煤与瓦斯突出危险性预测方法

基于PCA和案例推理的煤与瓦斯突出动态预测阎馨;付华;屠乃威【摘要】为了实现对煤与瓦斯突出快速、准确和动态预测，提出了一种基于主成分分析(PCA)和案例推理(CBR)的煤与瓦斯突出预测方法。

考虑煤与瓦斯突出多种影响因素，利用案例推理技术对煤与瓦斯突出危险性进行预测。

同时采用一种基于PCA的案例描述特征权值确定方法，以提高案例检索效率以及煤与瓦斯突出预测准确率。

利用实测数据对所提方法进行验证，实例验证结果表明，所提方法预测结果的准确性和稳定性更高，预测平均误差和最大误差分别仅为0.154%和0.77%，远小于模糊神经网络方法和专家给定权值的案例推理方法。

%In order to realize the accurate,speed and dynamic prediction of coal and gas outburst,a prediction meth⁃od based on principal component analysis(PCA)and case-based reasoning(CBR)was proposed. Considering multiple influencing factors of coal and gas outburst,the hazard prediction is done with CBR technology. At the same time,a method based on PCA is used in weights allocation for case retrieval and matching to improve the retrieval efficien⁃cy and prediction precision. The proposed method was validated using practical measured data. The simulation ex⁃ample shows that the proposed method provides more accurate and robust prediction results and the average predic⁃tion error and maximum prediction error are0.154%and 0.77%,respectively. The prediction errors are much less than that obtained from the fuzzy neural network method and the CBR method using weights given by experts.【期刊名称】《传感技术学报》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】7页(P1028-1034)【关键词】煤与瓦斯突出;动态预测;特征权值;主成分分析;案例推理【作者】阎馨;付华;屠乃威【作者单位】辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛125105【正文语种】中文【中图分类】TD713阎馨*，付华，屠乃威（辽宁工程技术大学电气与控制工程学院，辽宁葫芦岛125105）煤与瓦斯突出是破碎的煤、岩和瓦斯在地应力、瓦斯的共同作用下，由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象，是严重威胁煤矿安全生产的重大自然灾害之一。

煤与瓦斯突出预测方法作者：肖维信周景武来源：《中国科技博览》2014年第08期[摘要]防治瓦斯突出技术方法瓦斯地质法简单统计法综合分析法无线电波透视技术等有效的防治了瓦斯突出[关键词]煤矿瓦斯突出预测方法中图分类号：TD712一、瓦斯地质法地质构造，特别是对矿区或矿井总体上起控制作用的断层及褶皱，往往对煤与瓦斯突出条件及突出点的分布具有显著的作用与影响。

国内外大量资料证明，地质构造与突出关系非常密切。

大多数突出的发生与构造有关，综合分析各方面的资料，从地质力学观点来看，构造区内突出危险性相对较大的部位是：构造体系的复合部位，弧形构造的弧顶部位，褶曲构造的扭褶部位，多种构造体系的交汇部位，压扭性断裂所夹的断块，以及旋扭构造的收敛端等。

（1）简单统计法瓦斯地质统计法就是利用地质构造对煤与瓦斯突出条件及突出点的分布具有显著的作用与影响的特点进行区域预测，是根据已开采区域确切掌握的煤层赋存和地质构造条件与突出分布的规律，划分出突出危险区域与突出威胁区域。

a、在上水平发生过一次突出的区域，下水平的垂直对应区域划分为突出危险区；b、根据上水平突出点分布与地质构造的关系，确定突出点距构造线两侧的最远距离线，并结合地质部门提供的下水平或下部采区的地质构造分布，按照上水平构造线两侧的最远距离线向下推测下水平或下部采区的突出危险区域；c、未划定的其他区域为突出威胁区。

（2）综合分析法由中国科学院地质研究所主持承担（焦作矿院、重庆大学、中国科学院声学研究所、中国科学院上海技术物理所、南桐矿务局等参与承担）的国家重点科技攻关项目“煤与瓦斯突出的综合治理”以地质为基础，以岩体工程地质力学理论为指导，对突出危险性区域预测技术进行了比较系统的研究。

a.从沉积地球化学的角度，利用同位素分析、煤成气能力的热解、穆斯堡尔效应试验、镜煤反射率测定、扫描电镜、红外光谱以及X衍射等技术，从煤的变质作用、瓦斯运移和聚集的沉积环境、瓦斯生成的热解及其与粘土矿物变质作用的关系等方面研究煤层烃类物质的组成、状态、成因、分布、储集运移及其与煤和瓦斯突出的关系。

煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法工作面煤与瓦斯突出(以下简称突出)危险性预测和防突措施效果检验是突出矿井进行防突管理的两项关键工作。

