基于熵权法和灰靶理论的突出危险性评价方法及其应用

煤与瓦斯突出灾害是当前威胁矿井安全生产的最为严重的动力灾害之一。以当前瓦斯突出预警指标众多、危险程度评价标准不同这一现象为背景,基于熵权法、灰靶决策理论研究和现场实践,通过优选确立突出危险性评价因子,对灰靶决策理论进行了改进,提出了利用熵权法确立评价因子权重的改进灰靶决策方法,并构建了相应的突出危险程度评价模型。同时,提出以灰靶环数对评价结果进行优劣排序,增强了评价结果的可信度和直观性。以贵州若干矿井为例,对上述方法进行了应用实践和现场验证。结果表明,改进多指标决策理论能较准确地评价煤与瓦斯突出危险程度,应用结果验证了所建模型的合理性和可行性。     

基于网络分析和联系熵的煤与瓦斯突出预测研究

以煤与瓦斯突出预控为目的,将网络分析法和联系熵理论相耦合,建立了煤与瓦斯突出预测的ANP-CE模型。该模型运用网络分析法建立了煤与瓦斯突出预测指标网络模型并计算预测指标权重分布,划分了突出危险性等级及其相应的指标临界值,确定了各危险等级的联系熵范围。结合工程实例,预测结果与工程实际情况相符,表明了该预测模型在计算预测指标权重分布和煤与瓦斯突出危险性预测上具有可行性和合理性,为煤与瓦斯突出预测方法提供了一种新的途径。     

应用层次分析-模糊综合评判法对煤与瓦斯突出危险性的预测

现场测定某矿掘进工作面煤与瓦斯突出的预测指标值,该指标包括:电磁辐射强度、电磁辐射脉冲、软分层厚度、钻屑量、瓦斯涌出初速度和综合指标R;运用层次分析法确定各预测指标的重要程度;利用模糊数学综合评价方法对煤与瓦斯突出的危险性进行综合预测。结果表明,该方法对煤与瓦斯突出的预测结果与综合指标R预测情况符合性较好,具有较强的实用性和可靠性,对煤矿的安全生产工作具有一定的指导作用和借鉴价值。     

石门揭煤工作面煤与瓦斯突出预测的理论分析

目前,我国石门揭煤工作面突出事故仍时有发生。为了研究石门揭煤工作面煤与瓦斯突出(以下简称"突出")预测问题,首先,根据工作经验指出我国《防治煤与瓦斯突出规定》中2种预测方法(综合指标法、钻屑瓦斯解吸指标法)存在的不足,即预测指标缺乏理论依据、临界值往往难以通过试验考察确定;其次,建立了石门揭煤工作面突出预测的物理模型,认为突出主要是爆破卸压增渗与瓦斯渗流产生的剪应力达到了煤体的剪切强度所致(突出的必要条件而非充要条件);第三,采用变分法求解强非线性一维平面瓦斯渗流偏微分方程,获得包括非线性特性的自模拟解(近似解析解);最后,利用自模拟解等建立了石门揭煤工作面突出预测的临界条件,得到了瓦斯压力的临界值p0max与煤的坚固性系数f的平方成正比的结论。介绍了俄罗斯现行防突指南中的临界条件(p0max1.4f2)及有关情况,建议作为综合指标法等的辅助指标用于石门揭煤工作面突出预测,也可供斜井、立井揭煤工作面突出预测参考。     

煤与瓦斯突出微震-瓦斯互动响应预警研究

为解决煤与瓦斯突出实时预警技术在现场应用误报率较高的问题,分析贵州省某矿掘进工作面煤与瓦斯突出主控因素和前兆特性,研究微震-瓦斯互动响应的实时预警机制,构建基于数据挖掘的煤与瓦斯突出智能预测模型,界定煤与瓦斯突出危险等级划分原则,建立煤与瓦斯突出危险性实时预警系统;并利用该矿掘进工作面实测数据预测煤与瓦斯突出危险性等级。研究结果表明:智能预测模型预测精度较高,预测结果与钻屑瓦斯解吸指标K1值及瓦斯压力值P的一致性较好,所建预警系统的预警等级与工作面实际煤与瓦斯突出危险情况基本相符。     

