煤与瓦斯突出危险性预测的多因素非线性综合评判研究

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煤与瓦斯突出危险性预测是煤矿防突工作的重大难题之一。当前,煤矿安全生产的一个热点研究就是如何准确地预测出掘进工作面煤与瓦斯突出的危险性,避免人员伤亡和经济财产损失。通过现场调研和广泛收集资料,采用理论分析、计算机辅助决策技术和工程实例试验等研究方法,对掘进工作面煤与瓦斯突出危险性的多因素非线性综合评判预测进行研究。论文对掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测的区域静态预测方法、工作面动态预测方法和工作面实时预测方法的关系进行分析,提出将三种预测煤与瓦斯突出危险性的结果进行综合评判,建立了掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测的总体框架。利用收集的不同地域典型煤与瓦斯突出矿井资料,对煤与瓦斯突出危险的地质因素、煤体结构因素、矿山压力因素、采动因素和瓦斯因素进行分析,采用信息熵权值来确定煤与瓦斯突出的主要影响因素,得出瓦斯因素在煤与瓦斯突出过程中起到主要作用的结论,这一点符合煤与瓦斯突出的相关机理,并且瓦斯涌出量指标是一个能够反映瓦斯因素的综合指标,为工作面非接触实时预测提供了可行的途径。为了有效地区别正常生产阶段瓦斯涌出特征和煤与瓦斯突出危险阶段的瓦斯涌出异常特征,从瓦斯浓度的波动偏离幅度异常、波动变化趋势异常和波动变化频次异常三个角度对瓦斯异常涌出特征进行研究,确定了掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测的非接触实时预测指标和各指标的安全等级范围。从定性和定量角度对瓦斯浓度时间序列的分形混沌特性进行研究,提出了复合窗口EMD-LSSVM混沌时间序列预测模型,对不同时段的瓦斯浓度时间序列在有效预测长度内进行预测。通过对比试验,该预测模型有较好的非线性时序数据的逼近能力,为后期工作面非接触实时预测掘进工作面煤与瓦斯突出危险性提供了良好的辅助工具。论文采用煤体破坏类型、瓦斯散放初速度、煤层埋藏深度、煤层瓦斯压力和煤的坚固性系数作为掘进工作面煤与瓦斯突出危险的区域静态预测指标,采用最大钻屑量和钻屑解吸指标作为煤与瓦斯突出危险的工作面动态预测指标,并分别建立隐层递归Elman非线性综合评判模型,通过工程实例验证,该模型能够有效地提高对掘进工作面煤与瓦斯突出危险性的模式识别能力。对于掘进工作面煤与瓦斯突出危险性的实时预测指标提出了综合评判预测原则。提出了掘进工作面煤与瓦斯突出危险性的多预测结果的综合评判模型,对区域静态预测结果、工作面动态预测结果和工作面实时预测结果进行加权预测,并给出了煤与瓦斯突出危险性预测综合评判原则,并以山西省沁水煤田典型矿井的掘进工作面煤与瓦斯突出工程实例验证了方法的可行性,同时设计开发了掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测的多因素非线性综合评判管理系统,促进了煤与瓦斯突出非线性综合评判预测的应用。该论文有图45幅,表26个,参考文献169篇。
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