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东北大学硕士学位论文摘要 无煤柱开采煤巷自燃的灰色预测 摘要 坦 在实际工程中由于存在着大量的非线夥系统，因此研究非线形系统的建模及预 报方法具有重要的意义。本文立足于综采放顶煤开采煤巷自燃的预测预报，充分研 究了煤矿生产的自身特点，从灰色系统理论的观点出发，分析了巷道自燃规律的灰 色特征，从而对煤巷自燃规律建立了一种新的模型灰色预测模型，本论文对这 种灰色预测模型进行了从稳定性到误差分析方面的理论研究，并对实测数据进行了 数据仿真。 综采放顶煤无煤柱开采工作面，在现有的技术和工作条件下，巷道火灾和自燃 现象十分严重，在兖州矿区自1 9 9 2 年开始综放无煤柱开采以来，在已经统计的1 4 个综放工作面，共发生自燃隐患1 6 起，其中1 2 次发生在巷道。由于煤矿生产条件 变化多端，情况极为复杂，其自燃规律也有很多的随机特点。本论文分析了影响煤 巷自燃因素的灰色特征，这为灰色系统理论的应用奠定了基础。主要完成的工作有： 在详细研究南屯煤矿、东滩煤矿、二号井煤矿的现场生产条件的基础上，对上 述矿井进行了系统的分析，监测和调查了大量详实的现场数据，首先分析了影响煤 矿煤层自燃的因素，在工作现场布置测试方案，在取得详实的第一手资料的基础上， 利用灰色系统理论，对综放无煤柱开采煤巷自燃规律进行预测，揭示了无煤柱开采 开采煤巷自燃发火的区域划分、自燃规律的预测、不同区域自燃发火的规律、以温 度为指标预测煤巷自然发火规律、以c o 为指标预测煤巷不同区域自然的规律，对 把灰色系统理论应用于煤矿自燃规律的预测作了仔细的讨论和现场应用。 最后，把灰色预测理论应用于济宁二号煤矿的1 3 0 2 综放工作面，实测结果表 明，理论研究和分析结果实际情况基本吻合，证明了这种理论方法不仅具有相当的 理论价值，也具有重要的现实意义。 关键词：灰色理论煤巷自然g m ( 1 ，1 ) 模型指数规律误差估计自燃 指标分析 东北大学硕士学位论文摘要 a b s t r a c t b e c a u s et h e r eh a sal a r g ea m o u n to fn o n l i n e a rs y s t e m si nt h ea c t u a lp r o j e c t s ，h a v e i m p o r t a n tm e a n i n g st os t u d ym o d e l i n go f n o n l i n e a rs y s t e m sa n dp r e d i c t i o nm e t h o d s t h i st e x ti sb a s e do nf u t lm e c h a n i z a t i o ne x c a v a t ec o a lw o r kf a c en oc o a lp o l em i n ec o a l l a n e w a ys p o n t a n e o u sc o m b u s t i o ng r e yp r e d i c t i o n ，t h ec h a r a c t e r i s t i cw h i c h t h ea b u n d a n t r e s e a r c hc o l l i e r yp r o d u c e s ，f r o mt h ev i e w p o i n to f 擎e ys y s t e m a t i ct h e o r y , a n a l y s et h e g r e yc h a r a c t e r i s t i co ft h es p o n t a n e o u sc o m b u s t i o nl a w so ft h el a n e w a y ，t h u ss e tu pa k i n do fn e wm o d e lt ot h el a n es p o n t a n e o u sc o m b u s t i o nl a wo f c o a l - - g r e yp r e d i c t i o n m o d e l s ，t h i st h e s i ss t u d yt h e m o d e l sf r o ms t a b i l i t yt or e s p e c to fe r r o ra n a l y s i s ，a n dh a s c a r r i e do nt h ee m u l a t i o no f t h ed a t at ot h ed a t ao f s u r v e y i n g f u l lm e c h a n i z a t i o ne x c a v a t ec o a lw o r kf a c en oc o a lp o l em i n e ，u n d e re x i s t i n g t e c h n o l o g y a n dc o n d i t i o no f w o r k ，t h ef i r