组合赋权-灰色聚类的煤与瓦斯突出危险评价

为有效预防煤矿井下煤与瓦斯突出事故，构建基于组合赋权-灰色聚类的煤与瓦斯突出危险评价模型。首先，基于轨迹交叉理论，从煤层物理学性质、瓦斯指标、煤层赋存条件3个方面选取预测指标，构建危险评价指标体系；然后，运用改进的层次分析法(IAHP)和熵权法(EWM),确定各指标权重，结合灰色聚类原理构建各指标的灰色模糊评价规范化等级判断矩阵，并根据最大隶属度原则预测煤与瓦斯突出等级；最后，以乌兰木伦煤矿12407综放工作面为应用实例，验证组合赋权-灰色聚类评价模型的科学性和有效性。结果表明：该工作面煤与瓦斯突出危险等级为Ⅴ,模型计算结果与现场实际基本吻合，其中，煤层物理学性质为主要诱导因素，评判结果与实际相吻合，证明文中所建模型具有一定的科学性和有效性。     

煤与瓦斯突出预测的Fisher判别分析法及应用

在综合分析煤与瓦斯突出多种影响因素的基础上,将Fisher判别分析应用到煤与瓦斯突出预测中,结合我国典型煤与瓦斯突出煤矿17个突出实例,建立了煤与瓦斯突出预测的Fisher判别分析模型,模型回代预测的误差率为0。应用该模型对云南恩洪煤矿8个突出实例进行预测,并与单项指标法、综合指标法、BP网络进行比较。结果表明,Fisher判别分析模型具有较高的可靠性和精确性,能对煤与瓦斯突出进行有效预测。     

煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出预测的“掩护罩”理论

为了解决煤巷掘进工作面煤与瓦斯突出预测(以下简称"突出预测")的理论计算问题,首先,根据突出事故发生的一般规律和现行的突出预测方法建立了突出预测的物理模型,提出了突出预测的"掩护罩"理论,对瓦斯压力、地应力、煤的力学性质等在突出预测中的作用进行定性分析,提出了瓦斯压力起主要作用的观点;在此基础上,以瓦斯渗流理论为基础,建立了"掩护罩"不失效的临界条件——迎头内瓦斯压力的临界值与几何参数、煤的剪切强度等指标之间的定量关系,包括掘进过程中失效和延时失效两种情况,可以解释延时突出现象;最后,提出了需进一步研究的问题,包括快速获得迎头内瓦斯压力、煤体剪切强度指标的方法,以及非线性渗流偏微分方程线性化处理的误差问题。     

基于博弈论组合赋权灰靶模型的煤矿安全综合评价

为了合理准确地评价煤矿安全现状,建立了基于博弈论组合赋权耦合灰靶决策的煤矿安全评价模型。运用层次分析法、熵权法和神经网络算法单独计算出各个指标的权重,再根据最优线性组合系数确定博弈论组合赋权。以河南义马煤业5组矿井安全现状为例,运用博弈论组合赋权耦合灰靶决策计算矿井偏离靶心度,同时将该模型的评价结果与层次分析法耦合灰靶决策模型、熵权灰靶决策模型和神经网络算法耦合灰靶决策模型的评价结果进行对比分析。结果表明:博弈论组合赋权耦合灰靶决策模型的评价结果与煤矿实际安全情况基本一致,且该模型相较其他模型的评价结果更加精准简便。     

基于综合评判模型的煤与瓦斯突出危险程度预测

针对某些矿井出现的"低指标"突出现象,提出一种新的综合评判模型,用于煤与瓦斯突出危险程度预测。选取鉴定煤与瓦斯突出的4个单项指标临界值作为参考点,建立煤与瓦斯突出危险性预测综合评判准则。当评判距离Ri属于[0,1],判断突出强度;当Ri属于[-1,0],判断突出危险可能性,量化了突出强度及可能突出的危险程度,并划分突出强度、突出危险可能性等级。利用模型对淮南矿突出程度进行预测,预测结果与实际吻合,实现了定性语言与定量数据相结合的突出预测,为煤与瓦斯突出提供了一种新的预测方法。     

平煤八矿煤与瓦斯突出特征及其与预测指标关系的研究

针对平煤八矿煤与瓦斯突出特征,采用现场观测、数理统计及瓦斯地质方法,研究煤与瓦斯突出规律及其与日常预测参数的关系。研究表明,地质构造对煤与瓦斯突出有明显的控制作用,日常预测参数q,S值超标严重位置与煤与瓦斯突出点分布具有一致性。通过跟踪观测瓦斯地质异常变化及日常校检参数超标情况,将二者有效结合起来预测采掘工作面前方煤与瓦斯突出危险性,对提高预测准确性,保证采掘工作面安全高效生产有着重要的意义。     