目前我国大多数突出矿井，在进行突出危险性预测时所采用的预测指标及其临界值基本上都是按照《防治煤与瓦斯突出细则》所推荐的。

但是，针对不同的矿井或煤层，突出预测指标的敏感性及其临界值可能是不同的，甚至存在很大的差异。

矿井在使用中应通过现场试验，摸索和确定适合本矿煤层实际情况的突出预测指标及其临界值。

否则，可能因为指标不敏感或临界值不合适而造成预测结果的不准确，导致误判，结果发生突出事故或增加不必要的防突措施工程。

所以，确定矿井突出预测敏感指标及其临界值是防突工作中一项十分重要的内容。

1预测敏感指标的概念及确定方法突出预测敏感指标是指针对某一煤层进行突出危险性预测时，在目前技术水平条件下能够较为明显地区分突出危险和非突出危险的指标。

煤与瓦斯突出是一种复杂的瓦斯动力现象，是由地应力、瓦斯及煤的物理力学性质3种因素综合作用的结果。

理想的预测指标应是能够完全反映引发突出的3个因素，而实际上，目前常用的预测指标仅是间接和部分反映这3个突出预测因素。

对不同矿井、煤层或区域，突出的主导因索有所不同，3种因素在导致突出作用中的贡献比重有所不同。

所以，主要反映突出3因素中某1个因素或两方面因素的不同指标，其预测突出危险的敏感性会有所不同。

同时，预测指标还在一定程度上或多或少地受到现场测试条件、仪器性能、操作人员责任心等外部条件和人为因素的影响，使测定出的指标值影响因素复杂，从而影响指标的敏感性。

判断一种指标是否敏感，主要考虑两个方面的因素：一是指标值的大小是否随着突出危险性的大小明显变化；二是影响指标值大小的突出危险因素是否大于测定误差等外部条件和人为因素。

具体确定时可根据在有无突出危险时的指标值大小及其变化幅度，以及测试环境、手段、人员水甲等引起的测定误差大小等判断，如在突出危险区与非危险区、突出点附近与正常带、打钻时喷孔等动力现象(严重度与频度等)与正常时、措施前后等测值的变化情况，以及测值统计结果分布规律、指标与其他敏感指标的对比等进行判断。

处理煤与瓦斯突出事故时的应急措施以及正确方法第一节矿井突出事故的预防一、区域性预测主要与科研单位进行合作，对煤层进行预测。

二、工作面预测1、现场施工人员、瓦检员必须熟知突出预兆：(1)煤炮声、支架断裂发出的响声，岩煤开裂自行剥落、掉渣、底鼓与煤壁颤动，钻场变形，垮孔、顶钻、夹钻、钻机过负荷等。

(2)瓦斯涌出异常，忽大忽小，气温气味异常，打钻喷瓦斯，发现哨声、风声和蜂鸣声等。

2、钻屑量预测(1)在掘进工作面打3个直径为42mm、孔深10m的钻孔。

(2)钻孔每隔2m测定一次钻屑解吸指标。

根据每个钻孔钻屑解吸指标K1或△h2预测工作面的突出危险性。

采用钻屑指标法预测工作面突出危险时各项指标的突出危险临界值，根据《防治煤与瓦斯突出细则》规定△h2为湿煤160Pa，干煤200Pa，K1值按如下表。

实测K1值或△h2值等于或大于临界值时，该工作面预测为有突出危险性工作面。

△h2 K1 危险性Pa mL/(g•min1/2)干煤湿煤干煤湿煤≥200 ≥160 ≥0.5 ≥0.4 突出危险工作面<200 <160 <0.5 <0.4 无突出危险工作面(3)采用钻屑指标法连续预测突出危险性，当预测无突出危险性时，每预测循环应留有5m的预测超前距。

第二节防治突出的主要措施一、区域性防突措施我矿主要采取开采2#煤作为上保护层，在没有保护层可采的7#煤层必须在岩石巷内施工瓦斯抽放巷打穿层钻孔对煤层进行大面积预抽，达到《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出细则》规定后，方可进行准备采掘工作面。

二、局部防突措施(一)石门揭煤1、在石门工作面掘至距煤层10m(垂距)之前，至少打两个穿透煤层全厚且进入顶(底)板不小于0.5m的前探钻孔，并详细记录岩芯资料。

地质构造复杂、岩石破碎的区域，石门工作面掘至距煤层20m(垂距)之前，必须在石门断面四周轮廓线外5m范围煤层内布置一定数量的前探钻孔，以保证能确切地掌握煤层厚度、倾角的变化、地质构造和瓦斯情况等;2、在石门工作面距煤层5m(垂距)以外，至少打2个穿透煤层全厚的测压(预测)钻孔，测定煤层瓦斯压力、煤的瓦斯放散初速度指标与坚固性系数或钻屑瓦斯解吸指标等。

