基于监测数据源的煤矿瓦斯异常趋势预警系统

梁建辉

（西山煤电 杜儿坪矿，山西 太原 030022）

基于监测数据源的煤矿瓦斯异常趋势预警系统

梁建辉

（西山煤电 杜儿坪矿，山西 太原 030022）

研究了煤矿井下瓦斯涌出的影响因素，利用优化趋势面分析预测与距离幂预测先进技术手段，开发出专用预测数学模型，开发出频谱分析预测法动态与实时预测预警应用软件系统，实现了井下瓦斯异常趋势预警，解决了煤矿安全状态的实时预测预警难题。

瓦斯涌出；预测数学模型；异常趋势预警；应用软件系统

1 概述

随着煤矿瓦斯防治管理的加强，日益重视瓦斯超限隐患，“超限就是事故”已是煤炭企业日常考核目标。瓦斯超限表明，安全状况已经处于很危险的境地，防治瓦斯于超限之前应是煤矿本质安全的重要措施。煤矿安全状态的实时预测预警应是解决本质安全管理的前提，因而具有重大意义。

煤层瓦斯区域性综合预测是煤矿通风设计和煤矿瓦斯防治的重要基础，由于煤层属于沉积性结构特征，因而瓦斯赋存具有区域性规律特点。以往的区域性预测，最常见的是瓦斯地质图，通常是按有限个测点，利用手工方式在采掘工程图上绘制。本文利用优化趋势面分析预测与距离幂预测先进技术手段，具有更高的科学性与高效性，按分源预测法得到测点样本，预测结果给出统计检验指标，能够自动绘制等值线图、专题图、三维曲面。

煤矿瓦斯涌出影响因素十分复杂，受到煤层赋存、瓦斯赋存、开采条件、开采方式、地质条件、抽放效果、通风状况、生产强度等因素的影响，准确定量预测预报瓦斯涌出量十分困难。但是并不意味着问题不能解决，在一定条件下（譬如在一个小时间片和局部空间区域内），瓦斯涌出可能仅仅与某一个因素或有限个因素有关，而有限个因素往往是叠加关系、而不是相互影响（譬如回采工作面不割煤时，瓦斯涌出主要是煤壁与采空区瓦斯涌出；落煤时增加了落煤瓦斯涌出），极限情况下可能是抽放效果不佳、局部高瓦斯积聚、通风风量不足、工作面连续割煤超强度生产、采空区老顶垮落等，也是多因素叠加关系，加之煤层瓦斯赋存属于沉积变化。所以在一定区域内的一定时间片内，基于区间值进行实时预测和动态预测是可行和有效的。基于此，研究开发了专用预测数学模型，开发出频谱分析预测法动态与实时预测预警应用软件系统，经过实际检验得到较为理想的应用效果，从而解决了煤矿安全状态的实时预测预警难题。观测值与预测值曲线的对比实例见图1，预测曲线与监测曲线基本重合，准确性很好，2个月内的平均偏差不到1%。

图1预测值与监测值的对比分析

2 主要研究成果的功能特点

（1）开发出分源预测法预测工作面测点的瓦斯涌出量与瓦斯抽放量，包括不同煤层瓦斯赋存条件下的本煤层与邻近层瓦斯涌出率、抽放率、涌出量、抽放量，从而得到样本涌出量与抽放量的测点数据。（2）提供煤层瓦斯参数计算程序，用于计算煤层瓦斯赋存参数，例如瓦斯压力、瓦含量等，得到瓦斯参数的空间分布样本。（3）可对实际工作面瓦斯涌出数据进行统计，得到空间位置下的工作面瓦斯涌出量样本，或直接利用监测系统数据得到瓦斯涌出量。（4）采用有限个样本或测点数据，提供优化趋势面方法或距离幂方法得到瓦斯含量、瓦斯涌出量、抽放量、突出预测参数等的分布模型，自动生成数字矿图格式的瓦斯参数预测分布等值线图、二维专题图、三维曲面图。（5）开发出工作面瓦斯与C O涌出的连续实时预测预警新技术。能够随着煤矿监测系统数据秒级更新动态更新预测结果，缺省统计时间区间分为5个时间片，共30m i n，预测两个时间片涌出量值。取每个时间片高峰区值为基数，预测未来2个时间片内高峰区值。抽样检验结果显示，总偏差平均在1%内，可见预测值与实际测量值具有一致性，可满足应用要求。基础时间片可按实际情况增加（譬如基础时间可以取大于30m i n）。从图1知，预测值在平均值与最大值区间内，并与涌出发展趋势具有一致性，仅在达到最大值时有些延续偏差；由于依据历史数据进行预测，这一偏差是正常的，也是必要的。由于提供先进的瓦斯含量、涌出量、抽放量、突出参数等区域性预测方法，优化了预测等值线图和预测三维曲面图，见图2和图3。（6）创新开发出频谱预测法工作面瓦斯涌出与C O涌出动态连续预测预警新技术。动态预测与实时预测的区别是动态预测以日为单位，根据此前一定时间段内的监测数据，譬如5日前，预测后2日的数据。由于煤矿工作面生产条件的变化，常规的统计方式，譬如平均值统计方法或最大值方法用于预测意义不大，本技术采用高峰区间数据进行预测得到较理想的效果，可用于宏观瓦斯管理，监测页面给出动态预测结果。（7）创新开发出趋势预测数据挖掘处理应用软件系统。对于整个煤矿乃至全集团所有工作面的安全状态进行动态趋势分析与预测是一项浩大的信息处理工程，为了解决动态及时预测与显示需求，开发了趋势预测数据挖掘处理应用软件系统，该技术能分时对采集数据进行预处理与分类，从而奠定了动态预测基础，并为煤矿安全简报编制和安全历史数据分析提供了基础数据源。

图2区域性预测等值线图

图3预测三维曲面图

3 结束语

本文针对目前煤矿的瓦斯问题，研究了煤矿井下瓦斯涌出的影响因素，创造性地提出了井下瓦斯异常趋势预警系统，开发出趋势预测数据挖掘处理应用软件系统，经西山煤电集团屯兰矿、杜儿坪矿试用，效果良好，值得瓦斯较高矿井推广应用。

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

梁建辉（1974—），男，山西孝义人，研究生，工程师，从事煤矿机电信息化管理工作。

樊 敏