e so f t h el a n e w a ya n ds p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n p h e n o m e n a a r ev e r ys e r i o u s ，o nt h em i n i n ga r e ao f y a n z h o us i n c eb e g i n n i n gt oc a r r yf u l l m e c h a n i z a t i o ne x c a v a t ec o a lw o r kf a c en oc o a lp o l em i n ei n1 9 9 2 ，t h a ta l r e a d yc o u n t f u l lm e c h a n i z a t i o ne x c a v a t ec o a lw o r kf a c e ，i tt a k e sp l a c es p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n1 6o f h i d d e nd a n g e ra n d1 2t i m e so fa m o n gt h e mt a k ep l a c ei nl a n e w a y b e c a u s ec o l l i e r y c h a n g e f u lw o r k i n gc o n d i t i o n ，e x t r e m e l yc o m p l i c a t e ds i t u a t i o n ，t h e r e a r eal o to f c h a r a c t e r i s t i c sa tr a n d o m t h i st h e s i sh a sa n a l y s e dt h a ti n f l u e n c e st h eg r e yc h a r a c t e r i s t i c o ft h el a n es p o n t a n e o u sc o m b u s t i o nf a c t o r so fc o a l ，t h i sh a se s t a b l i s h e dt h ef o u n d a t i o n f o ra p p l i c a t i o no f t h e g r e ys y s t e m a t i ct h e o r y t h e r e i st h ew o r kf i n i s h e dm a i n l y ： o n s t u d y i n gt h eo n t h e s p o tw o r k i n g c o n d i t i o no fn a n t u n c o l l i e r y ，d o n g t a nc o l l i e r y ， t h e2 n d c o l l i e r yi nd e t a i l s ，c a r r i e do ns y s t e m a t i ca n a l y s i st ot h ea b o v e m e n t i o n e dm i n e s ， h a sm o n i t o r e da n di n v e s t i g a t e dal a r g ea m o t m to ff u l la n da c c u r a t eo n t h e s p o td a t a ， a n a l y s et h e i n f l u e n c e st h ef a c t o ro fc o a ls e a n - - io ft h ec o l l i e r ys p o n t a n e o u sc o m b u s t i o na t f i r s t ，l a yt e s ts c h e m e s a tt h ew o r k i n gs i t e ，o nt h eb a s i so f o b t a i n i n gt h ef u l la n da c c u r a t e f i r s t h a n dm a t e r i a l s ，u t i l i z et h e g r e ys y s t e m a t i ct h e o r y ，t op r e d i c t f r i l lm e c h a n i z a t i o n 东北大学硕士学位论文 摘要 e x c a v a t ec o a lw o r kf a c en oc o a lp o l em i n ec o a ll a n e w a ys p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n ，s t u d y t h el a w so ff u l lm e c h a n i z a t i o ne x c a v a