[发明专利]采煤工作面瓦斯浓度动态危险度的超前预测方法

说明书

本发明属于井工煤矿采煤工作面瓦斯浓度危险性预测领域，具体是采煤工作面瓦斯浓度动态危险度的超前预测方法。包括以下步骤，S100：定时连续记录采煤工作面瓦斯浓度与工作面单位时间落煤量、瓦斯抽采流量、进风量以及工作面中间支架工作阻力的监测数据；S200：构建确定采煤工作面瓦斯浓度与单位时间落煤量、瓦斯抽采流量、进风量、支架工作阻力之间的函数关系；S300：计算由单位时间落煤量、瓦斯抽采流量、进风量以及支架工作阻力共同构成的瓦斯浓度调控活动的失稳域；S400：计算生产调控活动实时状态与失稳域之间的实时距离，并进行无量纲归一化处理；S500：计算采煤工作面瓦斯浓度调控活动状态的动态危险度，即为瓦斯浓度动态危险度的超前预测值。

技术领域

本发明属于井工煤矿采煤工作面瓦斯浓度危险性预测领域，具体是采煤工作面瓦斯浓度动态危险度的超前预测方法。

背景技术

瓦斯灾害是煤矿五大灾害之一，采煤工作面瓦斯浓度动态危险性预测是瓦斯事故防控的重要依据，对于保障煤矿生产安全具有重要意义。

目前常用的瓦斯浓度危险性预测方法主要是时间序列预测法和计算模型预测法。时间序列预测法通过统计生产过程中瓦斯浓度的历史数据，并对历史数据进行分析处理，从而推测出瓦斯浓度状态的发展趋势，是根据数据给出预测结果的较为客观的预测方式。数据处理方法是时间序列预测法的主要研究内容，如基于简单时序平均数法的瓦斯危险性预测、基于加权时序平均数法的瓦斯危险性预测、基于指数滑动平均法的瓦斯危险性预测、基于线性/非线性的瓦斯危险性预测等。计算模型预测法通过建立预测瓦斯浓度的数学模型，计算给出瓦斯浓度的未来状态。常用的计算模型有：回归分析法、灰色预测法、马尔科夫预测法等，如已有研究建立的工作面瓦斯浓度的高斯过程回归预测模型、瓦斯浓度最小二乘支持向量机加权预测模型、基于回归分析的瓦斯浓度危险性预测模型、瓦斯浓度的多元分布式滞后预测模型、基于无偏灰色GM(1, 1)模型与马尔科夫模型相结合的瓦斯动态危险性预测等。

上述瓦斯浓度危险性预测方法对采煤工作面瓦斯安全管控具有一定的指导意义。然而，现有的危险性预测法均依据瓦斯浓度的状态变化数据来推测其发展趋势，未考虑瓦斯浓度变化内在动力——“生产活动”对瓦斯浓度状态的改变作用。实际上，在瓦斯浓度从安全到危险再到超限的演化过程中，是生产活动的改变（如采煤量大幅改变、瓦斯抽采流量改变、风量改变等）导致了瓦斯浓度的变化，进而引发了瓦斯超限事故发生。活动状态的改变是事故形成的内因，是事故演化的内在动力，是瓦斯浓度变化的因果前键。因此，对影响瓦斯浓度变化的生产活动状态的动态危险性度量，可实现对瓦斯浓度动态危险性的超前预测。

发明内容

影响采煤工作面瓦斯浓度的生产调控活动因素包括工作面单位时间落煤量、瓦斯抽采流量、进风量、工作面来压采空区垮落程度（可以支架工作阻力量化表征），本发明为了实现对采煤工作面瓦斯浓度危险性的根本性预测，通过对影响瓦斯浓度变化的生产活动状态的动态危险性进行度量，提供一种采煤工作面瓦斯浓度动态危险度的超前预测方法。

本发明采取以下技术方案：采煤工作面瓦斯浓度动态危险度的超前预测方法，包括以下步骤，S100：定时连续记录采煤工作面瓦斯浓度与工作面单位时间落煤量、瓦斯抽采流量、进风量以及支架工作阻力的监测数据；S200：利用S100中的监测数据，构建确定采煤工作面瓦斯浓度与单位时间落煤量、瓦斯抽采流量、进风量、支架工作阻力之间的函数关系；S300：根据S200构建的函数关系，计算由单位时间落煤量、瓦斯抽采流量、进风量以及支架工作阻力共同构成的瓦斯浓度调控活动的失稳域；S400：计算生产调控活动实时状态与失稳域之间的实时距离，并进行无量纲归一化处理；S500：利用无量纲归一化处理的实时距离，计算采煤工作面瓦斯浓度的调控活动状态的动态危险度，即为瓦斯浓度动态危险度的超前预测值。

步骤S100中，每隔30分钟记录一次，连续监测统计10天。

步骤S200具体计算过程为：