礦井瓦斯涌出量預(yù)測-問題與進(jìn)展

1、張子戌張子戌2011年年12月月12主要內(nèi)容主要內(nèi)容1 現(xiàn)有的瓦斯涌出量預(yù)測方法現(xiàn)有的瓦斯涌出量預(yù)測方法3 瓦斯含量法瓦斯含量法4 瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法2 礦山統(tǒng)計法礦山統(tǒng)計法3(1) 礦山統(tǒng)計法礦山統(tǒng)計法 根據(jù)礦井瓦斯涌出量隨開采深度變根據(jù)礦井瓦斯涌出量隨開采深度變化的統(tǒng)計規(guī)律，預(yù)測礦井未采區(qū)域的瓦斯涌出量?；慕y(tǒng)計規(guī)律，預(yù)測礦井未采區(qū)域的瓦斯涌出量。 1959年首次在淮南礦務(wù)局謝家集二礦開始應(yīng)用，年首次在淮南礦務(wù)局謝家集二礦開始應(yīng)用，沿用至今。沿用至今。(2) 瓦斯含量法瓦斯含量法 以煤層瓦斯含量為基本預(yù)測參數(shù)的以煤層瓦斯含量為基本預(yù)測參數(shù)的瓦斯涌出量預(yù)測方法。瓦斯涌出量預(yù)

2、測方法。 70年代世界各主要產(chǎn)煤國家開始研究。年代世界各主要產(chǎn)煤國家開始研究。1986年我年我國首次應(yīng)用于淮南礦務(wù)局潘一礦國首次應(yīng)用于淮南礦務(wù)局潘一礦C13-1煤層的瓦斯煤層的瓦斯涌出量預(yù)測。涌出量預(yù)測。 此后，撫順煤研所（撫順分院，撫順研究院，沈陽研此后，撫順煤研所（撫順分院，撫順研究院，沈陽研究院）立項究院）立項“七五七五”、“八五八五”國家科技攻關(guān)項目，對瓦國家科技攻關(guān)項目，對瓦斯含量法進(jìn)行研究，并稱為斯含量法進(jìn)行研究，并稱為“分源預(yù)測法分源預(yù)測法”。 2006 2006年，國家頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)年，國家頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)礦井瓦斯涌出量預(yù)測礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法方法（AQ 1018-2006AQ

3、 1018-2006），其中包含了），其中包含了礦山統(tǒng)計法礦山統(tǒng)計法和和分源分源預(yù)測法預(yù)測法。 后面將討論行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（后面將討論行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（AQ 1018-2006AQ 1018-2006）中存在的某些）中存在的某些問題。問題。4 2.1 梯度預(yù)測法梯度預(yù)測法 瓦斯涌出量梯度瓦斯涌出量梯度，是指甲烷帶內(nèi)相對瓦斯涌出量平均是指甲烷帶內(nèi)相對瓦斯涌出量平均每增加每增加1m1m3 3/t/t時深度的增加量時深度的增加量 。 aHHqq21215 式中式中 H1、H2瓦斯風(fēng)化帶以下兩次測定涌出量的深度，瓦斯風(fēng)化帶以下兩次測定涌出量的深度， m ，H2H1； q1、q2對應(yīng)于對應(yīng)于H1、H2的相對瓦斯涌出量，

4、的相對瓦斯涌出量，m3/t。6 利用求得的瓦斯梯度，可對深部的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測：利用求得的瓦斯梯度，可對深部的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測：11HHaqq11HHqqa式中式中 q待求深度的相對瓦斯涌出量，待求深度的相對瓦斯涌出量，m3/t； H對應(yīng)于對應(yīng)于q的深度，的深度，m。q0q1q2qHH2H1H0(q, H)(q2, H2)(q1, H1)qH 2.2 一元回歸法一元回歸法 如果已采區(qū)域內(nèi)有比較多的瓦斯涌出量實測數(shù)據(jù)，采用如果已采區(qū)域內(nèi)有比較多的瓦斯涌出量實測數(shù)據(jù)，采用回歸分析方法建立瓦斯涌出量對深度的一元線性回歸方程，回歸分析方法建立瓦斯涌出量對深度的一元線性回歸方程，可得到更高的預(yù)測精度