t ec o a lw o r kf a c en oc o a lp o l em i n ec o a ll a n e w a y s p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n ，d i f f e r e n tr e g i o n a ll a w ，r e g a r dt e m p e r a t u r ea s i n d e xp r e d i c t c o a l s p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n ，r e g a r d c oa si n d e x p r e d i c t c o a ld i f f e r e n ta r e a s p o n t a n e o u sc o m b u s t i o nl a w so fl a n e ，t oa p p l y i n gt h ep r e d i c t i o n so fg r e ys y s t e m a t i c t h e o r y ，t oc o l l i e r ya n d d i s c u s s i o na n d o n t h e s p o ta p p l i c a t i o n sc a r e f u l l y a tl a s t ，t h i st h e o r ya p p l yt h e2 n dc o l l i e r y , s u r v e yr e s u l ti n d i c a t et h e o r e t i c a lr e s e a r c h a n di ta n a l y s e st ob eb a s i c a l l yi d e n t i c a lt of r u i tr e a l i t y ，h a v ep r o v e dt h i sk i n do f t h e o r y m e t h o dn o t 6 n l y h a ss u i t a b l et h e o r yv a l u eb u ta l s oh a v ei m p o r t a n tr e a l i s t i cm e a n i n g s t h ek e y w o r d s ：g r e yt h e o r y ；c o a ll a n e w a ys p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n ；g m ( 1 ，1 ) m o d e l ：i n d e xd i s c i p l i n a r i a n ：e r r o re s t i m a t e s ；s p o n t a n e o u sc o m b u s t i o n ；i n d e xa n a l y s i s 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成 的。论文中取得的研究成果初加以标注和致谢的地方以 外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含本人为获得其他学位而使用过的材料，与我一同工作的 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文作了明确的 说明并表示谢意。 本人签字：少曙毛 日期：0 。；6 ，口 东北大学硕士学位论文 前言 上- j 一 刖吾 综采放顶煤无煤柱开采的工作面，顺槽的- n 为采空区并沿煤层底板掘进，由于 端头支架顶煤放出率低( 有的不放) ，在巷道沿空侧内有一条宽1 0 米左右，高几十米 的松散浮煤带，加之顺槽沿底板一次掘出时间长，巷道顶板煤层易破碎产生离层和冒 落，两帮煤体破坏产生裂隙，综放面推进速度较慢等原因，使得煤层自燃事故增多。 与综采开采不同的是综放巷道火灾事故多，在1 9 6 6 年统计的2 2 0 个综放工作面中， 发生了1 8 2 次自燃火灾事故，其中巷道火灾为1 1 6 次，占6 3 7 。 兖州矿区自1 9 9 2 年开始综放无煤柱开采以来，在已统计的1 4 个综放工作面，共 发生自燃隐患1 6 起，其中1 2 次发生在巷道。南屯煤矿6 3 1 0 综放工作面沿空巷道掘 出3 9 天，巷道煤层发生了自燃。东滩煤矿已开采得4 3 0 2 ，1 4 3 0 7 和1 4 3 0 8 三个综放 面，发生自燃隐患6 次，其中5 次为工作面准备期间巷道煤体的自燃，制约了综采放 顶煤开采技术的发展，并已威胁到矿井的安全生产。通过对全国各局的调研，分析了 各局，矿综放无煤柱开采巷道自燃的情况，对典型巷道自燃事故进行研究。确定了在 生产过程中巷道煤层自燃的影响因素，及这些因素与煤巷自燃的关系。 通过对煤巷自燃与影响因素的分析和研究，采取科学的预测方法，确定自燃危险 区域，对煤巷自燃的危害程度进行准确定位，减少不必要的防范措施，提高必要措施 的针对性，对防治自然发火具有极其重要的意义。 