( 安全论文 )单位：_________________________姓名：_________________________日期：_________________________精品文档 / Word文档 / 文字可改2021版浅析煤与瓦斯突出的预测及防治措施Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.2021版浅析煤与瓦斯突出的预测及防治措施摘要在总结分析了国内外煤与瓦斯突出机理、突出类型、突出条件、突出一般规律和影响因素的基础上，重点比较分析了煤与瓦斯突出预测的各种方法及针对性防治措施，指出神经网络是预测煤与瓦斯突出非线性问题的最有前景的方法。

关键词煤与瓦斯突出预测防治措施1煤与瓦斯突出的机理、类型与一般规律1.1煤与瓦斯突出的机理许多国家对煤与瓦斯突出机理的研究都很重视，并取得了一定成果，但由于突出机理的复杂性及突出现象的多样性，目前对突出机理的认识仍处于假说阶段。

国外对煤与瓦斯突出机理的认识可归纳为4种：地应力假说、瓦斯作用假说、化学本质假说和综合作用假说。

我国从60年代起就对突出煤层的应力状态、瓦斯赋存状态、煤的物理力学性能等开展了一系列的研究，根据现场资料和实验研究对突出机理进行了探讨，提出了新的见解和观点，概括起来主要有中心扩张学说、流变假说、二相液体假说、固流耦合失稳理论、球壳失稳理论等。

此外中国科学院力学研究所从力学角度对突出过程做了大量的研究工作，并提出了突出破坏过程及瓦斯渗流的机制方程。

1.2煤与瓦斯突出的类型煤与瓦斯的突出包括：煤与甲烷突出、岩石与甲烷突出、煤与CO2突出、岩石与CO2突出等。

由于突出时的原动力和所表现现象的不同，煤与瓦斯突出可分为突出、倾出、压出3种情况，各种情况比较见表1。

纳雍县勺窝乡向阳煤矿“四位一体”综合防突措施纳雍县勺窝乡向阳煤矿二O一二年元月技术指导：编制：技术协作：纳雍县勺窝乡向阳煤矿二O一二年元月纳雍县勺窝乡向阳煤矿“四位一体”综合防突措施纳雍县勺窝乡向阳煤矿属生产矿井，根据上级文件精神凡是开采高瓦斯矿井均安装瓦斯抽采系统。

因此根据《煤矿安全规程》要求，本矿煤层所有采掘过程中均必须采取“四位一体”的综合防突措施，按照《防治煤与突出细则》，结合本矿实际，特编制本防突措施。

一、煤层突出危险性预测及方法：由于本矿煤层开采前采取了煤层预抽瓦斯，地面抽采泵房安装了两台2BEA-252型真空泵，抽放主管为ф200PVC管，支管为ф125PVC管，掘进工作面采用顺层抽放，回采工作面采用抽放采空区抽放，当采掘作业面煤层瓦斯含量降到8m3/t,煤层瓦斯压力降到0.74Mpa以下后仍然按照要对各工作面进行突出危险性预测。

若工作面预测为有突出危险工作面，则继续抽放。

直至经防突措施效果检验有效后方可采取安全防护措施进行作业；若工作面预测为无突出危险工作面，则不采取防治突出措施而直接采取安全防护措施进行作业。

根据《防治煤与瓦斯突出细则》，本矿采掘工作面实施煤层突出危险性预测方法采用WTC钻屑瓦斯解吸指标法。

1、石门揭煤工作面煤层突出危险性预测：在石门掘进工作面距煤层至少3m （垂距）时，在碛头岩层中打2个φ50-75㎜的预测孔，见煤后改打φ42㎜的煤层预测孔，打穿煤层全厚，同时取煤钻屑，用煤与瓦斯突出预测预报仪测定钻屑瓦斯解吸值K1（预测孔布置见图一）。

钻屑瓦斯解吸指标法测定石门揭煤工作面煤层突出危险的临界值：干煤样0.5ml/g.min1/2 湿煤样0.4ml/g.min1/2当实测的钻屑瓦斯解吸值K1≥0.5ml/g.min1/2 （干煤样）或K1≥0.4ml/g.min1/2 （湿煤样）时，该石门揭煤工作面为有突出危险工作面，必须对工作面煤层采取防治突出措施直至经防治突出措施效果检验有效后方可采取安全护护措施进行作业。