5、?？傻玫礁叩念A(yù)測精度。瓦斯涌出量實測數(shù)據(jù)瓦斯涌出量實測數(shù)據(jù)7單元單元編號編號開采深度開采深度H（m）相對瓦斯涌出量相對瓦斯涌出量q(m3/t)11805.823208.6n42011.9822()()/() /HqHqnbHHn01bqb H0qbbH直線的一般方程直線的一般方程0 qbbH回歸直線方程回歸直線方程qHb00 qbbH9統(tǒng)計檢驗統(tǒng)計檢驗 相關(guān)系數(shù)：相關(guān)系數(shù)： 2222()()/() / () /HqHqnrHHnqqn 01rqH礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法(AQ 1018-2006) “礦山統(tǒng)計法礦山統(tǒng)計法 ”存在的問題（存在的問題（1）1112211()

6、innniiiiiiinniiiq HHqnqqna1011111122221111()/ , () /( ) iinnnnnniiiiiiiiiiiiiinnnniiiiiiq HHqnq HHqaaqnqnqnq 正確的計算公式正確的計算公式：a0Hq0Haaq02HHqa11合理的預(yù)測公式合理的預(yù)測公式:0 ,Haaq11102211()/, () /innniiiiiiinniiiq HHqnaaHaqqqn0Haqa00 ,HHaqq礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法(AQ 1018-2006) “礦山統(tǒng)計法礦山統(tǒng)計法 ”存在的問題（存在的問題（2）“標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)”中給出的預(yù)測

7、公式中給出的預(yù)測公式: 3.1 礦井瓦斯涌出來源礦井瓦斯涌出來源 礦井瓦斯的涌出來源如圖所示，包括礦井瓦斯的涌出來源如圖所示，包括7 7個基本涌出源：個基本涌出源：12開采煤層瓦斯涌出開采煤層瓦斯涌出礦井瓦斯涌出礦井瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出掘進(jìn)巷道瓦斯涌出掘進(jìn)巷道瓦斯涌出鄰近煤層瓦斯涌出鄰近煤層瓦斯涌出圍巖瓦斯涌出圍巖瓦斯涌出巷道煤壁瓦斯涌出巷道煤壁瓦斯涌出掘進(jìn)落煤瓦斯涌出掘進(jìn)落煤瓦斯涌出 礦井瓦斯涌出來源礦井瓦斯涌出來源133.2 前蘇聯(lián)前蘇聯(lián)提出的預(yù)測

8、公式提出的預(yù)測公式 （1 1）開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量012301()()kmqkkkxxm式中式中 qk開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，m m3 3/t/t； k1圍巖瓦斯涌出系數(shù)。圍巖瓦斯涌出系數(shù)。全部陷落法全部陷落法管理頂板，管理頂板， k1=1.25；局部充填法局部充填法，k1=1.20；全部充填法全部充填法， k1=1.10； m0煤層厚度，煤層厚度，m； m煤層采高，煤層采高，m； 14 x0煤層瓦斯含量，煤層瓦斯含量，m3/t； x1煤的殘存瓦斯含量，煤的殘存瓦斯含量，m3/t。 k k2 2煤柱

9、瓦斯涌出系數(shù)，煤柱瓦斯涌出系數(shù)，k k2 2=l/=l/L L； l l煤柱沿傾斜方向的寬度，煤柱沿傾斜方向的寬度，m m； 15 k k3 3掘進(jìn)巷道瓦斯排放系數(shù)，后退式正常開采：掘進(jìn)巷道瓦斯排放系數(shù)，后退式正常開采：k k3 3=(=(L L-2-2h h)/)/L L。 L L采煤工作面長度，采煤工作面長度，m m；b b巷道寬度，巷道寬度，m； h h瓦斯排放帶寬度，無煙煤及貧煤瓦斯排放帶寬度，無煙煤及貧煤 h h=10m=10m，瘦瘦 煤及焦煤煤及焦煤h h=14m=14m，其它煤種其它煤種h h=18m=18m； Lhb16 （2 2）鄰近煤層相對瓦斯涌出量）鄰近煤層相對瓦斯涌出量

