用灰关联分析和神经网络方法预测煤与瓦斯突出

本文应用灰色系统理论的灰色关联分析,对煤与瓦斯突出影响因素进行灰关联分析,得出了各影响因素对煤与瓦斯突出影响程度的大小排序,选择灰关联分析的五个优势因子:瓦斯放散初速度、坚固性系数、瓦斯压力、煤体破坏类型和开采深度,作为输入参数,用计算机对神经网络编写程序,建立了煤与瓦斯突出预测的神经网络模型.用我国典型突出矿井的煤与瓦斯突出实例作为学习样本,对网络进行训练学习,并以云南恩洪煤矿的煤与瓦斯突出实例作为预测样本进行验证.     

软分层对煤层厚度及煤与瓦斯突出影响的研究

煤与瓦斯突出是影响煤矿安全生产的主要因素之一,具有软分层特征的构造煤其突出的可能性更大,在防治煤与瓦斯突出时应尤为重视。根据现场的勘探资料及揭煤时的煤层情况,结合对个别案例的研究,分析了主要地质构造与沉积环境对煤层厚度的影响,并初步建立了煤层厚度预测的理论模型,同时简要分析了软分层的发育对煤与瓦斯突出的影响,对煤层厚度的预测和防突工作具有一定的指导意义。     

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。     

基于激波理论的新兴煤矿煤与瓦斯突出事故研究

通过分析新兴煤矿煤与瓦斯突出事故,发现在事故中由于煤与瓦斯突出事故诱发了激波的生成,瞬间产生的巨大超压,引起风流逆向,大量瓦斯随逆向风流从突出地点扩散传播至二水平,接触卸载巷电机车架空线所产生的电火花,从而引发瓦斯爆炸事故。提出了突出激波对事故的影响并分析了突出激波的形成及其破坏作用,研究了影响突出激波破坏作用的影响因素,得出参与突出的瓦斯量和瓦斯压力是影响激波强度的关键因素。有助于了解突出后的气流动力演化规律,并为煤与瓦斯突出事故的防灾、救灾措施的制定以及提高矿井的抗灾能力提供了参考。     

瓦斯含量法在煤与瓦斯突出能量分析中的应用

为有效预防煤与瓦斯突出事故,用瓦斯含量法分析煤与瓦斯突出过程的能量转化问题。首先,分析6个煤与瓦斯突出实例;然后,用自主研制的煤与瓦斯突出模拟试验装置,进行10次实验室模拟试验,验证突出实例分析结果。结果表明:弹性能占突出总能量的0.01%~2.36%,瓦斯膨胀能占突出总能量的97.64%~99.99%,在瓦斯膨胀能中,游离瓦斯膨胀能占总膨胀能的0.07%~8.82%,解吸瓦斯膨胀能占总膨胀能的91.18%~99.93%;试验结果与实例分析结果相近。突出能量始终以瓦斯膨胀能为主,解吸瓦斯提供了绝大部分的瓦斯膨胀能,瓦斯含量对突出的发生和突出的强度有重要影响。     

基于RS-SVM模型的煤与瓦斯突出多因素风险评价

为挖掘瓦斯突出风险与煤矿开采中各影响因素间的关系,应用支持向量机(SVM)理论从模式判别角度分析瓦斯突出风险与各地质因素组成的特征向量间的判别关系,基于粗糙集(RS)理论对待分析数据进行知识约简,提取核心判别指标,建立基于粗糙集-支持向量机(RS-SVM)的瓦斯突出风险判别模型。研究结果表明,RS知识约简方法可以很好地对原始数据中的冗余指标进行约简,通过对约简后指标数据进行SVM回归分析,可对煤与瓦斯突出模式进行很好的判别,所建立的瓦斯突出风险判别模型较一般SVM模型具有更高的预测精度,同时指标约简过程降低SVM运算中的复杂度,提高运算效率。     

