基于MATLAB数据拟合的煤层瓦斯涌出量预测

作者:未知

  【摘  要】为掌握煤矿主采煤层瓦斯涌出规律,确定瓦斯灾害防治对策和优化通风系统,论文通过对煤矿瓦斯地质资料的统计和分析,基于MATLAB数据拟合,采用瓦斯地质统计法对主采煤层瓦斯涌出量进行预测。实践表明,预测模型误差分别为4.9%、6.3%,预测结果较为准确,该研究为工作面瓦斯管理提供理论依据,对矿井安全生产具有重要指导意义。
  【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.
  【关键词】MATLAB数据拟合;瓦斯地质统计法;预测模型
  【Keywords】MATLAB data fitting; gas geology statistical method; prediction model
  【中图分类号】TD712                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069(2020)08-0190-02
  1 瓦斯情况
  礦井瓦斯主要源于掘进工作面、采煤工作面以及采空区,工作面回采结束后,个别采空区没有得到及时封闭,个别区域由于地质构造比较发育、围岩松软破碎,造成个别工作面瓦斯异常涌出。
  2 主采煤层瓦斯涌出量预测
  该矿正处于由一水平向二水平过渡阶段,地质条件复杂多变,受断层、褶曲、侵入岩浆岩及未采邻煤层的影响较为明显,尤其是矿井开采深度愈大,瓦斯涌出愈加明显。
  基于采煤工作面瓦斯涌出统计资料、矿井地质资料以及瓦斯含量资料,采用瓦斯地质统计法,应用MATLAB数据拟合,预测和分析该矿主1、主2煤层没有进行开采的区域煤层瓦斯涌出量。
  2.1 煤层瓦斯基础资料统计与分析
  通过对大量的瓦斯基础数据统计与分析,汇总了采煤工作面具有典型性的基础数据,如表1和表2所示。
  2.2 应用瓦斯地质统计法预测煤层瓦斯涌出量
  瓦斯地质统计法基于对采煤工作面和掘进工作面日统计的瓦斯浓度、风量和抽放量数据,通过计算每日采煤工作面和掘进工作面绝对瓦斯涌出量点值,每月统计数据对应为30个点值,其最能反映那个位置地质、开采、工艺条件的瓦斯涌出量点值。通过筛选成千上万的瓦斯涌出量点值绘制成瓦斯地质图,瓦斯地质图可形象直观呈现出瓦斯与地质、开采条件之间的关联。依据瓦斯地质图上已采、掘区域的瓦斯涌出量点值,相关人员可以预测邻近未采区域的瓦斯涌出量。同时,不同回采工艺、顺序获得的瓦斯涌出点值可以建立对比关系。采用上述方法建立的瓦斯涌出量预测关系式和在瓦斯地质图上呈现的诸多瓦斯涌出量点、瓦斯涌出量等值线,称为瓦斯地质统计预测瓦斯涌出量方法[1-5]。
  基于瓦斯地质理论的瓦斯地质多元分析综合类比法,其工作程序为:①类比性分析。在瓦斯地质方面,开展选定和预测矿井或区域与生产矿井或区域(有类比性的)的类比分析工作。②采用矿山统计法,结合获得的生产矿井或区域的基础数据进行瓦斯地质图绘制。③对不同区域、煤层埋深的瓦斯涌出数据进行计算分析,获得其变化规律。④基于数理统计方法,获得瓦斯涌出量与煤层埋藏深度(或煤层底板标高)二者关系的数学模型。⑤根据数学模型,综合考虑预测矿井或区域具体的开采技术参数,实现矿井或区域瓦斯涌出量计算预测。
  2.2.1 数据拟合过程
  根据该矿主1号煤层和主2号煤层采煤工作面日常瓦斯基础数据,通过统计分析对应的瓦斯涌出数据,选取对应工作面不同时间的典型瓦斯涌出数据,并结合获取瓦斯涌出数据对应采煤工作面煤层所在位置,获取瓦斯涌出数据与对应的煤层底板标高二者之间的关联性。在进行计算分析时,依据数组的特点,采用MATLAB多项式拟合,获取主1号煤层和主2号煤层绝对瓦斯涌出量(Q)与对应煤层底板标高(h)的关联性。
  ①主1号煤层
  选取典型的煤层瓦斯涌出数据,根据主1号煤层2600t/d的产量进行折算,得到折算后的绝对瓦斯涌出量数据Q主1绝对2600t/d,如表3所示。   分析表3中煤层瓦斯涌出数据,根据Q主1绝对2600t/d(主1号煤层绝对瓦斯涌出量按照2600t/d进行折算),并建立折算后主1号煤层绝对瓦斯涌出量(Q主1)与其对应的底板标高(h)二者之间的关系,采用MATLAB一次多项式拟合。
  ②主2号煤层
  选取典型的煤层瓦斯涌出数据,根据主2号煤层2600t/d的产量进行折算,得到折算后的绝对瓦斯涌出量数据Q主2绝对2600t/d,如表4所示。
  分析表4中煤层瓦斯涌出数据,根据Q主2绝对2600t/d(主2号煤层绝对瓦斯涌出量按照2600t/d进行折算),并建立折算后主2号煤层绝对瓦斯涌出量(Q主2)与其对应的底板标高(h)二者之间的关系,采用MATLAB一次多项式拟合。
  2.2.2 拟合结果
  ①主1号煤层(依据Q主1绝对2600t/d)Q主1=-0.0158h主1-4.626
  由式(1)预测模型可知,主1号煤层绝对瓦斯涌出量趋势值为5m3/min、10m3/min所对应煤层位置为-609m、-926m标高处。
  ②主2号煤层(依据Q主2绝对2600t/d)Q主2=-0.0301h主2-10.281
  由式(2)预测模型可知,主2號煤层绝对瓦斯涌出量趋势值为5m3/min、10m3/min所对应煤层位置为-508m、-674m标高处。
  3 结论
  ①采用矿山统计法建立了主1号、主2号煤层未采区域绝对瓦斯涌出量预测模型,通过MATLAB数据拟合方法能够较为准确地对煤层绝对瓦斯涌出量进行预测。②现场实践证明,所建立预测模型对主1号、主2号煤层瓦斯涌出量预测误差分别为4.9%、6.3%,预测结果较为准确。③该研究可为深部瓦斯灾害治理和通风系统优化提供理论依据,为矿井安全生产提供技术支持。
  【参考文献】
  【1】卫华鹏,邓彩.矿井瓦斯赋存影响因素及瓦斯地质规律研究[J].能源与环保,2019,41(12):84-87.
  【2】李骏.煤矿瓦斯地质规律研究及瓦斯预测[J].江西化工,2020(1):229-231.
  【3】娄芳,贾永勇.石梯子西沟煤矿瓦斯地质规律研究[J].内蒙古煤炭经济,2017(19):145-147.
  【4】陈本良.滴道盛和煤矿瓦斯地质规律与瓦斯预测[D].焦作:河南理工大学,2011.
  【5】张玉柱.基于瓦斯地质规律研究的深部煤层瓦斯预测[D].焦作:河南理工大学,2014.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/4/view-15322795.htm

服务推荐