潘一矿煤与瓦斯突出危险性模式识别与概率预测

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2005.04.004 第27卷第4期 北京科技大学学报 Vol.27 No.4 2005年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2005 潘一矿煤与瓦斯突出危险性模式识别与概率预测 张宏伟》李胜”袁亮)刘永庆) 1)辽宁工程技术大学，阜新1230002)准南矿业（集团）有限责任公司，准南232001 摘要通过地质动力区划方法确定了区域地质构造背景，在查明多个突出影响因素与突出 危险性之间的内在联系的基础上，建立了多因素模式识别模型，确定了煤与瓦斯突出概率预 测准则侧，采用多因素模式识别概率预测方法完成煤与瓦斯突出危险性的区域预测.划分潘一 矿井田的煤与瓦斯突出危险区、突出威胁区和无突出危险区，对煤与瓦斯突出危险性做出了 评估，提高了瓦斯灾害预测的准确性 关键词煤与瓦斯突出；模式识别；概率预测；地质动力区划 分类号TD7132 对国内外突出事例的统计分析表明，煤与瓦 D值与K值，其中K值(K=△P/)由反映煤体性 斯突出在并田中的分布是不均匀的，比较集中的 质的两个重要指标组成，一是表示煤体强度的煤 分布在某些地质构造带，称之为区域性分布.因 的坚固性系数∫，二是表示煤体快速放散瓦斯的 此，区域预测煤与瓦斯突出防治工作占有重要的 初速度△P.K值指标综合反映了与突出直接有关 地位.二十几年来国外学者在模式识别技术应用 的煤的两种基本性质，它标志煤层突出危险难易 于数字图像处理、文字识别、语音识别等方面进 程度的煤体结构指标 行了广泛的研究，自1990年以来，周骏和陈立文 12影响煤与瓦斯突出因素确定 等国内学者提出了在煤矿灾害预测中应用模式 基于煤与瓦斯突出特征分析，初步确定影响 识别方法).煤与瓦斯突出机理十分复杂，影响 煤与瓦斯突出的自然因素有：(1)活动构造；(2)最 因素很多，不同矿区、不同煤层、不同构造条件下 大主应力：(3)应力梯度：(4)顶板岩性：(5)煤坚固 煤与瓦斯突出具有不同的模式，本文提出了煤与 性系数：(6)瓦斯放散初速度：(T)瓦斯压力；(8)瓦 瓦斯突出多因素模式识概率预测方法，并在播一 斯含量；(9)煤岩体渗透率：(10)煤钻屑瓦斯解吸 矿煤与瓦斯突出预测中进行了成功的应用. 指标；(11)煤厚变化（构造煤）：(12)开采深度. 确定了煤与瓦斯突出的影响因素后，采用地 1煤与瓦斯突出影响因素 质动力区划方法、地应力测量、固流耦合分析、现 1.1煤与瓦斯突出预测研究现状 场实测、数值分析、井田钻孔数据分析等多种方 影响煤与瓦斯突出的因素很多，其机理十分 法，确定了各单项影响因素的分布，建立了井田 复杂.多数学者认为煤与瓦斯突出是地应力、瓦 煤与瓦斯突出单项影响因素数据库，这是煤与瓦 斯压力、煤的物理力学性质三因素作用的结果. 斯突出多因素模式识别的基础. 实际情况要复杂得多，煤与瓦斯突出是多个影响 因素综合作用的结果.原煤炭工业部1995年制定 2煤与瓦斯突出多因素模式识别 的《防治煤与瓦斯突出细则》第26条规定：“预测 概率预测 煤层突出危险的指标可用煤的破坏类型、瓦斯放 散初速度、煤坚固性系数和煤层瓦斯压力.” 21煤与瓦斯突出预测过程及步骤 目前我国普遍采用的突出区域预测指标是 煤与瓦斯突出多因素模式识别概率预测方 收稿日期：2004-0607修改日期：2004-10-18 法阿在系统地分析影响煤与瓦斯突出影响因素的 基金项目：“十五”国家科技攻关项目No.2001BA803B0404) 基础上，查明煤与瓦斯突出的主要影响因素，揭 作者简介：张宏伟(1957一)，男，教授，博士 示影响煤与瓦斯突出的多个主要因素与突出危

