基于MATLAB數據擬合的煤層瓦斯涌出量預測

高文杰

【摘? 要】為掌握煤礦主采煤層瓦斯涌出規律，確定瓦斯災害防治對策和優化通風系統，論文通過對煤礦瓦斯地質資料的統計和分析，基于MATLAB數據擬合，采用瓦斯地質統計法對主采煤層瓦斯涌出量進行預測。實踐表明，預測模型誤差分別為4.9%、6.3%，預測結果較為準確，該研究為工作面瓦斯管理提供理論依據，對礦井安全生產具有重要指導意義。

【Abstract】In order to master the law of gas emission in the main coal seam of coal mine， determine the prevention and control measures of gas disaster and optimize the ventilation system， through the statistics and analysis of coal mine gas geological data， based on MATLAB data fitting， the paper uses gas geology statistical method to predict the gas emission of the main coal seam. The practice shows that the prediction model errors are 4.9% and 6.3% respectively， and the prediction results are more accurate. The study provides a theoretical basis for gas management in working face and has important guiding significance for mine safety production.

【關鍵詞】MATLAB數據擬合;瓦斯地質統計法;預測模型

【Keywords】MATLAB data fitting; gas geology statistical method; prediction model

【中圖分類號】TD712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）08-0190-02

1 瓦斯情況

礦井瓦斯主要源于掘進工作面、采煤工作面以及采空區，工作面回采結束后，個別采空區沒有得到及時封閉，個別區域由于地質構造比較發育、圍巖松軟破碎，造成個別工作面瓦斯異常涌出。

2 主采煤層瓦斯涌出量預測

該礦正處于由一水平向二水平過渡階段，地質條件復雜多變，受斷層、褶曲、侵入巖漿巖及未采鄰煤層的影響較為明顯，尤其是礦井開采深度愈大，瓦斯涌出愈加明顯。

基于采煤工作面瓦斯涌出統計資料、礦井地質資料以及瓦斯含量資料，采用瓦斯地質統計法，應用MATLAB數據擬合，預測和分析該礦主1、主2煤層沒有進行開采的區域煤層瓦斯涌出量。

2.1 煤層瓦斯基礎資料統計與分析

通過對大量的瓦斯基礎數據統計與分析，匯總了采煤工作面具有典型性的基礎數據，如表1和表2所示。

2.2 應用瓦斯地質統計法預測煤層瓦斯涌出量

瓦斯地質統計法基于對采煤工作面和掘進工作面日統計的瓦斯濃度、風量和抽放量數據，通過計算每日采煤工作面和掘進工作面絕對瓦斯涌出量點值，每月統計數據對應為30個點值，其最能反映那個位置地質、開采、工藝條件的瓦斯涌出量點值。通過篩選成千上萬的瓦斯涌出量點值繪制成瓦斯地質圖，瓦斯地質圖可形象直觀呈現出瓦斯與地質、開采條件之間的關聯。依據瓦斯地質圖上已采、掘區域的瓦斯涌出量點值，相關人員可以預測鄰近未采區域的瓦斯涌出量。同時，不同回采工藝、順序獲得的瓦斯涌出點值可以建立對比關系。采用上述方法建立的瓦斯涌出量預測關系式和在瓦斯地質圖上呈現的諸多瓦斯涌出量點、瓦斯涌出量等值線，稱為瓦斯地質統計預測瓦斯涌出量方法[1-5]。

基于瓦斯地質理論的瓦斯地質多元分析綜合類比法，其工作程序為：①類比性分析。在瓦斯地質方面，開展選定和預測礦井或區域與生產礦井或區域（有類比性的）的類比分析工作。②采用礦山統計法，結合獲得的生產礦井或區域的基礎數據進行瓦斯地質圖繪制。③對不同區域、煤層埋深的瓦斯涌出數據進行計算分析，獲得其變化規律。④基于數理統計方法，獲得瓦斯涌出量與煤層埋藏深度（或煤層底板標高）二者關系的數學模型。⑤根據數學模型，綜合考慮預測礦井或區域具體的開采技術參數，實現礦井或區域瓦斯涌出量計算預測。

2.2.1 數據擬合過程

根據該礦主1號煤層和主2號煤層采煤工作面日常瓦斯基礎數據，通過統計分析對應的瓦斯涌出數據，選取對應工作面不同時間的典型瓦斯涌出數據，并結合獲取瓦斯涌出數據對應采煤工作面煤層所在位置，獲取瓦斯涌出數據與對應的煤層底板標高二者之間的關聯性。在進行計算分析時，依據數組的特點，采用MATLAB多項式擬合，獲取主1號煤層和主2號煤層絕對瓦斯涌出量（Q）與對應煤層底板標高（h）的關聯性。

①主1號煤層

選取典型的煤層瓦斯涌出數據，根據主1號煤層2600t/d的產量進行折算，得到折算后的絕對瓦斯涌出量數據Q主1絕對2600t/d，如表3所示。

分析表3中煤層瓦斯涌出數據，根據Q主1絕對2600t/d（主1號煤層絕對瓦斯涌出量按照2600t/d進行折算），并建立折算后主1號煤層絕對瓦斯涌出量（Q主1）與其對應的底板標高（h）二者之間的關系，采用MATLAB一次多項式擬合。

②主2號煤層

選取典型的煤層瓦斯涌出數據，根據主2號煤層2600t/d的產量進行折算，得到折算后的絕對瓦斯涌出量數據Q主2絕對2600t/d，如表4所示。

分析表4中煤層瓦斯涌出數據，根據Q主2絕對2600t/d（主2號煤層絕對瓦斯涌出量按照2600t/d進行折算），并建立折算后主2號煤層絕對瓦斯涌出量（Q主2）與其對應的底板標高（h）二者之間的關系，采用MATLAB一次多項式擬合。

2.2.2 擬合結果

①主1號煤層（依據Q主1絕對2600t/d）Q主1=-0.0158h主1-4.626

由式（1）預測模型可知，主1號煤層絕對瓦斯涌出量趨勢值為5m3/min、10m3/min所對應煤層位置為-609m、-926m標高處。

②主2號煤層（依據Q主2絕對2600t/d）Q主2=-0.0301h主2-10.281

由式（2）預測模型可知，主2號煤層絕對瓦斯涌出量趨勢值為5m3/min、10m3/min所對應煤層位置為-508m、-674m標高處。

3 結論

①采用礦山統計法建立了主1號、主2號煤層未采區域絕對瓦斯涌出量預測模型，通過MATLAB數據擬合方法能夠較為準確地對煤層絕對瓦斯涌出量進行預測。②現場實踐證明，所建立預測模型對主1號、主2號煤層瓦斯涌出量預測誤差分別為4.9%、6.3%，預測結果較為準確。③該研究可為深部瓦斯災害治理和通風系統優化提供理論依據，為礦井安全生產提供技術支持。

【參考文獻】

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【3】婁芳，賈永勇.石梯子西溝煤礦瓦斯地質規律研究[J].內蒙古煤炭經濟，2017（19）：145-147.

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