瓦斯压力对煤与瓦斯射流突出能量的影响

瓦斯压力是煤与瓦斯突出的主要动力源,其与突出能量的关系尚不明确。将煤与瓦斯突出视为煤-瓦斯气固两相射流突出,在分析煤与瓦斯射流突出过程的基础上,建立了煤与瓦斯射流突出数值模型,给出了突出能量表达式。通过理论分析、数值模拟相结合,得到了瓦斯压力对煤与瓦斯突出能量、突出强度、瓦斯涌出量等参数的影响规律。结果表明,突出发生时,突出能量具有波动性,即以突出口为界存在能量集聚骤升区和能量释放衰减区。能量集聚骤升发生在突出孔洞至突出口段,瓦斯-煤两相流突出速度成倍增大;能量释放主要发生在突出口附近和巷道中,瓦斯-煤两相流突出速度逐渐减小。煤与瓦斯射流突出产生强烈涡旋,在顶板、底板处尤为显著,与现场观察到的突出后顶板有摩擦和划痕、底板突出煤粉有分选现象一致。瓦斯压力与突出能量间呈线性增加关系,与突出强度和瓦斯涌出量均呈幂指数增加关系。计算得到的煤与瓦斯射流突出能量量级与前人结论基本吻合,结果可为煤与瓦斯突出能量预测提供参考。     

急倾斜煤层石门揭煤突出机理数值模拟研究

与其他类型的突出相比,石门揭煤的突出危险性最为严重,对它的突出机理进行研究有助于提高防突工作水平。根据马家沟矿石门揭煤突出后遗留的孔洞形状,采用数值模拟软件对突出过程进行反演分析;再现了马家沟矿石门揭煤突出发生的地质条件及发展过程。结果显示,急倾斜煤层石门揭煤突出过程中,煤体自重应力的作用比较明显;突出发生后,地应力梯度和瓦斯压力梯度均下降,卸压区宽度增大。因此,对于急倾斜煤层石门揭煤,一方面,要采取瓦斯抽放等措施,降低工作面前方煤体的应力和瓦斯压力;另一方面,要采用金属骨架对其上方煤体进行支护,防止该煤体垮落诱导突出。     

基于力学分析的深井煤与瓦斯突出临界值研究

为研究应力对深井煤与瓦斯突出工作面的影响,采用力学模型分析了平行六面微元体各个面的受力情况,结合煤体强度理论和矿山压力理论,从煤体所受瓦斯压力、地应力和煤体破坏条件等方面入手,研究了三轴应力态下煤体力平衡问题.探讨了瓦斯压力、地应力、煤壁支撑力等参数和煤与瓦斯突出之间的关系.结果表明,煤与瓦斯突出的瓦斯压力临界值由采场内的应力、煤壁支撑力和煤的力学参数等确定,综合考虑上述因素后,对煤与瓦斯突出预测时瓦斯压力临界值进行了理论推导和关键参数修正,建立了包含应力、采场条件和煤的力学参数的推算瓦斯压力临界值的理论模型,并对理论模型的可靠性进行了分析.突出实例的反演表明在深部开采时,如果不考虑应力对煤与瓦斯突出的影响,会出现预测结果偏差而影响安全生产.建立的理论模型可对这种偏差进行分析和校正.     

发耳煤矿煤与瓦斯突出预测指标敏感性探讨

运用灰色关联分析法和临界值迫近度分析法,对钻屑瓦斯解吸指标、最大钻屑量以及钻屑温度差这3个指标的实测数据进行分析处理,考察了它们对发耳矿煤与瓦斯突出预测的敏感性,比较其突出危险敏感性的大小,找到突出预测敏感指标.     

