基于MATLAB數(shù)據(jù)擬合的煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

高文杰

【摘? 要】為掌握煤礦主采煤層瓦斯涌出規(guī)律，確定瓦斯災(zāi)害防治對(duì)策和優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，論文通過(guò)對(duì)煤礦瓦斯地質(zhì)資料的統(tǒng)計(jì)和分析，基于MATLAB數(shù)據(jù)擬合，采用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法對(duì)主采煤層瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)。實(shí)踐表明，預(yù)測(cè)模型誤差分別為4.9%、6.3%，預(yù)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確，該研究為工作面瓦斯管理提供理論依據(jù)，對(duì)礦井安全生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義。

【Abstract】In order to master the law of gas emission in the main coal seam of coal mine， determine the prevention and control measures of gas disaster and optimize the ventilation system， through the statistics and analysis of coal mine gas geological data， based on MATLAB data fitting， the paper uses gas geology statistical method to predict the gas emission of the main coal seam. The practice shows that the prediction model errors are 4.9% and 6.3% respectively， and the prediction results are more accurate. The study provides a theoretical basis for gas management in working face and has important guiding significance for mine safety production.

【關(guān)鍵詞】MATLAB數(shù)據(jù)擬合;瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法;預(yù)測(cè)模型

【Keywords】MATLAB data fitting; gas geology statistical method; prediction model

【中圖分類(lèi)號(hào)】TD712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）08-0190-02

1 瓦斯情況

礦井瓦斯主要源于掘進(jìn)工作面、采煤工作面以及采空區(qū)，工作面回采結(jié)束后，個(gè)別采空區(qū)沒(méi)有得到及時(shí)封閉，個(gè)別區(qū)域由于地質(zhì)構(gòu)造比較發(fā)育、圍巖松軟破碎，造成個(gè)別工作面瓦斯異常涌出。

2 主采煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

該礦正處于由一水平向二水平過(guò)渡階段，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，受斷層、褶曲、侵入巖漿巖及未采鄰煤層的影響較為明顯，尤其是礦井開(kāi)采深度愈大，瓦斯涌出愈加明顯。

基于采煤工作面瓦斯涌出統(tǒng)計(jì)資料、礦井地質(zhì)資料以及瓦斯含量資料，采用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法，應(yīng)用MATLAB數(shù)據(jù)擬合，預(yù)測(cè)和分析該礦主1、主2煤層沒(méi)有進(jìn)行開(kāi)采的區(qū)域煤層瓦斯涌出量。

2.1 煤層瓦斯基礎(chǔ)資料統(tǒng)計(jì)與分析

通過(guò)對(duì)大量的瓦斯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，匯總了采煤工作面具有典型性的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如表1和表2所示。

2.2 應(yīng)用瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法預(yù)測(cè)煤層瓦斯涌出量

瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法基于對(duì)采煤工作面和掘進(jìn)工作面日統(tǒng)計(jì)的瓦斯?jié)舛取L(fēng)量和抽放量數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算每日采煤工作面和掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量點(diǎn)值，每月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)為30個(gè)點(diǎn)值，其最能反映那個(gè)位置地質(zhì)、開(kāi)采、工藝條件的瓦斯涌出量點(diǎn)值。通過(guò)篩選成千上萬(wàn)的瓦斯涌出量點(diǎn)值繪制成瓦斯地質(zhì)圖，瓦斯地質(zhì)圖可形象直觀呈現(xiàn)出瓦斯與地質(zhì)、開(kāi)采條件之間的關(guān)聯(lián)。依據(jù)瓦斯地質(zhì)圖上已采、掘區(qū)域的瓦斯涌出量點(diǎn)值，相關(guān)人員可以預(yù)測(cè)鄰近未采區(qū)域的瓦斯涌出量。同時(shí)，不同回采工藝、順序獲得的瓦斯涌出點(diǎn)值可以建立對(duì)比關(guān)系。采用上述方法建立的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)關(guān)系式和在瓦斯地質(zhì)圖上呈現(xiàn)的諸多瓦斯涌出量點(diǎn)、瓦斯涌出量等值線，稱(chēng)為瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)瓦斯涌出量方法[1-5]。