东北大学硕士学位论文第一章济宁二号煤矿煤层自燃的影响因素 第一章济宁二号煤矿煤层自燃 的影响因素 1 1 矿井的开拓开采 济宁二号煤矿是国家“八五”重点建设工程，隶属于兖州矿业集团公司。济宁二 号煤矿位于山东省南部，是济宁煤田( 东区) 第一对建设的特大型矿井，年设计生产 能力4 0 0 m t a ，服务年限6 7 5 a 。 该井田东起孙氏店断层，西至京杭大运河，南邻济宁三号煤矿，北与岱庄、许厂 井田相接。矿井南北走向长6 1 l k m ，东西倾斜宽1 0 k m ，面积约9 0 k i n 2 。 矿井开拓方式为立井开拓，划分为两个生产水平。第一水平标高为5 5 0 m 。并于 1 9 9 6 年1 月开始试生产，1 9 9 7 年1 1 月正式投产。 矿井布置有主、副、风三个井筒，井下为南、北大巷布置，其中南翼布置有三条 大巷，北翼布置四条大巷。 设计第一水平共有九个采区，即南一、三、五、七采区，北翼五个采区为二、四、 六、八、十采区，将八里铺断层以西新增加的采区编为九采区。 开采方式为长壁式，开采工艺为放顶煤。 含煤地层为山西组和太原组，含煤2 7 层，可采煤层有3 。3r 、6 、1 0 ，、1 5 。 1 6l 、1 7 等7 层，3i 、3 。、1 6l 和1 7 层为主要可采煤层，其中3 3r 是先期开采 的主要煤层。31 煤层位于山西组中部，与3 ，煤层间距变化较大，为较稳定至不稳定煤 层，可采范围主要集中在中部和西部。3 。煤层位于山西组下部，厚度变化较大，全 区大部分可采。3i 煤层煤厚o 6 0 0 m ，平均为2 1 0 m ，顶板主要为粗一中粗长石英 砂岩，厚o 6 2 8 m ，局部为泥岩，厚o 6 5 6 5 m ；底板以粉砂岩和泥岩为主。3 ，煤 层上距3i 煤层o 5 0 7 3 m ，平均间距2 8 2 0 m 。煤层厚o 1 7 9 6 m ，平均4 6 8 m ；顶板 主要为灰白色细至中、粗粒砂岩及灰一深狄色粉砂岩，局部为泥岩，砂岩厚0 5 3 1 9 3 m ；底板以粉砂岩和泥岩为主。3 煤层主要为丝质暗亮煤，3 煤层主要为丝质 亮暗煤。地质储量8 5 5 亿吨，可采储量3 4 7 亿吨，第一水平3 层煤储量1 1 2 亿吨。 瓦斯：据煤样化验结果，煤层瓦斯成份c h 4 各占1 9 9 9 、2 6 0 5 及3 8 5 8 ，较邻 区略高。佩c h 4 、均含量均小_ j l m l t ，最火值为l6 7 m 3 t 第，水f 瞒j 二低瓦斯旷 井， - 东北大学硕士学位论丈第一章济宁二号煤矿煤层自燃的影响因素 煤尘：本井田各煤层煤质牌号为气煤和气肥煤，煤尘爆炸指数3 。为3 9 5 2 ，3 ，为3 7 2 5 ，各煤层均有煤尘爆炸危险。 煤层自然发火倾向：3n3r 煤层为极易自燃煤层，各煤层均有自然发火倾向。 地温：本井田平均地温梯度大致在2 2 * c l o o m 左右，即深度每增加4 5 5 m ，温度 增加1 。在非煤地层中，由于岩性较均一，热导率较高，地温梯度较小，一般在1 6 。c l o o m 左右，即深度每增加6 2 5 m ，温度增加1 。在煤系地层中，由于岩性较复 杂，煤层热导率较低的岩层较多，所以地温梯度也增高，一般在2 7 。c 1 0 0 m 左右， 即深度每增加3 7 o m ，温度升高1 。 本井田地温属“地温正常有害区”，第一开采水平7 0 0 m ，一般在3 2 。c 左右，属 一级热害区。3 - f 煤层在八里铺断层以东，由于埋藏较浅都在3 i 以下。 1 2 煤层自燃的影晌因素 济二煤矿是济宁煤田( 东区) 第一对开发的特大型矿井，由于该矿开采的煤层物 理性质和煤岩特性与兖州煤田的煤层有差异，并且济二煤矿为全煤开拓，煤层厚度、 倾角度化大，地质构造复杂。一般定性地认为煤层的厚度、倾角、构造都影响自然发 火的严重程度。煤层越厚，倾角越大，地质构造越复杂时，自然发火的危险性越大。 预计济宁二号煤矿煤层自然发火的危险性较之充州矿区的四个生产大矿严重。其特点 表现在： 1 ) 大巷布置在煤层中 济二煤矿是华东第一对全煤开拓开采的矿井，大巷布置在煤层中( 其中南翼布置 三条大巷，北翼布置四条大巷) ，并且巷道支护与煤层之间有的地点充填不严，留有 空隙。当附近的煤层回采时，由于矿山压力影响，造成大巷煤柱产生裂隙而漏风，大 巷煤层可能自燃。 2 ) 采区上( 下) 山布置在煤层中 采区上( 下) 山掘在煤层中，工作面回采后，必然造成上( 下) 山煤柱处矿山压 力集中，使上( 下) 山煤柱产生大量裂隙，若措旋不当，可导致上( 下) 山煤柱的自 燃。 3 ) 回采工作面无岩集 回采工作面顺槽无岩集，不易于采空区和停采线煤柱的自燃的防治。 4 ) 煤层厚度变化大 根就! ；地质报告，作为主采层的3 层煤，厚度变化较大，鼢 - 3i 煤厚0 6 m ，i f 东北大学硕士学位论文第一章济宁二号煤矿煤层自燃的影响因素 均厚2 1 m ，局部与3f 煤层合并，变异系数为6 9 。3f 煤厚o 1 7 8 6 m ，平均4 6 8 m ， 煤厚变异系数5 4 1 。同时由于钻孔密度小，对煤厚变化控制较差，因而，实见煤厚 较地质报告提供的厚度大部分变小。