以预测矿井瓦斯相对涌出量为研究目的,通过灰色系统的建模、关联度分析及残差辨识为基础,建立了灰色系统理论模型,并将该模型应用到某矿瓦斯涌出量预测分析中,对该矿历年来相对瓦斯涌出量进行了灰色生成,建立了灰色预测系统;由后验差检验结果、对照精度检验等级可知,灰色系统预测矿井瓦斯涌出量的拟合精度好,预测结果正确可靠,反映出了矿井瓦斯涌出量的客观存在与发展态势.

为了准确预测矿井瓦斯涌出量,介绍了灰色预测理论模型的建模方法与模型精度评定方法,阐述了采用等维新息模型进行矿井瓦斯涌出量分析的特点。并以顾桥煤矿1116(1)工作面相对瓦斯涌出量统计数据为实例,利用等维新息模型对其瓦斯涌出量趋势进行预测,分析了等维新息模型的合理维数,取得了较好的预测结果,并得到了具有实用价值的预测模型。

为了对矿井深部瓦斯涌出量进行预测,介绍了灰色线性回归组合模型的建模方法,以某煤矿相对瓦斯涌出量统计数据为实例,利用灰色线性回归组合模型对其瓦斯涌出量进行预测,通过检验得出模型的精度等级为一级。结果表明:灰色线性回归组合模型可以使传统的灰色GM(1,1)模型不含线性因素的情形得到改善,在预测矿井深部瓦斯涌出量中取得了良好的预测效果,具有一定的实用价值。

利用Fluent软件,对采空区瓦斯为均匀涌出、分段均匀涌出及连续涌出条件下的采空区瓦斯浓度及自燃带分布情况进行了数值模拟研究。结果表明:瓦斯均匀涌出时,采空区浅部的瓦斯浓度低于分段均匀涌出及连续涌出下的瓦斯浓度,在采空区深部其瓦斯浓度高于其他2种情况下的瓦斯浓度。针对瓦斯分段均匀涌出与连续涌出2种情况,采空区浅部区域两者瓦斯浓度相差不大;而在采空区深部,前者瓦斯浓度要大于后者。瓦斯均匀涌出时,其自燃带宽度较其他2种情况小;瓦斯分段均匀涌出时,其自燃带宽度比瓦斯连续涌出时略大。对采空区流场进行研究时,将瓦斯考虑为均匀涌出或者分段均匀涌出都是不准确的,应根据采空区瓦斯涌出的实际特点进行研究。

为有效挖掘瓦斯涌出量监测数据隐含特征,预防瓦斯动力灾害,基于希尔伯特-黄变换(HHT)方法、布谷鸟搜索算法(CS)和极限学习机(ELM)基本理论,构建了瓦斯涌出量的HHT-CSELM动态预测模型。通过EMD将样本序列分解成多个不同频率的本征模态函数(IMF)分量;利用Hilbert变换获取各分量的瞬时频率,并据此将IMF分量划分成较高频和低频,采用不同的预测模型进行预测,经叠加各预测值得到最终预测结果。以汾西矿业集团某矿瓦斯涌出量监测数据为例进行仿真实验,结果表明:HHT方法能有效降低数据复杂度,其最小相对误差为0.144%,最大相对误差为0.388%,平均相对误差为0.281%,具有较高的预测精度和泛化能力;更好地适用于非平稳时间序列预测。

为提高工作面瓦斯涌出量预测的效率和准确率,提出了一种将遗传算法(GA)与极限学习机(ELM)相结合的瓦斯涌出量预测的新方法。为了避免ELM受输入权值矩阵和隐含层偏差随机性的影响,算法采用GA对ELM的输入权值矩阵和隐含层偏差进行优化,建立GA-ELM瓦斯涌出量预测模型。利用某矿瓦斯涌出量相关数据对该模型进行了实例分析,将ELM、SVM和BP算法预测结果与该模型进行了对比分析。结果表明:GA-ELM模型具有较高的预测精度,可以相对准确、高效地对工作面的瓦斯涌出量进行预测。

义煤集团耿村矿12200工作面瓦斯异常增大,必须找出解决办法,以促进矿井的安全生产。阐述了耿村矿12200工作面瓦斯综合治理情况,对工作面瓦斯涌出量和抽放量进行分析,得出结论:工作面瓦斯异常增大与煤厚增大、工作面配风量较少以及高位抽放巷距煤层顶板距离较小、两高抽巷交叉少等原因有关。根据结论,针对性地提出了解决对策。

为了研究瓦斯涌出异常的车集矿瓦斯赋存规律,运用瓦斯地质理论和多源瓦斯数据融合技术对其进行研究。分析结果表明,煤层埋深对车集矿瓦斯含量赋存影响最大,不同瓦斯地质单元主控因素不同。选用拟合后R2>0.4的瓦斯含量为主要影响因素,利用SPSS软件进行回归分析,获得第Ⅰ及第Ⅱ瓦斯地质单元瓦斯含量的多元线性回归方程。经显著性水平检验及模型验证可知,所获结论能较好地反映煤层瓦斯含量赋存规律。

利用理论分析和现场实测的方法研究了瓦斯涌出异常的影响因素及瓦斯涌出异常预警技术的实现流程。针对乌东矿瓦斯突出特征与规律,运用了大数据技术研究监控监测总体数据,研究了适合乌东矿的瓦斯突出预警指标体系中的趋势预警指标,并建立了乌东矿瓦斯涌出异常的数据模型,实现了工作面及掘进面瓦斯突出危险性的实时智能预警,在乌东矿的应用效果验证了该风险态势分析平台的有效性。

U型通风综放工作面瓦斯涌出特征复杂,采用理论预测与实际偏差较大,无法有效指导生产实践,基于这种现状,以某矿3102工作面为例,一方面通过矿山统计法掌握其瓦斯涌出量与埋深变化关系;另一方面以单元体法为核心,建立简化的U型通风和瓦斯流场模型,分析综放工艺特点下的漏风规律和瓦斯运移规律,掌握瓦斯涌出比例,为针对性的瓦斯分源治理提供依据。