基于瓦斯地質(zhì)理論的瓦斯地質(zhì)多元分析綜合類(lèi)比法，其工作程序?yàn)椋孩兕?lèi)比性分析。在瓦斯地質(zhì)方面，開(kāi)展選定和預(yù)測(cè)礦井或區(qū)域與生產(chǎn)礦井或區(qū)域（有類(lèi)比性的）的類(lèi)比分析工作。②采用礦山統(tǒng)計(jì)法，結(jié)合獲得的生產(chǎn)礦井或區(qū)域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行瓦斯地質(zhì)圖繪制。③對(duì)不同區(qū)域、煤層埋深的瓦斯涌出數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，獲得其變化規(guī)律。④基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，獲得瓦斯涌出量與煤層埋藏深度（或煤層底板標(biāo)高）二者關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。⑤根據(jù)數(shù)學(xué)模型，綜合考慮預(yù)測(cè)礦井或區(qū)域具體的開(kāi)采技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)礦井或區(qū)域瓦斯涌出量計(jì)算預(yù)測(cè)。

2.2.1 數(shù)據(jù)擬合過(guò)程

根據(jù)該礦主1號(hào)煤層和主2號(hào)煤層采煤工作面日常瓦斯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析對(duì)應(yīng)的瓦斯涌出數(shù)據(jù)，選取對(duì)應(yīng)工作面不同時(shí)間的典型瓦斯涌出數(shù)據(jù)，并結(jié)合獲取瓦斯涌出數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)采煤工作面煤層所在位置，獲取瓦斯涌出數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的煤層底板標(biāo)高二者之間的關(guān)聯(lián)性。在進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，依據(jù)數(shù)組的特點(diǎn)，采用MATLAB多項(xiàng)式擬合，獲取主1號(hào)煤層和主2號(hào)煤層絕對(duì)瓦斯涌出量（Q）與對(duì)應(yīng)煤層底板標(biāo)高（h）的關(guān)聯(lián)性。

①主1號(hào)煤層

選取典型的煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)，根據(jù)主1號(hào)煤層2600t/d的產(chǎn)量進(jìn)行折算，得到折算后的絕對(duì)瓦斯涌出量數(shù)據(jù)Q主1絕對(duì)2600t/d，如表3所示。

分析表3中煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)，根據(jù)Q主1絕對(duì)2600t/d（主1號(hào)煤層絕對(duì)瓦斯涌出量按照2600t/d進(jìn)行折算），并建立折算后主1號(hào)煤層絕對(duì)瓦斯涌出量（Q主1）與其對(duì)應(yīng)的底板標(biāo)高（h）二者之間的關(guān)系，采用MATLAB一次多項(xiàng)式擬合。

②主2號(hào)煤層

選取典型的煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)，根據(jù)主2號(hào)煤層2600t/d的產(chǎn)量進(jìn)行折算，得到折算后的絕對(duì)瓦斯涌出量數(shù)據(jù)Q主2絕對(duì)2600t/d，如表4所示。

分析表4中煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)，根據(jù)Q主2絕對(duì)2600t/d（主2號(hào)煤層絕對(duì)瓦斯涌出量按照2600t/d進(jìn)行折算），并建立折算后主2號(hào)煤層絕對(duì)瓦斯涌出量（Q主2）與其對(duì)應(yīng)的底板標(biāo)高（h）二者之間的關(guān)系，采用MATLAB一次多項(xiàng)式擬合。

2.2.2 擬合結(jié)果

①主1號(hào)煤層（依據(jù)Q主1絕對(duì)2600t/d）Q主1=-0.0158h主1-4.626

由式（1）預(yù)測(cè)模型可知，主1號(hào)煤層絕對(duì)瓦斯涌出量趨勢(shì)值為5m3/min、10m3/min所對(duì)應(yīng)煤層位置為-609m、-926m標(biāo)高處。

②主2號(hào)煤層（依據(jù)Q主2絕對(duì)2600t/d）Q主2=-0.0301h主2-10.281

由式（2）預(yù)測(cè)模型可知，主2號(hào)煤層絕對(duì)瓦斯涌出量趨勢(shì)值為5m3/min、10m3/min所對(duì)應(yīng)煤層位置為-508m、-674m標(biāo)高處。

3 結(jié)論

①采用礦山統(tǒng)計(jì)法建立了主1號(hào)、主2號(hào)煤層未采區(qū)域絕對(duì)瓦斯涌出量預(yù)測(cè)模型，通過(guò)MATLAB數(shù)據(jù)擬合方法能夠較為準(zhǔn)確地對(duì)煤層絕對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測(cè)。②現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明，所建立預(yù)測(cè)模型對(duì)主1號(hào)、主2號(hào)煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)誤差分別為4.9%、6.3%，預(yù)測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確。③該研究可為深部瓦斯災(zāi)害治理和通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供理論依據(jù)，為礦井安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

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