如南一采区1 3 ，0 1 工作面，根据钻孔资料煤厚 应为2 7 9 4 2 m ，实见煤厚为0 8 3 7 5 m ，1 3r 0 6 工作面煤厚应为3 3 8 m ，而轨道 顺槽东段2 3 0 m 实测煤厚均为1 6 5 m 以下，最薄处仅o 6 mo 北二采区4 3 ，0 4 工作面 轨道顺槽煤厚应为4 4 7 m ，实际揭露有1 5 0 m 煤厚为2 5 m 左右。一水平各采区煤厚 见表i 1 。 表1 1 一水平各采区煤厚统计表 采区名称统计点数 最大煤厚( m )最d 、煤厚平均煤厚( m ) 南一采区3 f 3 1 05 5 1 22 52 7 3 04 2 5 07 3 南二采区3 f 3 t1 26 5 0 13 7l1 i 043 7 0 7 南三采区3f 1 3 。56 2 2 19 05 o o l0 057 1 2 8 南四采区3t 1 3 t764 3 l4 649 ，o58 4 1 0 5 6 北一采区3t 3l2 29 1 7 29 226 7 ，054 5 1 1 5 6 北二采区3 ，3l =1 05 7 0 1 0 5 12 2 ，039 9 0 7 1 北四采区3 ，3 1 058 5 1 24 l25 0 ，o3 24 4 09 2 八里营经北3d 3 t1 452 1 2 l 14 抛737 2 l3 8 5 ) 褶曲多，煤层倾角变化大 煤层倾角一般为2 。l o 。，局部可达2 0 。以上，最小处于水平。 济宁二号煤矿位于济宁煤田( 东区) 中部。煤系地层走向总体趋势近南北，向西 倾斜，倾角平缓，煤层倾角2 4 。，但局部达到2 5 ”。 井田地质构造以北东向的宽缓褶皱为主，主要褶曲有1 l 条。经施工发现，在主 要褶曲的两翼和轴部，次一级小型褶曲比较发育，因而造成煤层连续和不同方向的波 浪起伏。产状变化大，倾角最大达2 0 。 6 ) 断层多，褶曲发育 全井阡1 精查勘探共确定断层5 2 条，建井期问，新发现1 0 9 条( 到9 5 年底) 。落 差最大9 7 m ，最小o 5 m ，其中落差小于l m 的2 2 条，l 1 5 1 n 的3 4 条，1 5 2 o m 的2 l 条，2 3o m 的1 5 条，大于3 o m 的1 7 条。在准备的三个：i ：作面中，断层密度 约1 0 0 m 一条。 并f i f | 内地质构造发育，断层较多，在地质勘探过程中首采区内所发i 见的 要断层 m f 嵌12 所水。 东北大学硕士学位论文第一章济宁二号煤矿煤层自燃的影响因素 表1 2首采区不同落差断层数目表 落著 h l o mi o h 3 0 m3 0 5 0 m 断 f 1 1 ，f 1 j ，fj 9 ，f 2 。，f ，f m ，f i i ，f l h ， 八里营，八里铺，孙氏店， 层 r f ，f 2 6 ，f mf a 。f f ，f r i ，f l f m八里铺支，孙氏店支；未合 名 f ，f mf ，f 3 l ，f 。名的边界支断层5 条。 称 条数1 0“2 l o 此外，截止1 9 9 6 年9 月底，在巷道揭露的6 6 5 k n l 2 的范围内，共发现各种小断 层1 3 4 条，详见表1 3 所示。 表1 3 建井期间断层揭露点统计表 总 正断层逆断层 地点 aa 计 口 3 m 口 3 m 计计 总计 1 3 41 2 63 15 61 92 08422 井筒 5422ll 合计 8 37 71 93 51 11 2642 北 5 5 0 大巷 2 01 8372622 北一采区1 91 761 l22 0 0 6 面 7734 北二采区 1 91 7246522 翼 0 0 4 面 1 81 85931 合计 4 64 51 02 l6811 南5 5 0 大巷 88l5l1 南一采区 2 01 9 38 44 11 0 0 4 面 翼0 0 6 面1 41 433332ll 0 0 5 面 4431 井阳内断层构造非常发育，特别是落差在2 m 以下的小断层。同时，由于煤层厚 度变化较大，在煤层厚度比较薄的地段，这些断层必将造成工作面破顶板或破底板推 进，降低了工作面的推进速度，为采空区遗煤自燃创造了条件。 东北大学硕士学位论文第二章综放无煤柱煤巷开采煤巷自燃的测试 第二章综放无煤柱煤巷开采煤巷自燃 的测试 2 1 测试方案 2 1 1 观测区段 9 8 年3 月初，4 3 0 8 工作面开切眼贯通，观测段选择在4 3 0 8 轨顺北侧轨顺没有喷 浆的一段煤巷。该段4 3 0 8 轨顺西l 临4 3 0 9 采空区，留有约2 米多的小煤柱，此段为一 个小的背斜，煤柱采空区侧在向斜轴附近有一个原4 3 0 9 运顺的硐室，是一段比较理 想的观测区段，该区段距四采皮带上山溜煤眼5 4 2 米。 2 1 2 观测方案的布置 在观测段打了1 6 个钻孔，其中( 1 ) ，( 2 ) ，( 3 ) ，( 4 ) ，( 6 ) ，( 1 2 ) ，( 1 4 ) 为煤帮 上部钻孔。 2 2 实际测试 2 2 1 观测方案的布置 在观测段打了1 6 个钻孔，其中( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 、( 5 ) 、( 6 ) 、( 队为煤帮上 部钻孑l ，距顶板0 4 m ，仰角3 0 度；( 5 ) 、( 8 ) 、( 9 ) 、0 0 ) 、0 】) 、( 1 6 ) 为煤帮中部孔，距底板 1 5 米，为水平孔；( 7 ) 、q 5 ) 为顶板孔，在顶板中间为垂直孔。 