基于力能角度的鹤壁矿区煤与瓦斯突出主控因素分析

根据鹤壁矿区实测煤层瓦斯含量和瓦斯压力结果,从力能角度分析了地应力、瓦斯、煤体结构对煤与瓦斯突出的影响,确定了地应力为鹤壁矿区煤与瓦斯突出的主控因素。受区域地质构造的控制,南部矿井构造应力大,瓦斯含量高,煤岩体弹性潜能、瓦斯膨胀能大;且构造煤普遍发育,煤体破碎功小。基于力能角度分析,南部矿井在埋藏较浅处,突出动力能量即大于突出阻力能量,是其始突深度较浅的主要原因,鹤壁矿区始突深度呈现南浅北深的特点。在地应力控制作用的基础上,结合三矿实测瓦斯压力、瓦斯突出能量分析,确定三矿在煤层底板标高-510 m以深为突出危险区。     

煤与瓦斯突出影响因素评价分析的模糊层次分析方法

采用模糊层次分析法(FAHP),建立煤与瓦斯突出模糊层次分析模型,并进行分析计算。依据模糊层次分析法,选择影响平煤集团12矿己组煤层煤与瓦斯突出的主要因素,确定各因素的权重系数,并对其进行分析、排序,最后进行综合评定煤与瓦斯突出的影响因素。结果表明:地应力D,地质构造T,煤层瓦斯压力P等是影响该矿己组煤层煤与瓦斯突出的主要因素。该FAHP的应用为制定相应的煤与瓦斯突出防治措施,提供了科学的理论依据和切合实际的评价方法。     

煤矿瓦斯突出事故不安全动作原因统计分析

为了从行为控制角度预防煤与瓦斯突出事故,在对88起重特大瓦斯突出事故资料统计的基础上,分析了煤矿瓦斯突出事故的基本特征、事故直接原因不安全动作及其相关法规特征,结果表明,非瓦斯突出矿井也可能发生瓦斯突出,突出事故在小型、乡镇矿井仍占主要地位;不安全动作原因可归为突出危险工作面作业、未及时支护、突出后未强化实施综合防突措施等3类;突出危险工作面作业严重程度最高的3种动作为采煤机割煤、放炮、风镐落煤;不安全动作原因共违反了3种法律法规的14个条款。     

瓦斯突出煤体形成的物理条件和过程

煤与瓦斯突出灾害严重威胁着煤矿安全生产,但目前对煤与瓦斯突出的物质载体形成机理研究鲜有报道。瓦斯突出煤体系指含有高能瓦斯且以强烈韧性破坏为主的构造煤体,具备发生煤与瓦斯突出的固体和气体介质条件。以煤体变形变质为主线,综述相关文献并结合研究积累,分析揭示了瓦斯突出煤体形成的物理条件和过程:煤体结构严重破坏的构造煤、积聚于此的大量瓦斯,是瓦斯突出煤体形成的物质基础;构造应力与重力、吸附/解吸作用、气体增滑与气楔作用,是瓦斯突出煤体形成的动力基础;煤体破坏、瓦斯积聚、封闭压实,是瓦斯突出煤体形成过程的主要特征。本研究对复杂地质条件下区域瓦斯预测防治具有重要指导作用。     

实验室煤与瓦斯突出模拟试验回顾及展望

为借鉴国内外煤与瓦斯突出模拟试验研究成果,查阅大量相关文献,进行分析和总结。以人们对煤与瓦斯突出试验研究的深入程度为主线,将实验室煤与瓦斯突出模拟试验的研究历程进行阶段划分。研究表明:20世纪50—60年代,成功诱导了突出,初步考察诸因素对突出的影响;70—90年代,深入探究突出发生的力学判据及突出过程,并提出数十种有关突出机理方面的假说;21世纪初,以组建三维模拟试验台进行试验为特点,大大提高了模拟试验条件与现场的相似度,但在力学加载系统的稳定性和可调性、模型的整体密封性、测试探头的精度等方面仍需改进。     

煤与瓦斯突出影响因素评价分析的模糊层次分析方法

在综合分析煤与瓦斯突出的影响因素的基础上,采用模糊层次分析法（FAHP）建立了煤与瓦斯突出模糊层次分析模型并进行了实例分析,确定了煤与瓦斯突出各影响因素的权重系数。评价结果表明：地应力、地质构造、瓦斯压力等是影响煤与瓦斯突出的主要因素。为制定相应的煤与瓦斯突出防治措施,提供了科学的理论依据和切合实际情况的评价方法。     