第 2 7 卷 第 4 期 :之0 0 5 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n i v e r s ity o f S c i e n e e a n d eT e b n o l o gy B e ij in g V d l . 2 7 N o . 4 A u g . 2 0 0 5 潘一矿煤与瓦斯突出危险性模式识别 与概率预测 张宏 伟 ” 李 胜 ” 袁 亮 2 , 刘 永庆 2 , l) 辽 宁工程 技术 大学 , 阜 新 12 3 0 0 2) 淮 南矿 业 (集 团 )有 限责任 公司 , 淮南 2 3 2 0 01 摘 要 通过 地质 动力 区划 方 法确 定 了区 域 地质 构造 背景 . 在 查 明多个 突 出影 响因素 与突 出 危 险性之 间 的 内在 联系 的基 础上 , 建立 了多 因 素模 式识 别模 型 , 确 定 了 煤与 瓦斯 突 出概 率 预 测准 则 , 采 用多 因 素 模式 识别 概率 预测 方法 完成 煤 与瓦斯 突 出危 险性 的区域 预测 . 划 分潘 一 矿 井 田 的煤与 瓦斯 突 出危 险区 、 突 出威 胁 区 和无 突 出危 险区 , 对 煤与瓦 斯突 出 危 险性做 出 了 评估 , 提 高 了瓦 斯灾 害预 测 的准确 性 . 关键 词 煤与 瓦斯 突 出; 模 式识 别 ; 概 率预 测 ; 地质 动力 区 划 分 类号 T D 7 1 3 + . 2 对 国 内外突 出事 例 的统 计 分析 表 明 , 煤 与 瓦 斯突 出在 井 田 中的分 布是 不 均匀 的 , 比较 集 中 的 分布 在某 些地 质构 造 带 , 称 之 为 区 域性 分布 「1] . 因 此 , 区 域 预测 煤 与瓦 斯突 出 防治 工作 占有 重要 的 地位 . 二 十几 年来 国外 学 者在 模 式识 别技 术应 用 于数 字 图像 处理 、 文 字 识别 、 语音 识 别 等方 面 进 行 了广泛 的 研究 , 自 19 90 年 以来 , 周 骏 和 陈立 文 等 国 内学者 提 出 了在 煤矿 灾 害 预 测 中 应用 模 式 识 别方 法 口,3] . 煤 与 瓦斯 突 出机 理十 分 复 杂 , 影 响 因素 很 多 , 不 同矿 区 、 不 同煤 层 、 不 同构造条件 下 煤与 瓦斯 突 出具有 不 同 的模式 . 本 文提 出 了煤 与 瓦斯 突 出多 因素模 式识 概 率预 测方 法 , 并 在潘 一 矿 煤 与 瓦斯 突 出预 测 中进 行 了成 功 的应 用 . 1 煤 与 瓦 斯 突 出影 响 因 素 L l 煤 与 瓦斯 突 出预 测 研 究现 状 影 响煤与 瓦斯 突 出 的 因素很 多 , 其 机 理十 分 复杂 . 多数 学 者认 为 煤 与瓦 斯 突 出是 地应 力 、 瓦 斯 压力 、 煤 的物 理力 学 性质 三 因素作 用 的结果 , , . 实 际情 况要 复杂 得 多 , 煤与 瓦斯 突 出是 多个 影 响 因素综 合作用 的结果 . 原 煤炭 工业 部 19 95 年 制定 的 《防 治煤 与 瓦斯 突 出细 则》 第 2 6 条 规定 : “ 预 测 煤层 突 出危 险的指 标 可用 煤 的破坏 类 型 、 瓦斯 放 散 初速 度 、 煤坚 固性 系数 和 煤层 瓦 斯压 力 . ” 目前 我 国 普遍 采 用 的 突 出 区 域 预测 指 标 是 收稿 日期 : 2 0 04 e 习6刁 7 修改 日期 : 2 0 0伞 l于1 8 基金项 目 : “ 十五 ” 国家科技 攻关 项 目困众 20 0l B A 8 03 B 04 04 ) 作 者简 介 : 张宏 伟( 195 7一 ) , 男 , 教 授 , 博士 D 值 与 K 值 `s] , 其 中 K 值 (K = △尸 /力由反 映煤 体 性 质 的两个 重要 指 标组 成 , 一是表 示 煤体 强度 的煤 的坚 固性系 数 f , 二是 表示 煤 体 快速 放 散瓦 斯 的 初 速 度△尸 . K 值 指 标 综合 反 映 了与突 出直接 有关 的煤 的两种 基 本性 质 , 它标 志煤 层 突 出危险 难 易 程 度 的煤 体 结构 指 标 . 