10、011()(1)niiliiipmhqxxmh式中式中 ql鄰近煤層相對瓦斯涌出量，鄰近煤層相對瓦斯涌出量， m3/t； n鄰近層數(shù)目；鄰近層數(shù)目； mi第第i鄰近層厚度，鄰近層厚度，m； m開采層采高，開采層采高，m； x0i第第i鄰近層瓦斯含量，鄰近層瓦斯含量，m3/t； x1i第第i鄰近層殘存瓦斯含量，鄰近層殘存瓦斯含量，m3/t； hi第第i鄰近層與開采層的層間距，鄰近層與開采層的層間距，m；17 hp采動后煤層頂?shù)装鍘r石受到影響的范圍，采動后煤層頂?shù)装鍘r石受到影響的范圍，m。 頂板的影響范圍按下式計算：頂板的影響范圍按下式計算：hp=Zkm(1.2+cos) 式中式中 煤層傾角，度；

11、煤層傾角，度； m m開采層采高，開采層采高，m m； Z Zk k與頂板管理方法有關(guān)的系數(shù)。采高與頂板管理方法有關(guān)的系數(shù)。采高2.52.5m m，全部全部陷落法管理頂板時，陷落法管理頂板時，Z Zk k=60=60；局部充填法，局部充填法，Z Zk k=45=45；全部充填全部充填法法, ,Z Zk k=25=25。 底板的影響范圍：底板的影響范圍：hp=35m；急傾斜煤層，急傾斜煤層，hp=Zkm(1.2-cos)。 18 3.3 分分源預(yù)測法源預(yù)測法撫順研究院的改進(jìn)公式撫順研究院的改進(jìn)公式 （1）開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量）開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量 薄及中厚煤層不分層開

12、采時按下式計算：薄及中厚煤層不分層開采時按下式計算： 012301()kmqkkkxxm式中式中qk開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，開采煤層（包括圍巖）相對瓦斯涌出量，m3/t； k1圍巖瓦斯涌出系數(shù)。其值取決于回采工作面頂板圍巖瓦斯涌出系數(shù)。其值取決于回采工作面頂板管理方法：全部陷落法管理頂板時，管理方法：全部陷落法管理頂板時，k11.30；局部充填法管局部充填法管理頂板時，理頂板時，k1=1.20；全部充填法管理頂板時，全部充填法管理頂板時，k11.10；19 k2工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)工作面丟煤瓦斯涌出系數(shù)，其值為工作面回采率，其值為工作面回采率的倒數(shù)；的倒數(shù)；k3準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對

13、工作面煤體瓦斯涌出影響系準(zhǔn)備巷道預(yù)排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數(shù)；計算公式數(shù)；計算公式 同前蘇聯(lián)公式；同前蘇聯(lián)公式； m0煤層厚度，煤層厚度，m；m煤層開采厚度，煤層開采厚度，m； x0煤層原始瓦斯含量，煤層原始瓦斯含量，m3/t；x1煤的殘存瓦斯含量，煤的殘存瓦斯含量，m3/t。 20 厚煤層分層開采時按下式計算：厚煤層分層開采時按下式計算：式中式中kfi取決于煤層分層數(shù)量和順序的分層開采瓦斯涌取決于煤層分層數(shù)量和順序的分層開采瓦斯涌出系數(shù)，出系數(shù)，kfi可按下表選取?？砂聪卤磉x取。厚煤層分層開采瓦斯涌出系數(shù)厚煤層分層開采瓦斯涌出系數(shù)k kf f二分層開采二分層開采三分層開采三分層開采k

14、f1kf2kf1kf2kf31.5040.4961.8200.6920.488四分層開采四分層開采kf1kf2kf3kf41.801.030.700.4712301()kfiqkkkkxx21 （2）鄰近煤層相對瓦斯涌出量）鄰近煤層相對瓦斯涌出量 鄰近煤層相對瓦斯涌出量鄰近煤層相對瓦斯涌出量ql的計算公式與前蘇聯(lián)公式相同。的計算公式與前蘇聯(lián)公式相同。 011()(1)niiliiipmhqxxmh223. 4 關(guān)于分關(guān)于分源預(yù)測法的討論源預(yù)測法的討論 厚煤層分層開采的瓦斯涌出系數(shù)厚煤層分層開采的瓦斯涌出系數(shù)與與鄰近層的計算公式相矛盾鄰近層的計算公式相矛盾：鄰近煤層相對瓦斯涌出量鄰近煤層相對瓦斯