煤与瓦斯突出预测敏感指标及其临界值的确定方法工作面煤与瓦斯突出(以下简称突出)危险性预测和防突措施效果检验是突出矿井进行防突管理的两项关键工作。

目前我国大多数突出矿井，在进行突出危险性预测时所采用的预测指标及其临界值基本上都是按照《防治煤与瓦斯突出细则》所推荐的。

但是，针对不同的矿井或煤层，突出预测指标的敏感性及其临界值可能是不同的，甚至存在很大的差异。

矿井在使用中应通过现场试验，摸索和确定适合本矿煤层实际情况的突出预测指标及其临界值。

否则，可能因为指标不敏感或临界值不合适而造成预测结果的不准确，导致误判，结果发生突出事故或增加不必要的防突措施工程。

所以，确定矿井突出预测敏感指标及其临界值是防突工作中一项十分重要的内容。

1预测敏感指标的概念及确定方法突出预测敏感指标是指针对某一煤层进行突出危险性预测时，在目前技术水平条件下能够较为明显地区分突出危险和非突出危险的指标。

煤与瓦斯突出是一种复杂的瓦斯动力现象，是由地应力、瓦斯及煤的物理力学性质3种因素综合作用的结果。

理想的预测指标应是能够完全反映引发突出的3个因素，而实际上，目前常用的预测指标仅是间接和部分反映这3个突出预测因素。

对不同矿井、煤层或区域，突出的主导因索有所不同，3种因素在导致突出作用中的贡献比重有所不同。

所以，主要反映突出3因素中某1个因素或两方面因素的不同指标，其预测突出危险的敏感性会有所不同。

同时，预测指标还在一定程度上或多或少地受到现场测试条件、仪器性能、操作人员责任心等外部条件和人为因素的影响，使测定出的指标值影响因素复杂，从而影响指标的敏感性。

判断一种指标是否敏感，主要考虑两个方面的因素：一是指标值的大小是否随着突出危险性的大小明显变化；二是影响指标值大小的突出危险因素是否大于测定误差等外部条件和人为因素。

具体确定时可根据在有无突出危险时的指标值大小及其变化幅度，以及测试环境、手段、人员水甲等引起的测定误差大小等判断，如在突出危险区与非危险区、突出点附近与正常带、打钻时喷孔等动力现象(严重度与频度等)与正常时、措施前后等测值的变化情况，以及测值统计结果分布规律、指标与其他敏感指标的对比等进行判断。

西三号矿井煤与瓦斯突出危险性预测与分析[摘要]煤与瓦斯突出是煤矿井下最为严重的自然灾害之一，进行煤与瓦斯突出预测对于提高矿井的社会效益和经济效益具有重要的意义。

本文结合西三号矿井地质构造、煤层赋存、煤质等资料以及临近矿区生产矿井的瓦斯资料，对其区域性突出危险性进行了分析与预测。

[关键词]煤与瓦斯突出预测危险性中图分类号：td 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）20-003-011、前言近年来，随着我国矿井采掘强度和深度的加大，矿井瓦斯问题日益严重，尤其是煤与瓦斯突出现象。

煤与瓦斯突出预测的目的是用可靠的指标来反映和标定这些作用力，有效的预测煤与瓦斯突出，从而保证采掘生产的正常进行，保障井下生命财产的安全。

因此加强煤与瓦斯突出预测预报技术的研究，不仅对提高矿井的经济效益，而且对提高矿井的安全和社会效益都有着非常重大的现实意义。

2、矿井概况西三号矿井位于吐哈煤田大南湖浅坳陷中，井田内主要含煤地层在西山窑组地层中，共有煤层18层，其中18、19、20、21、22、23、24煤层局部可采、25煤层在赋煤范围内大部可采。

井田内各主要可采煤层物理性质基本相似，颜色均呈黑～褐黑色。

浅部煤层松散易风化，呈粉末状，中～深部煤层硬度2～3度，甲烷平均含量在微量～0.02cm3/g，各主要可采煤层均具有煤尘爆炸危险3、突出危险性预测与分析本矿为新建矿井，进行突出危险性评估主要是进行区域性突出危险性评估。

目前，国内外常用的区域性突出性危险性比较可行评估方法主要有：单项指标法、煤的变质程、瓦斯含量指标以及相邻矿井对比分析法等。

3.1单项指标法单项指标法主要是采用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度δp、煤的坚固性系数f和煤层瓦斯压力p作为判断指标，各项指标的突出危险临界值应根据实测资料定。

由于本矿井为新建矿井，地质勘探阶段未测定瓦斯放散初速度δp、煤的坚固性系数f和煤层瓦斯压力p作为判断指标，本次评估只能对煤的破坏类型进行分析。