煤與瓦斯突出預警系統開發研究

閆 旭,陳 哲,田 程,竇新彪

（山西粵電能源有限公司,太原 030001）

我國煤炭資源開采礦井多屬井工礦井，且井下地質條件復雜，在煤礦生產過程中頻遇水、火、瓦斯、粉塵等災害因素的影響和威脅。隨著開采煤層的逐步加深和強度的逐步加大，開采條件越來越復雜，煤巖動力災害如煤與瓦斯突出等問題凸顯，安全形勢日益加重，因此加強煤與瓦斯突出預測研究工作對確保煤礦安全生產有很高的重要性和必要性[1]。然而在煤與瓦斯突出預測過程中，整理和分析大量數據和指標任務繁重，且需要構建預測模型算法進行數據分析計算，無形中增加的預測工作的繁重性和出錯率。

1 系統總體設計與各部分功能設計

本預警系統總體思路為對煤與瓦斯突出機理進行理論分析，選取影響煤與瓦斯突出的主要因素，并現場測量大量的數據指標，通過建立灰色關聯模型算法對影響煤與瓦斯突出的主要指標的影響程度進行排序后，構建模糊聚類預測模型算法，運用現場數據進行學習訓練，得出預測結果。

該系統的主要功能模塊包括預測指標管理、樣本管理、突出預警、用戶管理以及綜合查詢等五個方面，預測指標管理主要實現煤與瓦斯突出預測指標的錄入、查詢、刪除、修改等功能；樣本管理模塊主要實現數據樣本的錄入、查詢、刪除、修改等功能，并可實現大量數據的EXCEL導入以及表格預覽功能；突出預警模塊根據用戶輸入的突出預測指標和樣本數據進行分析計算，進行煤與瓦斯突出預測，并根據預測結果給出專家建議，專家建議根據突出預測的不同數據對應給出相應的處理措施；用戶管理模塊包括用戶基本信息注冊、用戶名及密碼的注冊及修改、用戶權限管理等。綜合查詢對預測指標、數據樣本、突出預測記錄以及用戶信息、用戶權限等進行綜合全面查詢。

2 系統算法模型構建

2.1 基于灰關聯的預測指標優選

經理論研究并結合煤礦現場實際經驗得出以下規律：第一，突出危險性與煤層埋深、煤層厚度有一定關系，煤層埋藏越突出深危險性越大，煤層厚度越厚突出深危險性越大。第二，瓦斯壓力越大突出危險性越大。第三，地質構造越復雜，突出危險性越大。第四，煤的堅固性系數越低，突出危險性越大[2]。結合以上規律，從所有的影響因素中選定構造類型、瓦斯壓力、瓦斯放散系數、煤的堅固性系數、綜合指標K五個較為重要的影響指標進行計算預測。

2.2 模糊聚類法構建突出預測模型

3 系統開發

3.1 系統的設計目標

通過系統錄入煤與瓦斯突出預測指標的已知樣本和預測樣本，系統采用灰色關聯分析程序進行指標優選，并通過模糊聚類程序進行突出預測。

3.2 系統架構確定

C/S模式客戶端能處理部分事務，分擔服務器任務量，使系統具有高效的處理速度，且煤與瓦斯突出預警系統主要為煤礦工作人員使用，使用地點較為固定和集中，不會因為距離遠而造成任何的麻煩。所以為使用系統簡單高效、易維護[6]。

4 結論

本文設計的煤與瓦斯突出預測軟件主要通過灰關聯指標優選算法和模糊聚類預測算法實現，將兩種算法有效結合使用，將大大增加預測的準確性。軟件由用戶登錄及主界面模塊、樣本管理模塊、煤與瓦斯突出預測模塊、查詢模塊、用戶管理模塊和系統說明模塊組成，充分體現出人性化和個性化設計原則，在指標錄入模塊、樣本錄入模塊、樣本修改模塊、指標優選模塊、模糊聚類模塊和指標設置模塊等都給用戶提供不少人性化和個性化功能，讓用戶可以自由選擇數據、樣本、指標的錄入方式，將常用的預測指標名稱加入數據庫中，錄入數據后系統自動進行分析計算并給出預測結果，無須每次手工大量錄入和復雜計算，極大減輕了突出預測的工作量。

[1]周世寧,林伯泉.煤層瓦斯賦存與流動理論[M].北京:煤炭工業出版社,1999:69-71.

[2]國家安全生產監督管理總局.防治煤與瓦斯突出規定[S].北京:煤炭工業出版社,2009.

[3]何學秋.含瓦斯煤巖流變動力學[M].徐州:中國礦業大學出版社,1995:14-16.

[4]王凱,愈啟香.煤與瓦斯突出的非線性特征及預測模型[M].徐州:中國礦業大學出版社,2005:111-113.

[5]張子敏,張玉貴.瓦斯地質學[M].徐州:中國礦業大學出版社,2009:38-48.

[6]羅華飛.Matlab GUI設計學習手記[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009:225-242.

[7]陳文學,聶百勝.基于ASP技術的煤與瓦斯突出危險性預測系統[J].煤炭科學技術,2006,34(07):14-16.