15、涌出量二分層開采二分層開采三分層開采三分層開采kf1kf2kf1kf2kf31.5040.4961.8200.6920.488四分層開采四分層開采kf1kf2kf3kf41.801.030.700.47011()(1)niiliiipmhqxxmh厚煤層分層開采瓦斯涌出系數(shù)厚煤層分層開采瓦斯涌出系數(shù)kf 23 4.1 對以往預(yù)測方法的討論對以往預(yù)測方法的討論 瓦斯含量法瓦斯含量法 經(jīng)過三十年多年的研究發(fā)展，目前已達(dá)到實經(jīng)過三十年多年的研究發(fā)展，目前已達(dá)到實用化階段。用化階段。20062006年頒布了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（年頒布了國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（AQ 1018-2006AQ 1018-2006）。）。 應(yīng)

16、應(yīng)用中存在的不足是：用中存在的不足是： 由于瓦斯含量法以煤層瓦斯含量作為預(yù)測的基本參數(shù)，因由于瓦斯含量法以煤層瓦斯含量作為預(yù)測的基本參數(shù)，因而對煤層瓦斯含量測定值的可靠性和含量點密度有較高的要求。而對煤層瓦斯含量測定值的可靠性和含量點密度有較高的要求。如果預(yù)測區(qū)內(nèi)鉆孔的瓦斯含量點很少，那么第一步的瓦斯含量如果預(yù)測區(qū)內(nèi)鉆孔的瓦斯含量點很少，那么第一步的瓦斯含量預(yù)測就不可靠，由此而進(jìn)行的瓦斯涌出量預(yù)測，其精度將難以預(yù)測就不可靠，由此而進(jìn)行的瓦斯涌出量預(yù)測，其精度將難以保證。保證。 礦山統(tǒng)計法礦山統(tǒng)計法 礦山統(tǒng)計法僅考慮瓦斯涌出量與開采深度礦山統(tǒng)計法僅考慮瓦斯涌出量與開采深度一個因素之間的關(guān)系，故其

17、適用范圍受到一定的限制。對于一個因素之間的關(guān)系，故其適用范圍受到一定的限制。對于地質(zhì)條件簡單的礦井，瓦斯涌出量的變化主要受開采深度的地質(zhì)條件簡單的礦井，瓦斯涌出量的變化主要受開采深度的影響，預(yù)測結(jié)果可以滿足生產(chǎn)要求。影響，預(yù)測結(jié)果可以滿足生產(chǎn)要求。 而在不少生產(chǎn)礦井，瓦斯涌出量除了與開采深度有關(guān)以而在不少生產(chǎn)礦井，瓦斯涌出量除了與開采深度有關(guān)以外，與其它地質(zhì)因素也存在較密切的關(guān)系。在這種情況下，外，與其它地質(zhì)因素也存在較密切的關(guān)系。在這種情況下，只考慮開采深度的預(yù)測方法將難以達(dá)到生產(chǎn)要求的預(yù)測精度。只考慮開采深度的預(yù)測方法將難以達(dá)到生產(chǎn)要求的預(yù)測精度。24 4.2 瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法的基本原理

18、瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法的基本原理 通過瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究，篩選影響瓦斯涌出量變化的主通過瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究，篩選影響瓦斯涌出量變化的主要地質(zhì)因素；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井已采地區(qū)的瓦斯涌出量要地質(zhì)因素；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井已采地區(qū)的瓦斯涌出量實測資料和相關(guān)的地質(zhì)資料，綜合考慮包括開采深度在內(nèi)的實測資料和相關(guān)的地質(zhì)資料，綜合考慮包括開采深度在內(nèi)的多種影響因素，采用一定的數(shù)學(xué)方法，建立預(yù)測瓦斯涌出量多種影響因素，采用一定的數(shù)學(xué)方法，建立預(yù)測瓦斯涌出量的多變量數(shù)學(xué)模型（預(yù)測方程）；利用所建立的數(shù)學(xué)模型，的多變量數(shù)學(xué)模型（預(yù)測方程）；利用所建立的數(shù)學(xué)模型，對礦井未采區(qū)域的瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測。對礦井未采區(qū)域的瓦斯涌

