基于MATLAB數(shù)據(jù)擬合的煤層瓦斯涌出量預(yù)測

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)害防治對策和優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，論文通過對煤礦瓦斯地質(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)法對主采煤層瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。實(shí)踐表明，預(yù)測模型誤差分別為4.9%、6.3%，預(yù)測結(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)測模型

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

【中圖分類號】TD712? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】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

該礦正處于由一水平向二水平過渡階段，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)測和分析該礦主1、主2煤層沒有進(jìn)行開采的區(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

通過對大量的瓦斯基礎(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)測煤層瓦斯涌出量

瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)法基于對采煤工作面和掘進(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)，通過計(jì)算每日采煤工作面和掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量點(diǎn)值，每月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對應(yīng)為30個(gè)點(diǎn)值，其最能反映那個(gè)位置地質(zhì)、開采、工藝條件的瓦斯涌出量點(diǎn)值。通過篩選成千上萬的瓦斯涌出量點(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)值可以建立對比關(guān)系。采用上述方法建立的瓦斯涌出量預(yù)測關(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，稱為瓦斯地質(zhì)統(tǒng)計(jì)預(yù)測瓦斯涌出量方法[1-5]。

基于瓦斯地質(zhì)理論的瓦斯地質(zhì)多元分析綜合類比法，其工作程序?yàn)椋孩兕惐刃苑治?。在瓦斯地質(zhì)方面，開展選定和預(yù)測礦井或區(qū)域與生產(chǎn)礦井或區(qū)域（有類比性的）的類比分析工作。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)測礦井或區(qū)域具體的開采技術(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。

2.2.1 數(shù)據(jù)擬合過程

根據(jù)該礦主1號煤層和主2號煤層采煤工作面日常瓦斯基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)計(jì)分析對應(yīng)的瓦斯涌出數(shù)據(jù)，選取對應(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號煤層和主2號煤層絕對瓦斯涌出量（Q）與對應(yīng)煤層底板標(biāo)高（h）的關(guān)聯(lián)性。

①主1號煤層

選取典型的煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)，根據(jù)主1號煤層2600t/d的產(chǎn)量進(jìn)行折算，得到折算后的絕對瓦斯涌出量數(shù)據(jù)Q主1絕對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2600t/d（主1號煤層絕對瓦斯涌出量按照2600t/d進(jìn)行折算），并建立折算后主1號煤層絕對瓦斯涌出量（Q主1）與其對應(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號煤層

選取典型的煤層瓦斯涌出數(shù)據(jù)，根據(jù)主2號煤層2600t/d的產(chǎn)量進(jìn)行折算，得到折算后的絕對瓦斯涌出量數(shù)據(jù)Q主2絕對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2600t/d（主2號煤層絕對瓦斯涌出量按照2600t/d進(jìn)行折算），并建立折算后主2號煤層絕對瓦斯涌出量（Q主2）與其對應(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號煤層（依據(jù)Q主1絕對2600t/d）Q主1=-0.0158h主1-4.626

由式（1）預(yù)測模型可知，主1號煤層絕對瓦斯涌出量趨勢值為5m3/min、10m3/min所對應(yīng)煤層位置為-609m、-926m標(biāo)高處。

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

由式（2）預(yù)測模型可知，主2號煤層絕對瓦斯涌出量趨勢值為5m3/min、10m3/min所對應(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、主2號煤層未采區(qū)域絕對瓦斯涌出量預(yù)測模型，通過MATLAB數(shù)據(jù)擬合方法能夠較為準(zhǔn)確地對煤層絕對瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。②現(xiàn)場實(shí)踐證明，所建立預(yù)測模型對主1號、主2號煤層瓦斯涌出量預(yù)測誤差分別為4.9%、6.3%，預(yù)測結(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。

【參考文獻(xiàn)】

【1】衛(wèi)華鵬，鄧彩.礦井瓦斯賦存影響因素及瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究[J].能源與環(huán)保，2019，41（12）：84-87.

【2】李駿.煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究及瓦斯預(yù)測[J].江西化工，2020（1）：229-231.

【3】婁芳，賈永勇.石梯子西溝煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2017（19）：145-147.

【4】陳本良.滴道盛和煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律與瓦斯預(yù)測[D].焦作：河南理工大學(xué)，2011.

【5】張玉柱.基于瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究的深部煤層瓦斯預(yù)測[D].焦作：河南理工大學(xué)，2014.