煤与瓦斯突出预测指标敏感性考察方法研究
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摘要：本文分析了引起十二矿煤与瓦斯动力现象的主要原因；提出了临界度的概念，并给出了定义及其计算公式，在此基础上，采用方差分析法分析了各预测指标的敏感性；同时采用“三率”分析法对各预测指标的敏感性进行分析，验证了基于临界度的方差分析法的可靠性；通过对预测指标敏感性分析，为敏感指标临界值的确定提供依据。
关键词：煤与瓦斯突出预测指标敏感性
引言
平煤股份十二矿（以下简称十二矿）为高瓦斯突出矿井。目前矿井主采己15煤层为突出煤层，迄今为止，共发生煤与瓦斯动力现象27次，其中压出15次，突出6次，倾出4次，冲击地压2次。随着矿井开采深度的增加，煤层瓦斯含量会逐渐增大，矿井瓦斯涌出量也将随之增大，发生煤与瓦斯突出的强度和频度会进一步加剧。己15煤层瓦斯突出预测指标及临界值选取不合理，使得巷道掘进过程中预测指标超标严重，采掘接替紧张，严重影响了矿井经济效益的发挥。因此，合理确定十二矿己15煤层的瓦斯突出预测敏感指标及其临界值具有重要意义。
1 预测敏感指标分析
我国煤与瓦斯动力现象的类型主要有四类，即突出、压出、倾出和冲击地压 [1]。目前十二矿主要采用钻屑量S、钻孔瓦斯涌出初速度q、钻屑瓦斯解吸指标Δh2作为突出预测指标，同时参考《防治煤与瓦斯突出规定》中规定的预测指标，考察了煤层残存瓦斯含量W。
⑴ S指标
S的大小由与钻孔同径的煤柱形成的钻屑量S1、瓦斯能释放形成的钻屑量S2和地应力因素形成的钻屑量S3组成。在同等条件下，S1为定值，S2、S3值则反映了掘进工作面前方煤体瓦斯潜能和地应力的大小[2]。因此，可以认为S沿孔深的变化规律与工作面前方煤体应力状态分布基本上是一致的。
⑵q指标
q是由苏联马凯耶夫煤矿安全研究所提供的一个评价突出危险性的综合指标。它比较全面地反映了煤体物理力学性质、透气性、煤层瓦斯压力（含量）和煤层应力状态的综合指标的变化。
⑶Δh2指标
Δh2的物理含义为从钻孔揭开某一采样段起，煤样平衡压力卸除后第4～5min的时间段内煤样瓦斯解吸量，体现为U型水柱计的压差高度[3]。△h2主要反映瓦斯压力、瓦斯解吸速度等因素，Δh2越大，表征煤体的瓦斯含量（瓦斯压力）越高，煤体放散瓦斯能力越强，煤体的突出危险性也越大。
⑷ W指标
指标是指受采动影响下，单位质量煤样中所含有瓦斯的体积，反映煤体物理吸附性能和煤层瓦斯压力的综合性指标。
通过对各预测指标及其对应的影响因素分析，得出地应力和瓦斯的作用在十二矿煤与瓦斯动力现象中起主导作用。
3敏感性分析方法
瓦斯突出预测敏感指标，是指对某矿井某煤层的采掘工作面进行日常突出预测时，能明显地区分突出危险和非突出危险的预测指标。在突出危险工作面与不危险工作面各测定值之间无明显区别的指标，即属于不敏感指标。预测指标的敏感性主要受两方面因素的影响，即指标大小及其变化与煤层突出危险性之间的规律性以及指标大小随突出危险的变化幅度[4]。
3.1 临界度概念的提出
定义突出预测指标X的实测值与其对应的突出指标的临界值的比值为该指标相对临界值的临界度[5]，简称X的临界度，用E（X）表示。
E（X）=Xmax/XL （1-1）
式中：E（X）―预测指标的临界度；
Xmax―预测指标X的实测最大值；
XL―预测指标X的临界值；
由临界度定义可知：各种不同预测指标的临界度是表示该指标的实测值相对于临界值的突出危险状态，是一个无量纲的量，具有以下特征：
⑴临界度是无量纲的量，且恒为非负数。
⑵临界度的大小能反映出工作面的突出危险状态。
当临界度在[0，1）时，表示没有突出危险性；
当临界度大于或等于1时，表示工作面具有突出危险性。
3.2敏感性分析方法
3.2.1基于临界度的方差分析法
为了消除测量尺度和数据量纲的差异，对于不同种类的数据通常通过比较它们的标准偏差来反映其离散性[6-7]。因此可以利用各指标的临界度均值和标准偏差来比较各预测指标之间的变化显著性。
统计学中，比较几组样本的离散趋势通常采用两数之差为计算基础的极差和四分位间距以及以均值偏差为计算基础的方差和标准差。离散趋势指标中，极差越大离散程度越大，方差和标准差越大离散程度也越大。结合突出预测敏感指标临界值的临界度的特点可知，比较几组样本的标准差更能反映出指标的敏感性，标准差越大则指标的敏感性越强。
采用SPSS15.0软件计算各指标的临界度的均值、标准差，计算结果如表1。
表1各预测指标的临界度离散性分析表
根据计算结果可以看出，各指标的敏感性顺序为S＞W＞q＞△h2，因此可以从定量的角度判断十二矿己15煤层的敏感指标为S，同时，可以辅助考察W和q指标。
3.2.2“三率”分析法
根据十二矿己15煤层出现的超标情况以及瓦斯动力现象，可以采用“三率”分析法[9]来检验方差分析法的可靠性，分析结果见表2。
表2各预测指标“三率”计算结果表
从表2可以得出：
⑴预测不突出准确率只有S和W能够满足100%的要求，同时比较各预测指标的“三率”可以发现，S指标具有较低的预测突出率、较高的预测突出准确率和预测不突出准确率，说明在S指标较为敏感；W指标预测突出准确率和预测不突出准确率都能够达到100%。
⑵q指标和△h2指标预测不突出准确率都达不到100%，而预测突出准确率也不高，但两者相比较，q指标具有更高的敏感性，可以作为参考预测指标。
3.3预测指标敏感性确定
综上所述，根据目前的临界值采用“三率”分析法得出的分析结果显示： S指标和W指标是己15煤层的瓦斯突出预测敏感指标， q指标可以作为参考预测指标，同时验证了基于临界度的方差分析法的可靠性，可以采用基于临界度的方差分析法分析预测指标的敏感性。
4.结论
⑴地应力和瓦斯的作用是引起十二矿己15煤层煤与瓦斯突出的主导因素。
⑵提出了临界度的概念，采用方差分析法分析各预测指标的敏感性，得出十二矿己15煤层各预测指标的敏感性顺序为：S＞W＞q＞△h2。
⑶采用“三率”分析法对各预测指标的敏感性进行了分析得出：指标S和W是己15煤层的瓦斯突出预测敏感指标，q可以作为参考指标，△h2为不敏感指标，验证了基于临界度的方差分析法的可靠性。
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