煤與瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究

閆 旭,陳 哲,田 程,竇新彪

（山西粵電能源有限公司,太原 030001）

我國(guó)煤炭資源開(kāi)采礦井多屬井工礦井，且井下地質(zhì)條件復(fù)雜，在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中頻遇水、火、瓦斯、粉塵等災(zāi)害因素的影響和威脅。隨著開(kāi)采煤層的逐步加深和強(qiáng)度的逐步加大，開(kāi)采條件越來(lái)越復(fù)雜，煤巖動(dòng)力災(zāi)害如煤與瓦斯突出等問(wèn)題凸顯，安全形勢(shì)日益加重，因此加強(qiáng)煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)研究工作對(duì)確保煤礦安全生產(chǎn)有很高的重要性和必要性[1]。然而在煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)過(guò)程中，整理和分析大量數(shù)據(jù)和指標(biāo)任務(wù)繁重，且需要構(gòu)建預(yù)測(cè)模型算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算，無(wú)形中增加的預(yù)測(cè)工作的繁重性和出錯(cuò)率。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與各部分功能設(shè)計(jì)

本預(yù)警系統(tǒng)總體思路為對(duì)煤與瓦斯突出機(jī)理進(jìn)行理論分析，選取影響煤與瓦斯突出的主要因素，并現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量大量的數(shù)據(jù)指標(biāo)，通過(guò)建立灰色關(guān)聯(lián)模型算法對(duì)影響煤與瓦斯突出的主要指標(biāo)的影響程度進(jìn)行排序后，構(gòu)建模糊聚類(lèi)預(yù)測(cè)模型算法，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，得出預(yù)測(cè)結(jié)果。

該系統(tǒng)的主要功能模塊包括預(yù)測(cè)指標(biāo)管理、樣本管理、突出預(yù)警、用戶(hù)管理以及綜合查詢(xún)等五個(gè)方面，預(yù)測(cè)指標(biāo)管理主要實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)指標(biāo)的錄入、查詢(xún)、刪除、修改等功能；樣本管理模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)樣本的錄入、查詢(xún)、刪除、修改等功能，并可實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的EXCEL導(dǎo)入以及表格預(yù)覽功能；突出預(yù)警模塊根據(jù)用戶(hù)輸入的突出預(yù)測(cè)指標(biāo)和樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，進(jìn)行煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果給出專(zhuān)家建議，專(zhuān)家建議根據(jù)突出預(yù)測(cè)的不同數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)給出相應(yīng)的處理措施；用戶(hù)管理模塊包括用戶(hù)基本信息注冊(cè)、用戶(hù)名及密碼的注冊(cè)及修改、用戶(hù)權(quán)限管理等。綜合查詢(xún)對(duì)預(yù)測(cè)指標(biāo)、數(shù)據(jù)樣本、突出預(yù)測(cè)記錄以及用戶(hù)信息、用戶(hù)權(quán)限等進(jìn)行綜合全面查詢(xún)。

2 系統(tǒng)算法模型構(gòu)建

2.1 基于灰關(guān)聯(lián)的預(yù)測(cè)指標(biāo)優(yōu)選

經(jīng)理論研究并結(jié)合煤礦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)得出以下規(guī)律：第一，突出危險(xiǎn)性與煤層埋深、煤層厚度有一定關(guān)系，煤層埋藏越突出深危險(xiǎn)性越大，煤層厚度越厚突出深危險(xiǎn)性越大。第二，瓦斯壓力越大突出危險(xiǎn)性越大。第三，地質(zhì)構(gòu)造越復(fù)雜，突出危險(xiǎn)性越大。第四，煤的堅(jiān)固性系數(shù)越低，突出危險(xiǎn)性越大[2]。結(jié)合以上規(guī)律，從所有的影響因素中選定構(gòu)造類(lèi)型、瓦斯壓力、瓦斯放散系數(shù)、煤的堅(jiān)固性系數(shù)、綜合指標(biāo)K五個(gè)較為重要的影響指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算預(yù)測(cè)。

2.2 模糊聚類(lèi)法構(gòu)建突出預(yù)測(cè)模型

3 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

3.1 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過(guò)系統(tǒng)錄入煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)指標(biāo)的已知樣本和預(yù)測(cè)樣本，系統(tǒng)采用灰色關(guān)聯(lián)分析程序進(jìn)行指標(biāo)優(yōu)選，并通過(guò)模糊聚類(lèi)程序進(jìn)行突出預(yù)測(cè)。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)確定

C/S模式客戶(hù)端能處理部分事務(wù)，分擔(dān)服務(wù)器任務(wù)量，使系統(tǒng)具有高效的處理速度，且煤與瓦斯突出預(yù)警系統(tǒng)主要為煤礦工作人員使用，使用地點(diǎn)較為固定和集中，不會(huì)因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)而造成任何的麻煩。所以為使用系統(tǒng)簡(jiǎn)單高效、易維護(hù)[6]。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)軟件主要通過(guò)灰關(guān)聯(lián)指標(biāo)優(yōu)選算法和模糊聚類(lèi)預(yù)測(cè)算法實(shí)現(xiàn)，將兩種算法有效結(jié)合使用，將大大增加預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。軟件由用戶(hù)登錄及主界面模塊、樣本管理模塊、煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)模塊、查詢(xún)模塊、用戶(hù)管理模塊和系統(tǒng)說(shuō)明模塊組成，充分體現(xiàn)出人性化和個(gè)性化設(shè)計(jì)原則，在指標(biāo)錄入模塊、樣本錄入模塊、樣本修改模塊、指標(biāo)優(yōu)選模塊、模糊聚類(lèi)模塊和指標(biāo)設(shè)置模塊等都給用戶(hù)提供不少人性化和個(gè)性化功能，讓用戶(hù)可以自由選擇數(shù)據(jù)、樣本、指標(biāo)的錄入方式，將常用的預(yù)測(cè)指標(biāo)名稱(chēng)加入數(shù)據(jù)庫(kù)中，錄入數(shù)據(jù)后系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算并給出預(yù)測(cè)結(jié)果，無(wú)須每次手工大量錄入和復(fù)雜計(jì)算，極大減輕了突出預(yù)測(cè)的工作量。

[1]周世寧,林伯泉.煤層瓦斯賦存與流動(dòng)理論[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1999:69-71.

[2]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[S].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.

[3]何學(xué)秋.含瓦斯煤巖流變動(dòng)力學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1995:14-16.

[4]王凱,愈啟香.煤與瓦斯突出的非線性特征及預(yù)測(cè)模型[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2005:111-113.

[5]張子敏,張玉貴.瓦斯地質(zhì)學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2009:38-48.

[6]羅華飛.Matlab GUI設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)手記[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2009:225-242.

[7]陳文學(xué),聶百勝.基于ASP技術(shù)的煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)系統(tǒng)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2006,34(07):14-16.