瓦斯涌出量预测方法及问题

涌出量与煤层瓦斯含量的比值。在地 质条件类似的临近新建矿井，利用这 两个之间的比值，结合设计方案，进 行新矿井瓦斯涌出量预测。
三、分形法 Ｒ ／Ｓ 分析是一种时间序列分析 方法，是由赫斯特于１９６５年提出的， 该方法在分形理论中应用较广。赫 斯特分析 Ｒ （Ｔ ）／Ｓ （Ｔ ）＝ Ｒ ／Ｓ 统计规 律时发现存在如下关系式：Ｒ ／Ｓ ∝ （Ｔ ／２）Ｈ ，式中 Ｈ —赫斯特指数。 Ｈ ＝ １／２，当赫斯特研究了江河的流 量、泥浆的沉积等自然现象之后， 发现当 Ｈ ＞１／２时，意味着持久性， 即所研究物理量时间序列不是相互 独立的，而具有相关性。进一步研究 表明，当 Ｈ ＞１／２时，用平均的观点 看，过去的一个增长趋势意味着将 来的一个增长趋势，反之亦然，即过 程有持久性；当 Ｈ ＜１／２时，过去的 增量与未来呈负相关，过程具有反 持久性。因此，Ｒ ／Ｓ 分析在时间序 列中具有很强的预测预报作用。 四、灰色系统理论与模糊数学 预测法 灰色系统是邓聚龙教授提出的 一种新的系统理论，灰色系统理论 是通过一系列数据生成方法（直接累 加法、移动平均法、自适性累加法 等）将本没有规律的、杂乱无章的或 规律性不强的一组原始数据序列变 得具有显著规律性，高度的概括性， 而且使预测精度高，具有明显的确 定性。由后残差检验结果，灰色系统
八、瓦斯地质数学模型法
矢量图形系统，可生成采掘工程平
面图，瓦斯含量等值
线图，瓦斯压力等值
线图，瓦斯地质图等
重要图件，能实现这
些图形的快速更新、
查询、打印等功能。通
过各实测数据的输入，
图 １ 含一个隐含层的 ＢＰ 网络模型
比较准确地预测出瓦 斯涌出危险区。利用
瓦斯地质数学模型法通过研究瓦 地理信息系统技术组织、管理与瓦
矿 山 安 全 Ｍｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ
瓦斯涌出量预测方法及问题
文 景兴鹏 李彬刚 郑登锋
今年７月底，国家煤矿安全监察 局针对一些高瓦斯和低瓦斯矿井相 继发生了煤与瓦斯突出事故的情况， 要求强化煤矿瓦斯防治基础工作， 立即组织开展矿井瓦斯等级鉴定。 而开展矿井瓦斯等级鉴定，必须掌 握瓦斯涌出量预测方法。
预测拟合精度为好，预测结果正确 可靠。由矿井相对瓦斯涌出量测量 可知，灰色预测值与实际测量值基 本吻合，说明对矿井未来瓦斯涌出 量预测都不会有太大的误差，除非 开采方式改变或地质条件变化，才 有可能造成测量结果的失真情况。
五、神经网络模型预测法 Ｂ Ｐ 算法在 １９８５年由 Ｒ ｕｍｅｌｈ ａｒｔ 等提出，该方法系统地解决了多层神 经元网络中隐单元层连接权的学习问 题，并在数学上给出了完整的推导。采 用 Ｂ Ｐ 算法的多层神经网络模型一般 称为Ｂ Ｐ 网络。多层神经网络模型的一 般拓扑结构如图 １所示。结合问题的 实际情况，本模型采用 Ｓｉｇ ｍ ｏｉｄ 型函 数：ｆ（ｘ）＝ １１＋ｅ－ｘ。通过证明将样本输 入神经网络模型进行仿真，其相对误 差分别为 ４．４３％、６．５％、２．１１％，可以 看出神经网络预测具有较高的精度。 六、分源法 分源法是按照矿井生产过程中 瓦斯涌出源的多少、各个矿井瓦斯 源涌出瓦斯的大小，来预测矿井各 个时期的瓦斯涌出量，为矿井通风 设计提供更合理的矿井瓦斯涌出资 料，并为高、低瓦斯煤层如何合理配 采，减少矿井瓦斯涌出不均衡提供 科学依据。 七、三维灰趋势面分析法 趋势面分析法是用数学方法研 究地质变量的空间分布与瓦斯量变 化规律间相互关系的一种多元统计 分析方法。在一定意义上说，所谓
瓦斯涌出量预测方法 目前，在全国煤田勘探中瓦斯 涌出量预测方法主要有以下几种。 一、梯度预测法 梯度预测法是最早被采用的一 种预测方法，也是我国 ２０世纪 ９０年 代矿井瓦斯涌出量预测普遍使用的 预测方法。它是利用矿井已采瓦斯 涌出量的实测资料，计算出瓦斯涌 出量梯度，以预测深部采区的相对 瓦斯涌出量。 二、类比法 根据生产矿井已采地区瓦斯涌 出量的实测资料，计算出采煤工作面 的相对瓦斯涌出量与煤层瓦斯含量的 比值，还可计算出掘进巷道绝对瓦斯
各自变量逐一取值代入预测方程，便 可靠性主要是由统计过程产生的。
可计算出每个设计工作面的相对瓦斯 以煤层瓦斯含量为基本预测参数的
涌出量预测值。未采区域掘进巷道的 瓦斯含量法，这种方法通过计算井