q d 、( 1 3 ) 3 个孔位于原4 3 0 9 运顺硐室附近，且上部顶板水不断涌入煤巷内。 方案二：其位置在方案一向南移5 0 米的地方。两方案中( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 4 个孔 位嚣相同，这样布置是便于两方案的比较。方案二共安装了1 3 个钻孔。其中( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) 为方案一原有的钻孔，孔深约2 米，其余孔为深孔，透入采空区，深约4 5 米。 所有的i l 都在帮上部，距顶板约6 0 厘米，倾角1 0 2 0 。( 1 ) ( 2 ) ( 37 ) ( 4 ) 是与( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 相比较而打的钻孔。( 5 ) 、( 6 ) 、( 7 ) 、( 1 ) 四个孔所在外煤 巷已喷浆。( 2 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 、( 37 ) 、( 4 ) 、( 47 ) 孔在5 月7 同安装，其余在4 月 3 0 卜 安装。 东北大学硕士学位论文第二章综放无堞柱煤巷开采煤巷自燃的测试 2 2 2 观测参数 根据煤在自燃过程不同时期所发生的物理和化学变化，观测的主要参数有：温度 ( c ) 、c o 、c 吼、c h 。、0 ：、和等气体的浓度，当温度达到7 0c 以上时，另外再加检 测c 。h 。( 丙烯) 和c ：h ，。( 乙烯) 。 2 2 3 观测仪表 观测采用山东矿业学院研制的w z j 1 型高精度温度自记报警系统，该仪器可对 多点温度定时自动巡测并存贮，超温报警，所测数据根据需要用取数器取回( 也可直 接传送到地面) ，送入存盘处理、显示、打印报表曲线进行分析。 2 2 4 煤巷自燃的观测 参数的观测从4 月1 日开始，前期各2 天测一次，4 月8 日以后每天测一次。后 期为了应用灰色理论，根据其数据序列以等时间隔的要求，而把1 6 个测点划为3 组， 每次抽一组。每一组孔中同时含有巷帮的上部孔、中部孔和顶板孔。第一组为( 1 ) 、 ( 4 ) 、( 7 ) 、o d 、( 1 4 ) 等5 个孔；第二组为( 2 ) 、( 5 ) 、( 8 ) 、( 1 0 ) 、d 毋等6 个孔：第三组为( 3 ) 、 ( 6 ) 、( 9 ) 、n 5 ) 等5 个孔。 方案二从4 月3 0 日开始，由于开始时( 2 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 、( 37 ) 、( 4 ) 、( 47 ) 没 有安装，故每天下井全部测其他7 个孔的参数。在5 月8 日全部安装后，分两组取气， 一组为开始的7 个孔：第二组为后安装的6 个孔。观测结果详见表2 1 、续表2 1 88吾 。 苫：兮 _ o o u 、。 z d hq o o u nq 盎盎 z 士 。鲁 d o u 吨q z 吼 重鲁誊晷善 0苫 占 8 8 z fg 霍 0兽苫 龟 。 竞 z 88 鲁 d d苫葛苫 o o o掣 鲁 。害g o o u z 鲁 o o = 要 采摹摹gad刨。g井 噼蹭蘸嚼峨蘸量薅ont b 辚越帐 l _ n 帐 怄画譬婪c均媾*颤谁蝼婴磺氓嚣*媾 硝书迥廿斗餐廿景、宰 吐 z 芒 8童誊鲁 d葛苫 d o u z d 0 o o z f d d o u z 翟 o o o o u z 立 8g o o u z d o o u z 蓍 昌 o o o u z 蓉g星 苫 。 摹摹更目4d趟。g醉 噼腰蘸甓咂燕鳖1iot b 蝼蓑帐 t n 滕蝼 摹吾譬婪日谁蜡啭啭均蜡堪蜡蜡蚺q媾 w聿堪廿二f臀廿求某* d 冀 u n o 8 z f o o u o o 芝 u 气 n z 士g苫 udd o u d高 o u z 士苫 u6 d u o 0 o u z q 0 蓉 d u o o u d 工 一 z o u o o u o u d o u z f u o u d o o z o u 6 o u z o u o o u o o o o u z 6 u o 是是是gdd莓。g斟 啭蹭蘸霞哐蘼鳖莽o1旺蜷麓兰5f甲n琳 稽嚣譬罄i谁蝼礁电饷媾堪鳝嘻婚卅蟾 耐帛草廿书替廿求景* 东北大学硕士学住论文第三章综放无煤柱开采煤巷自燃的灰色预测 第三章综放无煤柱开采煤巷自燃的灰色预测 3 1 确定煤巷自燃灰色预测的理论基础 据有关资料表明，目前国际上已有2 0 0 多种预测方法，其中有2 0 多种方法在不 同的预测领域中得到了广泛地应用。各种预测方法都有其功能和运用条件，不同的预 测方法，预测精确度和可靠性也不同。根据煤巷自燃的影响因素及预测的条件和精度 要求，选择灰色系统预测方法比较符合煤巷自燃危险程度与其影响因素之间的关系模 型。 灰色预测是近年来颇受重视的预测方法。