19、出量進(jìn)行預(yù)測。2526 建模工具建模工具數(shù)量化理論數(shù)量化理論 數(shù)量化理論數(shù)量化理論( Theory of Quantification )是多元分析的一是多元分析的一個分支，適合于同時處理定性數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)。數(shù)量化理論個分支，適合于同時處理定性數(shù)據(jù)和定量數(shù)據(jù)。數(shù)量化理論始于本世紀(jì)五十年代，最初應(yīng)用于社會學(xué)研究，六十年代以始于本世紀(jì)五十年代，最初應(yīng)用于社會學(xué)研究，六十年代以后，才逐漸應(yīng)用到自然科學(xué)領(lǐng)域中來，且應(yīng)用日益增多。后，才逐漸應(yīng)用到自然科學(xué)領(lǐng)域中來，且應(yīng)用日益增多。 研究數(shù)量化理論較早的數(shù)學(xué)家之一是日本的林知已夫，研究數(shù)量化理論較早的數(shù)學(xué)家之一是日本的林知已夫，他最先采用了數(shù)量化理論這個名

20、稱，并先后提出了數(shù)理化理他最先采用了數(shù)量化理論這個名稱，并先后提出了數(shù)理化理論論、直至直至等一系列方法。等一系列方法。 數(shù)量化理論及其應(yīng)用數(shù)量化理論及其應(yīng)用，董文泉、周光亞（吉林大學(xué)），董文泉、周光亞（吉林大學(xué)），夏立顯（長春地院）編著，夏立顯（長春地院）編著，1979，吉林人民出版社。，吉林人民出版社。27數(shù)量化理論與多元統(tǒng)計分析數(shù)量化理論與多元統(tǒng)計分析 多元統(tǒng)計分析多元統(tǒng)計分析 數(shù)量化理論數(shù)量化理論回歸分析回歸分析 數(shù)量化理論數(shù)量化理論判別分析判別分析 數(shù)量化理論數(shù)量化理論因子分析、對應(yīng)分析因子分析、對應(yīng)分析 數(shù)量化理論數(shù)量化理論聚類分析聚類分析 數(shù)量化理論數(shù)量化理論數(shù)量化理論數(shù)量化理論用

21、于根據(jù)定性變量用于根據(jù)定性變量( (可以兼有定量變量可以兼有定量變量) )對對定量的基準(zhǔn)變量定量的基準(zhǔn)變量( (因變量因變量) )進(jìn)行預(yù)測的問題。進(jìn)行預(yù)測的問題。28 變量分類變量分類 （1）定量變量定量變量 觀測結(jié)果取一定數(shù)值的變量。如煤層厚度觀測結(jié)果取一定數(shù)值的變量。如煤層厚度 ，斷層密度，瓦斯含量，瓦斯壓力等。，斷層密度，瓦斯含量，瓦斯壓力等。 （2）定性變量定性變量 只有屬性差異的變量。如人的性別、職業(yè)只有屬性差異的變量。如人的性別、職業(yè) ，地質(zhì)學(xué)方面巖石類型（泥巖、粉砂巖、，地質(zhì)學(xué)方面巖石類型（泥巖、粉砂巖、 細(xì)砂巖、石灰?guī)r等），構(gòu)造復(fù)雜程度（簡細(xì)砂巖、石灰?guī)r等），構(gòu)造復(fù)雜程度（簡

22、單、中等、復(fù)雜），等等。單、中等、復(fù)雜），等等。 在瓦斯地質(zhì)相關(guān)因素定量分析中，某些定性變量有時是在瓦斯地質(zhì)相關(guān)因素定量分析中，某些定性變量有時是影響瓦斯涌出量變化的主要因素。另外，在實際應(yīng)用中如果影響瓦斯涌出量變化的主要因素。另外，在實際應(yīng)用中如果某些某些定量變量定量變量對瓦斯涌出的影響是趨勢性的，將其對瓦斯涌出的影響是趨勢性的，將其轉(zhuǎn)化為定轉(zhuǎn)化為定性性變量變量參加建立數(shù)學(xué)模型可能會得到更好的預(yù)測效果。參加建立數(shù)學(xué)模型可能會得到更好的預(yù)測效果。29 定性變量與定量變量之間的轉(zhuǎn)化定性變量與定量變量之間的轉(zhuǎn)化 （1）定性變量定性變量的數(shù)量化的數(shù)量化 屬性屬性 數(shù)量化數(shù)量化 是是 1 否否 0 如

