基于監(jiān)測數(shù)據(jù)源的煤礦瓦斯異常趨勢預(yù)警系統(tǒng)

梁建輝

（西山煤電 杜兒坪礦，山西 太原 030022）

基于監(jiān)測數(shù)據(jù)源的煤礦瓦斯異常趨勢預(yù)警系統(tǒng)

梁建輝

（西山煤電 杜兒坪礦，山西 太原 030022）

研究了煤礦井下瓦斯涌出的影響因素，利用優(yōu)化趨勢面分析預(yù)測與距離冪預(yù)測先進(jìn)技術(shù)手段，開發(fā)出專用預(yù)測數(shù)學(xué)模型，開發(fā)出頻譜分析預(yù)測法動(dòng)態(tài)與實(shí)時(shí)預(yù)測預(yù)警應(yīng)用軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了井下瓦斯異常趨勢預(yù)警，解決了煤礦安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)預(yù)測預(yù)警難題。

瓦斯涌出；預(yù)測數(shù)學(xué)模型；異常趨勢預(yù)警；應(yīng)用軟件系統(tǒng)

1 概述

隨著煤礦瓦斯防治管理的加強(qiáng)，日益重視瓦斯超限隱患，“超限就是事故”已是煤炭企業(yè)日常考核目標(biāo)。瓦斯超限表明，安全狀況已經(jīng)處于很危險(xiǎn)的境地，防治瓦斯于超限之前應(yīng)是煤礦本質(zhì)安全的重要措施。煤礦安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)預(yù)測預(yù)警應(yīng)是解決本質(zhì)安全管理的前提，因而具有重大意義。

煤層瓦斯區(qū)域性綜合預(yù)測是煤礦通風(fēng)設(shè)計(jì)和煤礦瓦斯防治的重要基礎(chǔ)，由于煤層屬于沉積性結(jié)構(gòu)特征，因而瓦斯賦存具有區(qū)域性規(guī)律特點(diǎn)。以往的區(qū)域性預(yù)測，最常見的是瓦斯地質(zhì)圖，通常是按有限個(gè)測點(diǎn)，利用手工方式在采掘工程圖上繪制。本文利用優(yōu)化趨勢面分析預(yù)測與距離冪預(yù)測先進(jìn)技術(shù)手段，具有更高的科學(xué)性與高效性，按分源預(yù)測法得到測點(diǎn)樣本，預(yù)測結(jié)果給出統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)指標(biāo)，能夠自動(dòng)繪制等值線圖、專題圖、三維曲面。

煤礦瓦斯涌出影響因素十分復(fù)雜，受到煤層賦存、瓦斯賦存、開采條件、開采方式、地質(zhì)條件、抽放效果、通風(fēng)狀況、生產(chǎn)強(qiáng)度等因素的影響，準(zhǔn)確定量預(yù)測預(yù)報(bào)瓦斯涌出量十分困難。但是并不意味著問題不能解決，在一定條件下（譬如在一個(gè)小時(shí)間片和局部空間區(qū)域內(nèi)），瓦斯涌出可能僅僅與某一個(gè)因素或有限個(gè)因素有關(guān)，而有限個(gè)因素往往是疊加關(guān)系、而不是相互影響（譬如回采工作面不割煤時(shí)，瓦斯涌出主要是煤壁與采空區(qū)瓦斯涌出；落煤時(shí)增加了落煤瓦斯涌出），極限情況下可能是抽放效果不佳、局部高瓦斯積聚、通風(fēng)風(fēng)量不足、工作面連續(xù)割煤超強(qiáng)度生產(chǎn)、采空區(qū)老頂垮落等，也是多因素疊加關(guān)系，加之煤層瓦斯賦存屬于沉積變化。所以在一定區(qū)域內(nèi)的一定時(shí)間片內(nèi)，基于區(qū)間值進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測和動(dòng)態(tài)預(yù)測是可行和有效的。基于此，研究開發(fā)了專用預(yù)測數(shù)學(xué)模型，開發(fā)出頻譜分析預(yù)測法動(dòng)態(tài)與實(shí)時(shí)預(yù)測預(yù)警應(yīng)用軟件系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)際檢驗(yàn)得到較為理想的應(yīng)用效果，從而解決了煤礦安全狀態(tài)的實(shí)時(shí)預(yù)測預(yù)警難題。觀測值與預(yù)測值曲線的對(duì)比實(shí)例見圖1，預(yù)測曲線與監(jiān)測曲線基本重合，準(zhǔn)確性很好，2個(gè)月內(nèi)的平均偏差不到1%。

圖1預(yù)測值與監(jiān)測值的對(duì)比分析

2 主要研究成果的功能特點(diǎn)