灰色系统理论是指既含有已知信息，又 含有未知或非确知信息的系统，灰色预测是灰色系统理论的一个重要方面，它利用这 些信息，建立灰色预测模型，从而确定系统未来的变化趋势。由于灰色预测模型能够 根据现有的少量信息进行计算和推测，因而在许多领域得到了广泛应用，取得了较好 的效果。 综放无煤柱煤巷自燃的预测是通过对煤柱及对侧相关数据的收集，对未来自燃发 展趋势进行预测，从而判定其自燃发火危险区域，进而采取不同的针对措施，实现预 防发火，保证安全，提高经济与社会效益的最终目的，完全符合灰色系统预测方法的 基本特征，从而确定了煤巷自燃灰色预测的方法。 目前最常用的灰色预测模型是g m ( 1 ，1 ) 模型。它是基于随机的原始时间序列， 经按时间累加后所形成的新的时间序列呈现的规律可用一阶线性微分方程的解来逼 近。经证明，当原始时间序列隐含着指数变化规律时，灰色模型g m ( 1 ，l ) 的预测是 非常成功的。在综放无煤柱开采煤巷自燃灰色预测中，把煤巷自燃看作灰色系统，采 用累加生成法将既测数据进行狄数生成，建立g m ( 1 ，1 ) 模型求解，再采用累减还原 法得到预测值。关于灰色预测的具体计算与步骤将在下面的章节进行详述。 3 2 综放无煤柱开采煤巷自燃的指标 由前面的分析，温度、c o 、c h ；、c 吼、0 ：、n ：参数除含量没有区域层次性外， 其余几个气体指标均有区域层次性和区域内一致性，从这一点来看，都作为综放无煤 柱开采煤巷自然发火的指标。 3 2 1 参数关联度的计算 关联度是分析系统中因素关联程度的方法，或为关联程度量化的方法。为了进一 步证明各参数的区域。致性，特用灰色理论知识来计算其关联度，以温度作为参考数 列。 方案中煤巷帮上部( 2 ) i 月r j # l 的参数的荚联度。 东北大学硕士学位论文第三章综放无煤柱开采煤巷自燃的灰色预测 原始数据： 温度( c ) ： 置= ( 3 2 4 ，3 2 4 ，3 2 5 ，3 2 6 ，3 2 8 ，3 2 8 ，3 3 0 ，3 3 4 ，3 3 6 ，3 3 4 ) 幻含量( p p m ) ： 肛( 0 ，3 ，0 ，0 ，0 ，8 ，l0 ，9 5 ，1 1 8 ，7 5 ) o ：浓度( ) ： z ，= ( 2 0 6 ，2 0 8 ，2 0 8 ，2 0 7 ，2 0 7 ，2 0 5 ，2 0 6 ，19 8 ，16 3 ，17 7 ) 为了使与其它参数一致，把m 含量进行处理( i 0 0 减仉浓度) ，结果为： x _ = ( 7 9 4 ，7 9 2 ，7 9 2 ，7 9 3 ，7 9 3 ，7 9 5 ，7 9 4 ，8 0 2 ，8 3 7 ，8 2 3 ) c 0 ：浓度( ) ： x 产( 0 0 9 ，0 0 5 ，0 0 5 ，0 0 4 ，0 0 6 ，0 0 5 ，0 0 5 ，0 4 ，1 ，0 6 ) c h 4 浓度( ) ： x i - ( o 0 4 ，0 0 7 ，0 0 2 3 ，0 0 1 ，0 0 3 ，0 0 2 ，0 0 2 ，o 1 ，0 1 ，0 2 ) 对行为数据进行极差规格化处理： x 一m i n x i x 产 f f “l m 一m h l x i 得：x = ( 0 ，0 ，0 0 8 3 ，0 1 6 7 ，0 3 3 3 ，0 3 3 3 ，0 5 。0 8 3 3 ，1 ，0 8 3 3 ) x ：= ( o ，0 0 3 5 ，0 ，0 ，0 ，0 0 6 7 ，0 0 8 5 ，0 8 0 5 ，1 ，0 6 3 4 ) x ，= ( o 0 4 4 ，0 ，0 ，0 0 2 2 ，0 0 2 2 ，0 0 6 6 ，0 0 4 4 ，0 2 2 2 ，1 ，0 6 8 9 ) x 。= ( o 0 5 2 ，0 o l ，0 0 1 ，0 ，0 0 2 1 ，0 0 1 ，0 0 l ，0 3 7 5 ，1 ，0 5 8 3 ) xj = ( o 0 7 7 ，0 1 5 4 ，0 0 2 6 ，0 ，0 0 5 ，0 0 2 6 ，0 0 2 6 ，0 2 3 1 ，1 ，0 0 2 6 ) 求差序列： 。( k ) = l 册( k ) 一x l ( 尼) i( i = 1 ，2 ，1 0 )( 3 - 2 ) 2 = 。= x 产 x j = 0 ，0 0 3 5 ，0 0 8 3 ，0 1 6 7 ，0 3 3 3 ，0 2 6 6 ，0 4 1 5 ，0 0 2 8 ，0 ，0 1 9 9 ) 0 0 4 4 ，0 ，0 0 8 3 ，0 1 4 5 ，0 3 1 1 ，0 2 6 7 ，0 4 5 6 ，0 6 1 1 ，0 ，0 1 4 4 ) 0 0 5 2 ，0 0 1 ，0 0 7 3 ，0 1 6 7 ，0 3 1 2 ，0 3 2 3 ，0 4 9 ，0 4 5 8 ，0 ，0 2 5 ) 0 0 7 7 ，0 1 5 4 ，0 0 5 7 ，0 1 6 7 ，0 2 8 2 ，0 3 0 7 ，0 4 7 4 ，0 6 0 2 ，0 ，0 8 0 7 ) 求两级差 i ( k ) = r a i nix i ( k ) 一m ( k ) i ( i = 1 ，2 ，l o ) r a i n x ! = r a i n ；= m i n c = m i n f0 i 女 i ( m i n ) = m i nr a i n = 0 i， ( 3 1 ) 查! ! 