23、：頂板巖性（泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖）如：頂板巖性（泥巖、粉砂巖、細(xì)砂巖） 某統(tǒng)計單元的屬性為粉砂巖，則該統(tǒng)計單元頂板巖性變某統(tǒng)計單元的屬性為粉砂巖，則該統(tǒng)計單元頂板巖性變量的定性數(shù)據(jù)為（量的定性數(shù)據(jù)為（0 1 0） （2）定量變量定量變量轉(zhuǎn)化為定性變量轉(zhuǎn)化為定性變量 將某個定量變量劃分為相互獨(dú)立的若干個區(qū)間，取值于同將某個定量變量劃分為相互獨(dú)立的若干個區(qū)間，取值于同一區(qū)間認(rèn)為是同一等級，即將該變量轉(zhuǎn)化為定性變量。一區(qū)間認(rèn)為是同一等級，即將該變量轉(zhuǎn)化為定性變量。 304.3 預(yù)測方法及步驟預(yù)測方法及步驟 （1 1）分析瓦斯涌出的影響因素）分析瓦斯涌出的影響因素瓦斯涌出的影響因素瓦斯涌出的影響因素地

24、質(zhì)因素地質(zhì)因素開采因素開采因素煤煤 層層 圍圍 巖巖煤層組合特征煤層組合特征煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)程度煤厚及其變化煤厚及其變化地地 質(zhì)質(zhì) 構(gòu)構(gòu) 造造水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件巖巖 漿漿 侵侵 入入煤層埋藏深度煤層埋藏深度開開 采采 順順 序序采采 煤煤 方方 法法頂板管理方式頂板管理方式瓦斯涌出的影響因素瓦斯涌出的影響因素31 （2 2）建立預(yù)測瓦斯涌出量的數(shù)學(xué)模型建立預(yù)測瓦斯涌出量的數(shù)學(xué)模型 確定統(tǒng)計單元確定統(tǒng)計單元 選擇變量選擇變量 建立數(shù)學(xué)模型建立數(shù)學(xué)模型 式中，式中，xu ( u=1,2,h )為第為第u個定量變量的數(shù)據(jù)，個定量變量的數(shù)據(jù)，(j,k) （j =1,2,m；k=1,2, rj

25、）為第為第 j個項目第個項目第k各類目上的反應(yīng)。各類目上的反應(yīng)。 統(tǒng)計檢驗統(tǒng)計檢驗111( )( , )jrhmujkujkyb x uj k b32 （3 3）未采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)未采區(qū)瓦斯涌出量預(yù)測測 未采區(qū)域有采掘設(shè)計圖未采區(qū)域有采掘設(shè)計圖 未采區(qū)只有規(guī)劃設(shè)計，無設(shè)計圖未采區(qū)只有規(guī)劃設(shè)計，無設(shè)計圖 F1170H=100m 阜 鳳 逆 沖 斷 層F2070H=30mF2270H=30mF1070H=100mF1170H=70mF1070H=210mF1170H=95mF2070H=110mF2170H=35mJF185H=10mF1070H=400mF11-170H=40mF1070H=20

26、0mF2070H=80mF1070H=380mF2070H=90mF1070H=200mF20-170H=30mF2070H=40mF 03F22-170H=200m 阜 鳳 逆 沖 斷 層 阜 鳳 逆 沖 斷 層阜 鳳 逆 沖 斷 層阜 鳳 下 夾 片 斷 層8煤層瓦斯地質(zhì)圖02015.86 描 圖張子戌 王兆豐河南理工大學(xué) 馮志江新集二礦1：50002004.08 資料來源 比 例 尺 制圖日期 礦 長 總工程師 審 核 制 圖國投新集能源股份有限公司新集二礦瓦斯突出威脅區(qū)瓦斯突出危險區(qū)33底板標(biāo)高瓦斯含量等值線(m /t.r)煤層底板等高線井田邊界線名 稱-457.15-400符 號瓦斯

27、突出點瓦斯參數(shù)測試點瓦斯涌出量等值線(m /t)瓦斯壓力等值線(MPa)鉆孔煤層厚度鉆孔編號名 稱符 號55圖 例2E1804工作面1997E1806工作面2000E1808工作面2001E1810工作面20001806工作面20011808工作面20021812工作面19981801工作面19981803工作面19971805工作面19961807工作面19991811工作面19972813工作面中央石門-550東翼運(yùn)輸巷-550西翼運(yùn)輸巷國投新集能源股份有限公司新集二礦 8煤層瓦斯涌出量預(yù)測圖3.4 應(yīng)用實例應(yīng)用實例 某礦采用瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型法進(jìn)行了瓦斯涌出量預(yù)測。收集某礦采用瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)