基于电磁辐射峰谷比值法的煤与瓦斯突出预警

为了提高电磁辐射预警煤与瓦斯突出危险的准确性,减少误报现象,在分析大量电磁辐射现场数据基础上,基于电磁辐射预警煤与瓦斯突出危险原理,提出了电磁辐射峰谷比值法,利用正态分布统计特征计算每个班次的电磁辐射瞬时强度峰值均值和谷值均值,并将其比值作为煤与瓦斯突出危险性的预警值。最后,将该方法应用于义忠煤矿11112风巷掘进工作面,研究结果表明:与临界值系数和动态变化趋势系数法相比,峰谷比值法误报较低,预警准确性高,能够很大程度上减少误报对生产的影响。     

预抽煤层瓦斯区域防突效果检验指标临界值研究

瓦斯突出危险性预测是防治煤与瓦斯突出的关键环节,瓦斯突出预测指标的临界值是决定区域防突是否达标的重要参数。为了确定寺河矿西井区3号煤层的区域预抽后煤层瓦斯防突效果评价指标体系,以瓦斯突出综合作用假说为基础,通过现场采取原始煤样,并在密封煤样罐内达到吸附平衡,测定残余瓦斯含量和残余瓦斯压力的关系,研究了原煤瓦斯含量与瓦斯压力的关系及原煤中水分的对其影响规律,提出始突瓦斯压力对应的瓦斯含量作为评价指标的临界值为10 m3/t,并通过现场跟踪考察对得出的瓦斯含量临界值的可靠性进行了现场验证,结果表明,10 m3/t作为区域防突效果评价的临界指标是可靠的。     

煤与瓦斯突出危险性的未知权重多属性综合评价模型

将集对分析理论和变异系数法相结合,构建煤层突出危险性综合评价模型。首先,模型选取煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标△P、煤的坚固性系数f、煤层瓦斯压力队综合指标D和综合指标K作为评价指标。其次,为避免权重赋值的主观性,采用变异系数法确定指标权重,以提高权重的客观性和适应性。然后,利用综合评价准则判断煤与瓦斯突出危险性等级。研究结果表明：采用该模型的评价结果与实际情况基本一致,从而验证了模型的合理性与可行性。     

支持向量机法在煤与瓦斯突出分析中的应用研究

通过分析采煤工作面煤与瓦斯涌出量与地质构造指标的对应关系,应用支持向量机(SVM)方法对煤与瓦斯涌出类型及涌出量进行分析。建立两类突出识别的SVM模型、多类型突出识别的H-SVMs模型以及预测瓦斯涌出量的支持向量回归模型。研究结果表明:SVM方法能够很好地对煤与瓦斯突出模式进行识别,所建立的采煤工作面瓦斯涌出量预测模型的精度高于应用BP神经网络预测精度;SVM理论基础严谨,决策函数结构简单,泛化能力强,并且决策函数中的法向量W可以反映突出模式识别的地质结构指标的权重。     

突出煤层掘进防突技术研究

针对焦作矿区单一煤层开采特点,分析煤巷掘进突出和瓦斯涌出规律,探讨防突措施的适应性,研究出严重突出危险掘进工作面中高压注水综合措施,即在巷道两侧布置长钻孔抽放工作面前方及两侧煤体瓦斯,向掘进工作面前方应力集中带内打短钻孔进行中高压注水。边掘边抽钻孔提前抽放瓦斯,增大煤体透水性,有利于煤层注水和较高的压力水压裂破坏煤体,增加煤体透气性,提高瓦斯抽放效果。通过在严重突出矿井试验,3115m巷道未发生一次突出,巷道掘进速度平均提高一倍以上,有效解除了突出危险,大幅度提高了掘进速度。研究与实践证明,中高压注水综合防突措施具有广泛的适用性、有效性和安全性特征。     

基于可拓模式识别的煤与瓦斯突出危险性分析

为了有效识别煤与瓦斯突出的危险性,运用可拓理论和熵理论建立了基于熵权的可拓模式识别模型。熵权和关联函数的建立避免了权系数和综合隶属度确定的主观性。利用该模型对某能源有限公司3个工作面的突出危险性进行识别分析,不仅得出了各工作面的突出危险性程度,还得出了各工作面突出危险性大小的排序。结果表明,基于可拓模式识别的方法既可以确定单一对象的隶属模式,又可以对多个识别对象进行排序,而且识别过程宜于编制计算机程序求解,计算简单,易于在现场推广应用。