垄兰翌主兰堡垒查苎三主茎塾垄堡量茎查苎查! 鉴竺壅垒塑型 m a x a 产m n x i 如( 七) 一x i ( k ) l t 。 。 m a xa 2 = o 4 1 5m a x a 3 = 0 6 1 1 k m a x a f o 4 9 0m a xa ；= o 8 0 7 7 j ( m 黜) = m 舰m i n = o 8 0 7 ki 计算关联系数： 参( k ) 取删奇( ) 2 面0 瓜4 0 3 蕊5 fm i n ) + k a i ( m a x l q ) + 七 如础) 善2 伍) = 0 , o 9 2 0 ，0 8 2 9 ，0 7 0 7 ，0 5 4 8 ，0 6 0 3 ，0 4 9 3 ，0 9 3 5 , 1 ，0 6 7 0 ) 善，伍) = ( o 9 0 2 ，1 ，0 8 2 9 ，0 7 3 6 ，0 5 6 5 ，0 6 0 2 ，0 4 6 9 ，0 3 9 8 ，1 ，0 7 3 7 ) 善t ) = ( o 8 6 6 ，0 9 7 6 ，0 8 6 7 ，0 7 0 7 ，0 5 6 4 ，0 5 5 5 ，0 8 9 4 ，0 4 6 8 ，1 ，0 6 1 7 ) 孝s ( 七) = ( o 8 4 0 ，0 7 2 4 ，0 8 7 6 ，0 7 0 7 ，0 5 8 9 ，0 5 6 8 ，0 4 6 0 ，0 4 0 1 ，1 ，0 3 3 3 ) ( 3 4 ) ( 3 - 5 ) 计算关联厦： n = 去砸) ( 3 6 ) 篇 r 。= 击耋。 ，o ) = 0 + 0 9 2 0 + 0 8 2 9 + 0 7 0 ，+ 0 5 4 8 + 0 6 0 3 + 。4 9 3 + 0 9 3 5 + 1 + 0 6 7 0 ) 。而1 = 。， r 一百1 苫l o ，o ) = ( 0 9 0 2 + l + 0 8 2 9 + 0 7 3 6 + 0 5 6 5 + 0 6 0 2 + 0 4 6 9 + 0 3 9 8 + i + 0 7 3 7 ) 击= 0 7 2 5 8 去耋， 。o ) = s 枷啪+ 0 8 6 7 + 。埘+ o s a 。+ 0 5 5 5 + 0 8 舛+ 0 4 6 8 + 1 + 0 6 1 7 ) 击= 。，s ，。 r s 。击苫f 5 ( ) = ( o8 4 0 十o7 2 4 + 0 8 7 6 + 0 7 0 7 + o5 8 9 + 0 5 6 8 + 0 4 6 0 + 0 4 0 1 + 1 + 0 3 3 3 ) 。击2 0 6 4 9 5 从计算关联度结果可看出：对于东滩煤4 3 0 8 轨顺中所选观测地段，温度、c o 浓 度、0 ：浓度、c o ! 浓度和c h 浓度等都几乎可以作为综放煤巷自然发火的指标( 关联度 最小为r s = o 6 4 9 5 最大为0 7 7 0 5 ) 。这点可以从( 2 ) 孔各参数曲线关联程度看出，尤 其到5 月份( 当中0 1 含量应从相反变化方向变化) 。 3 2 2 综放煤巷自然发火的指标 东北大学硕士学位论丈第三章综放无壤柱开采煤巷自燃的灰色预测 从以上关联度的计算可看到，5 个参数似乎都可以作为综放煤巷发火指标。通过 分析比较选出较客观反映综放无煤柱开采煤巷自燃的指标。 c o 。和c h 在原煤层中都含有，且即使是同一层煤也会因地点不同而不同；并且 生产过程中也会产生c o ：；在4 3 0 8 轨顺南侧回风中的c o ：、c h ，也可以对其浓度造成一 定的影响。故c o 。和c 乩浓度可以作为参考，但不能单独作为判别综放煤巷自然发火 的指标。 c o 在原煤中不存在，它只来源于煤的缓慢氧化，发某处有c 0 出现时，说明该处 有发火隐患存在；但如前面所在述它也受到风流和压力的影响。实践证明，某处的 c o 浓度稳定上升时，说明该处有可能发火。0 ：的变化受煤的氧化影响较大，即与c o 关联程度大( 因煤在井下自燃，主要进行不完全氧化而生成c o 多于c o ：) 。所以c o 、 0 。可以作为综放煤巷自然发火的参考指标。从计算的关联度也可以看出：c 0 与温度 的关联度最大，也就是说c o 作为综放煤巷发火最主要的参考指标。 温度是综放煤巷发火最主要指标。无论它受什么环境条件的影响，只要某处的 温度达不到着火点，煤层就不会发火。 综上所述，综放无煤柱煤巷自然发火的指标为：温度，主要参考指标为c o 浓度。 3 3 综放无煤柱开采煤巷自燃区域及规律的灰色系统预测 3 3 1 综放无煤柱开采煤巷自然发火区域的划分 根据前几章的研究与分析及影响煤巷自然发火的因素，煤巷自燃分为六个区域， 分别为： 煤巷地质构造破坏自燃区。 煤巷地质构造轴部自燃区。 煤巷煤柱沿空侧硐室自燃区。 煤巷顶部自燃区。 煤巷上帮上部自燃区。 煤巷上帮中部自燃区。 煤巷上帮下部燃区。 煤巷下帮自燃区。 3 32 综放无煤柱开采自燃规律的预测 如l ；j u 所述，不吲的自燃发火为指标关系密切( 即关联度比较久 所以