28、模型法進(jìn)行了瓦斯涌出量預(yù)測。收集并統(tǒng)計了建礦以來二并統(tǒng)計了建礦以來二1 1煤層回采工作面的日通風(fēng)報表，并從已有的煤層回采工作面的日通風(fēng)報表，并從已有的工作面中剔除了部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失、回采開始和結(jié)束月份。在煤層底板工作面中剔除了部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失、回采開始和結(jié)束月份。在煤層底板等高線圖上瓦斯涌出量的已知區(qū)域，以工作面每三個月的回采范圍等高線圖上瓦斯涌出量的已知區(qū)域，以工作面每三個月的回采范圍為界，劃分出為界，劃分出2929個統(tǒng)計單元個統(tǒng)計單元，取單元內(nèi)各回采月份瓦斯涌出量的平，取單元內(nèi)各回采月份瓦斯涌出量的平均值作為因變量。隨機(jī)抽取均值作為因變量。隨機(jī)抽取1 1、9 9、1919三個單元未參加數(shù)學(xué)模型的建

29、三個單元未參加數(shù)學(xué)模型的建立，留作對預(yù)測方程的檢驗。最后保留了立，留作對預(yù)測方程的檢驗。最后保留了2626組數(shù)據(jù)組數(shù)據(jù)參與數(shù)學(xué)建模。參與數(shù)學(xué)建模。 通過定性分析和數(shù)學(xué)方法，選定通過定性分析和數(shù)學(xué)方法，選定煤層底板標(biāo)高煤層底板標(biāo)高、沖積層厚度沖積層厚度、30m30m頂板砂巖比頂板砂巖比3 3個與瓦斯涌出有密切關(guān)系的因素作為自變量，建立個與瓦斯涌出有密切關(guān)系的因素作為自變量，建立了如下形式的瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型：了如下形式的瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型： 33 y=-0.0496469236x(1)+0.1059304144x(2) -15.8167056296(1,1) -17.727872398(1,2)式中

30、式中 y y瓦斯涌出量預(yù)測值，瓦斯涌出量預(yù)測值，m m3 3/t/t； x(1)底板標(biāo)高，底板標(biāo)高，m m，定量變量；，定量變量； x(2)沖積層厚度，沖積層厚度，m m，定量變量；，定量變量； (1,1)30m30m頂板砂巖比項目頂板砂巖比項目“0.350.35”類目之反應(yīng)；類目之反應(yīng)； (1,2)30m30m頂板砂巖比項目頂板砂巖比項目“0.350.35”類目之反應(yīng)。類目之反應(yīng)。3435 統(tǒng)計檢驗統(tǒng)計檢驗 預(yù)測方程的預(yù)測方程的F統(tǒng)計量為統(tǒng)計量為170.48，在，在0.01水平水平下顯著；計算了因變量對每個自變量的偏相關(guān)系數(shù)，其下顯著；計算了因變量對每個自變量的偏相關(guān)系數(shù)，其 t 統(tǒng)計量均在

31、統(tǒng)計量均在0.01水平下顯著，水平下顯著，說明瓦斯涌出量與這說明瓦斯涌出量與這3個自個自變量都存在密切相關(guān)性，其中底板標(biāo)高變量最為顯著，變量都存在密切相關(guān)性，其中底板標(biāo)高變量最為顯著，沖積層厚度次之，沖積層厚度次之，30m頂板砂巖比變量第三。頂板砂巖比變量第三。 36 預(yù)測精度檢驗預(yù)測精度檢驗 利用所建立的數(shù)學(xué)模型，將利用所建立的數(shù)學(xué)模型，將1 1、9 9、1919三個三個未參加數(shù)學(xué)建模的單元數(shù)據(jù)帶入所建立的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行預(yù)未參加數(shù)學(xué)建模的單元數(shù)據(jù)帶入所建立的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行預(yù)測精度檢驗。檢驗結(jié)果，測精度檢驗。檢驗結(jié)果，預(yù)測的相對誤差分別為預(yù)測的相對誤差分別為-18%、-16%和和-2%，平均誤差為，平均誤差為-12%（見表）。說明所建立的數(shù)學(xué)模型（見表）。說明所建立的數(shù)學(xué)模型可以滿足生產(chǎn)要求?？梢詽M足生產(chǎn)要求。單單元元編編號號底板底板標(biāo)高標(biāo)高（