瓦斯涌出量预测方法类似。②未采区 下各涌出源的瓦斯涌出量，得到矿
域只有规划设计，无完整的设计图。 井或某一预测范围的涌出量预测值，
三、预测过程的主观性与经济 实用性
分析预测过程耗费大量的人力 和物力，而且由பைடு நூலகம்认识上的不同和 主观意识的差异，瓦斯涌出预测结 果会因人而异。
四、预测结果的非动态性 反映瓦斯涌出条件的瓦斯地质 数据随煤矿生产过程而不断变化， 但传统的预测结果是静态的，不能 随着瓦斯地质数据的累积而及时更 新，所以就不能及时提供最新、准确 的预测成果。 五、预测方法本身的缺陷 预测方法不便于组合不同涌出 影响因素以分析其相关性，各因素 之间的影响关系不能完全反映，因 此预测方法需要进一步改进。 六、预测结果不便于综合分析 数据与结果是分离的，不便于 数据的一致性验证和数据的历史性 分析与永久保存。因此，预测结果的 综合分析需要进一步改进。 可见，矿井瓦斯的涌出量预测 技术随着科学技术的不断发展，今 后必将不断提高，瓦斯预测方法也 会不断增多。只有通过预测值与预 测实际情况的比较，修正预测方法 与模型，从而形成比较完备、精确、 可靠和经济的预测方法与模型，同 时紧密结合瓦斯涌出量预测方法、 预测模型、预测系统本身、预测经济 花费、预测可靠性和一致性，以及预 测结果的动态性这 ６个方面进行深 入研究，才能在矿井开采深度不断 延伸、煤炭赋存地质条件复杂多变 等情况下，得到最准确的瓦斯涌出 量预测数值。 编辑 余茂君
斯地质规律，分析瓦斯涌出量的变化 斯预测有关的各类数据，建立数学
规律，筛选影响瓦斯涌出量变化的主 模型，进行瓦斯涌出危险区域的预
要地质因素。在此基础上，根据矿井 测预报。
已采地区的瓦斯涌出量实测资料和相
关的地质资料，综合考虑包括开采深
存在的问题
度在内的多种影响因素，采用一定的
这些方法在及时有效预测瓦斯
况采用不同的方法进行。①未采区域 存在着一些需要改进的问题。
有完整的设计图。对深部未采工作面
一、瓦斯涌出量预测方法本身
进行瓦斯涌出量预测，应以深部设计 的不可靠性
工作面为统计单元，根据预测方程（由
建立在数理统计基础上的矿山
已采工作面建立）中所选入的自变量， 统计法，其依据矿井瓦斯涌出量开
采用与已采区域相同的取值方法，对 采深度变化的统计规律，所以其不
2007.11 劳动保护 101
数学方法，建立预测瓦斯涌出量的多 涌出量方面，近年来确实发挥出了
变量数学模型，利用所建立的数学模 显著的效用，但各种预测方法都有
型，对矿井未采区域的瓦斯涌出量进 它的适用条件。实际上，这些预测方
行预测。在数学模型建立之后，未采 法在使用过程中都可能产生较大的
区域的瓦斯涌出量预测可根据不同情 误差，瓦斯涌出量预测技术本身还
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Ｍｉｎｅ Ｓａｆｅｔｙ 矿 山 安 全
“趋势”，就是排除了局部起伏后比 息管理系统是基于瓦斯地质理论预
较规则的变化。灰趋势面法的预测 测瓦斯的成果，着眼于运用现代化
结果优于同等条件下的矿山统计法 手段提高工作效率和管理水平，对
和瓦斯含量法。
瓦斯预测进行信息化管理提供矿用
在这种情况下，未采区域的预测结果 因此煤层瓦斯含量法产生的不可靠
可以用预测等值线的形式来表示。
性主要是由各个瓦斯源的计算方法
九、基于 Ｇ ＩＳ 的瓦斯预测法
产生。由一定的数学方法建立预测
利用地理信息系统技术和计算 瓦斯涌出量的多变量数学模型法，
机技术实现瓦斯预测的科学化自动 利用所建立的数学模型对矿井未采
瓦斯涌出量预测方法是以煤层 瓦斯含量及其分布规律，或以煤层 瓦斯涌出量变化规律为基础，结合 地质、开采等因素选取合理参数，预 计瓦斯涌出量为多少的工作过程。 所得的数据可以确定矿井或水平开 采时采煤工作面和掘进工作面的瓦 斯涌出量，从而划定矿井或水平开 采时瓦斯涌出等级，进行矿井设计 和选择瓦斯防治措施。
化管理，基于 ＡｒｃＶ ｉｅｗ 的瓦斯预测 区瓦斯涌出量进行预测，其主要的
信息管理系统的总体结构及系统功 不可靠性来自数学方法和数学模型。
能进行了分析和设计。瓦斯预测信
二、预测指标的不完全性
由于预测影响因素比较多，在 具体的计算中也不可能考虑到所有的 预测影响因素。同时，由于预测系统 的灰色性，导致预测中许多影响因素 不可知。因此，预测指标是不完全的。