煤与瓦斯突出预测的QGA-LSSVM模型

为快速、有效地对煤与瓦斯突出类型作出预测,运用灰色关联和因子分析模型对所选主要的判别指标进行分析提取,利用量子遗传算法(QGA)对最小二乘支持向量机(LSSVM)的参数作寻优处理,最终建立QGA-LSSVM煤与瓦斯突出预测模型。选取从砚石台矿区历史实测的数据,以96∶20的比例对该模型进行训练与测试,并将预测结果与其他预测模型的预测效果进行了比较。研究结果表明:对判别指标进行灰色关联分析可以有效去除对煤与瓦斯突出影响作用小的指标;用因子分析进行公共因子提取,可以有效减少数据信息冗余;利用QGA优化的LSSVM模型能使结果避免陷入局部最优解,用该模型可以有效预测煤与瓦斯突出类型,误判率为0。     

基于支持向量机的煤与瓦斯突出预测研究

为准确预测矿井煤与瓦斯突出的危险性,针对煤与瓦斯突出样本的不足从一定程度上制约了基于知识的方法在煤与瓦斯突出预测中的应用这一问题,利用支持向量机在小样本情况下具有较强识别能力的特点,提出了煤与瓦斯突出的支持向量机预测方法。对煤与瓦斯突出影响因素进行灰关联分析,提取特征向量。选用典型突出矿井的煤与瓦斯突出实例作为学习样本,以云南恩洪煤矿的突出实例作为预测样本,将支持向量机预测结果与其他预测结果进行对比。结果表明支持向量机模型能够满足煤与瓦斯突出预测的要求。     

深部开采煤岩瓦斯动力灾害统一发生机制及监测技术

为研究深部开采冲击地压、煤与瓦斯突出及其复合动力灾害的发生机制,并对其进行有效监测预警,运用事故调研、理论分析、工程实践等方法,分析了我国煤岩瓦斯动力灾害的影响因素,研究了其发生的统一机制和监测技术。结果表明:煤岩瓦斯动力灾害是冲击、突出共性因素和个性因素共同影响下的结果;根据灾害发生过程中能量释放的主体和形式,将煤岩瓦斯动力灾害分为冲击地压、煤与瓦斯突出、冲击-突出型复合动力灾害、突出-冲击型复合动力灾害4种类型;采用多层次统一监测模式,可对深井煤岩瓦斯动力灾害进行全方位连续的统一监测。最后将研究成果应用于煤矿现场实例,效果良好。     

煤与瓦斯突出动能临界值研究

煤与瓦斯突出是煤矿行业的重大灾害之一,煤与瓦斯突出中突出动能的研究有助于揭示煤与瓦斯突出的机理。利用传染病动力学中“仓室”的概念,针对煤与瓦斯突出事故中的突出孔洞建立仓室模型。在任一仓室的任一环流上选定任意一点,对其速度在水平和垂直方向上进行分解,2个分速度引起仓室内部煤体在水平和垂直方向上的离层倾向,揭示了突出过程中突出孔洞的成形机理;对该点的动能E_K进行分析,发现动能E_K随时间t呈现“W”形、周期性变化,E_K在周期性变化中存在最小动能E_KF(即仓室环流的动能阈值,该点在仓室环流上动能最小、内能最大),因此,E_KF既是仓室环流上最小的动能,也是仓室环流发生突出的动能临界值条件(即能量条件),即煤与瓦斯突出的动能临界值。同时,对突出事故中的孔洞突出口尺寸(高度或宽度)与动能的相关性研究发现,不同的突出口尺寸与该处煤体的动能负相关,而与该处煤体的内能正相关,从本质上揭示了不同突出口尺寸是突出过程中煤体内能作用的结果。