（1）開發(fā)出分源預(yù)測法預(yù)測工作面測點(diǎn)的瓦斯涌出量與瓦斯抽放量，包括不同煤層瓦斯賦存條件下的本煤層與鄰近層瓦斯涌出率、抽放率、涌出量、抽放量，從而得到樣本涌出量與抽放量的測點(diǎn)數(shù)據(jù)。（2）提供煤層瓦斯參數(shù)計(jì)算程序，用于計(jì)算煤層瓦斯賦存參數(shù)，例如瓦斯壓力、瓦含量等，得到瓦斯參數(shù)的空間分布樣本。（3）可對(duì)實(shí)際工作面瓦斯涌出數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到空間位置下的工作面瓦斯涌出量樣本，或直接利用監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)得到瓦斯涌出量。（4）采用有限個(gè)樣本或測點(diǎn)數(shù)據(jù)，提供優(yōu)化趨勢面方法或距離冪方法得到瓦斯含量、瓦斯涌出量、抽放量、突出預(yù)測參數(shù)等的分布模型，自動(dòng)生成數(shù)字礦圖格式的瓦斯參數(shù)預(yù)測分布等值線圖、二維專題圖、三維曲面圖。（5）開發(fā)出工作面瓦斯與C O涌出的連續(xù)實(shí)時(shí)預(yù)測預(yù)警新技術(shù)。能夠隨著煤礦監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)秒級(jí)更新動(dòng)態(tài)更新預(yù)測結(jié)果，缺省統(tǒng)計(jì)時(shí)間區(qū)間分為5個(gè)時(shí)間片，共30m i n，預(yù)測兩個(gè)時(shí)間片涌出量值。取每個(gè)時(shí)間片高峰區(qū)值為基數(shù)，預(yù)測未來2個(gè)時(shí)間片內(nèi)高峰區(qū)值。抽樣檢驗(yàn)結(jié)果顯示，總偏差平均在1%內(nèi)，可見預(yù)測值與實(shí)際測量值具有一致性，可滿足應(yīng)用要求。基礎(chǔ)時(shí)間片可按實(shí)際情況增加（譬如基礎(chǔ)時(shí)間可以取大于30m i n）。從圖1知，預(yù)測值在平均值與最大值區(qū)間內(nèi)，并與涌出發(fā)展趨勢具有一致性，僅在達(dá)到最大值時(shí)有些延續(xù)偏差；由于依據(jù)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，這一偏差是正常的，也是必要的。由于提供先進(jìn)的瓦斯含量、涌出量、抽放量、突出參數(shù)等區(qū)域性預(yù)測方法，優(yōu)化了預(yù)測等值線圖和預(yù)測三維曲面圖，見圖2和圖3。（6）創(chuàng)新開發(fā)出頻譜預(yù)測法工作面瓦斯涌出與C O涌出動(dòng)態(tài)連續(xù)預(yù)測預(yù)警新技術(shù)。動(dòng)態(tài)預(yù)測與實(shí)時(shí)預(yù)測的區(qū)別是動(dòng)態(tài)預(yù)測以日為單位，根據(jù)此前一定時(shí)間段內(nèi)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，譬如5日前，預(yù)測后2日的數(shù)據(jù)。由于煤礦工作面生產(chǎn)條件的變化，常規(guī)的統(tǒng)計(jì)方式，譬如平均值統(tǒng)計(jì)方法或最大值方法用于預(yù)測意義不大，本技術(shù)采用高峰區(qū)間數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測得到較理想的效果，可用于宏觀瓦斯管理，監(jiān)測頁面給出動(dòng)態(tài)預(yù)測結(jié)果。（7）創(chuàng)新開發(fā)出趨勢預(yù)測數(shù)據(jù)挖掘處理應(yīng)用軟件系統(tǒng)。對(duì)于整個(gè)煤礦乃至全集團(tuán)所有工作面的安全狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)趨勢分析與預(yù)測是一項(xiàng)浩大的信息處理工程，為了解決動(dòng)態(tài)及時(shí)預(yù)測與顯示需求，開發(fā)了趨勢預(yù)測數(shù)據(jù)挖掘處理應(yīng)用軟件系統(tǒng)，該技術(shù)能分時(shí)對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理與分類，從而奠定了動(dòng)態(tài)預(yù)測基礎(chǔ)，并為煤礦安全簡報(bào)編制和安全歷史數(shù)據(jù)分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。

圖2區(qū)域性預(yù)測等值線圖

圖3預(yù)測三維曲面圖

3 結(jié)束語

本文針對(duì)目前煤礦的瓦斯問題，研究了煤礦井下瓦斯涌出的影響因素，創(chuàng)造性地提出了井下瓦斯異常趨勢預(yù)警系統(tǒng)，開發(fā)出趨勢預(yù)測數(shù)據(jù)挖掘處理應(yīng)用軟件系統(tǒng)，經(jīng)西山煤電集團(tuán)屯蘭礦、杜兒坪礦試用，效果良好，值得瓦斯較高礦井推廣應(yīng)用。

Monitoring-Data-Based Gas Abnormal Accident Trend Warning System

LIANG Jian-hui
(Duerping Mine, Xishan Coal and Electricity Group, Taiyuan Shanxi 030022)

Influential factors of gas emission are studied in mines. Optimizing trend surface analysisprediction and distance power prediction are used to develop a specific prediction mathematics model and adynamic/real- time alerting application software system on spectral analysis. The abnormal accident trendwarning is realized to solve the real- time security forecasting and warning in mines.

gas emission; prediction mathematical models; abnormal accident trend warning;application software system

T D 712+5

A

2012-10-09

梁建輝（1974—），男，山西孝義人，研究生，工程師，從事煤礦機(jī)電信息化管理工作。

樊 敏