用和节能减排,瓦斯抽采1地面钻井和井下钻孔抽采瓦斯浓度达到以上,30%净化处理2脱水、脱硫、除尘提高瓦斯纯度至发电标准,燃气发电3瓦斯进入燃气内燃机或燃气轮机驱动发电机组,并网供电4电能并入电网或矿区自用余热回收供暖,矿井水循环利用技术综合效益分析矿井水是矿井涌水经过处理后的水资源通过建设矿井水处理山西某矿建设瓦斯发电站年发电量约万度折合10MW,5000,站采用混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺将矿井水处理达到工标准煤吨减排₂约吨年发电收益,,15000,CO400002500业用水或生活用水标准用于井下洒水降尘、地面绿化、生活万元年收回投资,,5用水等实现水资源循环利用,矿井水处理站日处理能力立方米处理后水质达到《生活5000,混凝沉淀去除悬浮物和胶体物质饮用水卫生标准》矿井水利用率从提升至年节约水•:,35%80%,费约万元节水效果显著过滤净化活性炭、石英砂多级过滤200,•:消毒杀菌紫外线或氯消毒达标排放•:,第五章未来煤矿地质安全发展趋势展望未来煤矿地质安全将向智能化、精准化、绿色化方向发展多灾害耦合防控技术将更加成熟人工智能、通信、物联网、大数据等新一代信息,,5G技术将深度融合到煤矿安全生产各环节推动煤矿从机械化、自动化向智能化、无人化转变最终实现本质安全型矿井和绿色可持续发展,,多灾害耦合防控技术技术发展背景煤矿地质灾害往往不是单一发生而是多种灾害相互影响、相互促进形成复杂的耦合灾害链例如瓦斯突出往往伴随冲击地压煤尘爆炸常与瓦斯爆炸耦合水害可能诱发顶板垮塌传统的单一灾害防治技术难,,,,,以应对复杂的耦合灾害必须建立多灾害协同防控体系,耦合机理研究揭示多灾害相互作用规律和演化机制多源数据融合整合瓦斯、应力、水文、顶板等多种监测数据智能预测模型建立多灾害耦合预测预警模型应急联动机制建立多灾害应急响应联动体系协同防控措施制定多灾害协同治理技术方案瓦斯冲击地压协同治理实践应用效果-针对高瓦斯冲击地压矿井采用区域治理局部治理相结合的策略区域治理采用保护层开采、大直淮南矿区某深部矿井应用多灾害耦合防控技术后瓦斯浓度降低冲击地压发生次数减少灾害,+,60%,85%,径钻孔卸压增透降低煤层瓦斯含量和应力水平局部治理采用水力压裂、煤层注水、深孔爆破等技术综合防控效果显著该技术已在全国余座高瓦斯冲击地压矿井推广应用累计减少灾害事故余起,;,20,50,针对性解决采掘工作面瓦斯和冲击地压问题保护矿工生命安全成效显著智能化、无人化矿山建设辅助决策系统无人化开采技术绿色开采技术AI基于深度学习、知识图谱、采用智能采煤机、掘进机器推广充填开采、保水开采、专家系统等技术构建煤人、无人运输车等无人化设煤与瓦斯共采等绿色开采技AI,矿智能决策支持系统系统备实现采掘运全流程无人术减少地表沉陷、保护地,,整合地质、生产、安全等多化作业设备通过网络下水资源、提高资源回收率5G维数据实时分析矿井状态与地面控制中心连接操作采用瓦斯发电、矿井水利用、,,,精准预测灾害风险自动生人员在地面远程监控和操作煤矸石综合利用等技术实,,,成生产计划和应急预案辅井下实现无人则安目前现煤炭资源的清洁高效利用,,助管理人员科学决策决我国已建成余个智能化促进煤炭工业可持续发展AI200策系统可将灾害预测准确率采煤工作面部分矿井实现绿色开采可将煤炭资源回收,提升至以上决策效率井下固定岗位无人值守人率从提升至以上98%,,60%85%,提高员数量减少以上生态环境影响降低80%50%70%筑牢地质安全防线守护矿工生命地质安全是基石持续创新是动力共同努力是保障地质安全工作是煤矿安全生产的基础和前提必须始终把地不断创新地质安全技术和管理方法推广应用智能化、信息化政府、企业、科研院所、广大矿工共同努力形成地质安全,,,质工作放在首位坚持地质先行原则手段提升灾害防控能力和水平工作合力实现煤矿安全绿色高效发展,,,让我们携手并进为建设本质安全型矿井、保障矿工生命安全而不懈奋斗,!。