1.2 影 响煤 与 瓦斯 突 出 因 素确 定 基 于 煤与 瓦斯突 出特 征 分析 , 初 步 确 定影 响 煤 与瓦 斯突 出的 自然 因素有 : ( l) 活 动 构造 ; (2) 最 大 主 应 力 ; (3 )应 力梯 度 ; (4) 顶 板 岩 性 ; (5 )煤 坚 固 性 系 数 ; (6 ) 瓦斯 放散初速 度 ; (7 ) 瓦 斯压 力 ; (8) 瓦 斯 含 量 ; (9 ) 煤 岩体 渗透 率 ; ( 10) 煤 钻 屑 瓦斯解 吸 指 标 ; ( 11) 煤 厚 变 化 (构 造煤 ) ; ( 12) 开采 深 度 . 确 定 了煤 与瓦 斯突 出的影 响 因素后 , 采用 地 质动 力 区 划方 法 、 地应 力测 量 、 固流 藕 合分析 、 现 场 实 测 、 数 值 分 析 、 井 田钻 孔 数据 分 析等 多种方 法 , 确 定 了各 单 项影 响 因素 的 分布 , 建立 了井 田 煤 与 瓦斯 突 出单项 影 响因 素数据 库 , 这 是煤 与瓦 斯 突 出多 因 素模 式 识别 的基础 . 2 煤 与 瓦 斯 突 出 多 因 素 模 式 识 别 概 率预 测 .2 1 煤 与 瓦斯 突 出预 测过 程 及步 骤 煤 与 瓦 斯 突 出 多 因素 模 式 识 别 概 率 预 测 方 法所,在 系统 地 分析 影响 煤与 瓦斯 突 出影 响因素 的 基 础 上 , 查 明煤 与 瓦斯 突 出 的主要 影 响 因素 , 揭 示 影 响 煤与 瓦斯 突 出 的多 个主 要 因素 与突 出危 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 04. 004

·400 北京科技大学 学 报 2005年第4期 险性之间的内在机制，运用多因素模式识别技术 进行综合智能分析，应用神经网络和模糊推理方 =品22品品94盒8出2山4品·名品点品 法确定预测区域各单元的危险概率，建立煤与瓦 斯突出危险性多因素模式识别概率预测模型，对 煤与瓦斯突出的危险性进行分类，划分煤与瓦斯 突出危险区、突出威胁区和无突出危险区， 煤与瓦斯突出预测步骤如下：(1)输入变量模 糊化：(2)模糊算子的应用与模糊蕴含：(3)模糊合 成：(4)反模糊化：（⑤）区域预测及结果后处理. 进行预测时需选定井田区域，以影响煤与瓦 斯突出的多因素参数作为输入数据建立预测矩 阵，采用模式识别方法完成整个区域预测过程. 输出每一单元的突出危险性概率值，将突出危险 图1模式识别系统运行界面 性概率值存储在数据库中，完成区域预测 Fig.1 GUI of the pattern recognition system 22影响因素和概率预测指标确定 3应用实例 研究中，选用八个影响因素：活动构造、最大 主应力、应力梯度、顶板岩性、煤坚固性系数、瓦 3.1潘一井田构造特征及煤与瓦斯突出 斯放散初速度、瓦斯压力和瓦斯含量：分析各单 潘一井田位于潘集背斜南翼及东西部倾伏 一因素进行数据处理，提取特征，将单一因素分 转折端南翼.地层走向自东向西为N30E至N60° 别与井田内已经发生突出的数据复合， W,倾向SE-SW,倾角由浅入深逐渐变缓(20 确定煤与瓦斯突出危险性的概率预测准则： 7).井田内以斜切张扭性断层为主，压扭性断层 危险区概率预测指标>0.6，威胁区概率预测指标 次之.张扭性断层为潘一矿井田主要断层，是影 为0.60.3，安全区概率预测指标<0.3. 响井开拓、生产的主要地质因素：主要压扭性 23煤与瓦斯突出多因素模式识别概率预测 断层为走向和背斜轴向基本一致或二者交角20 煤与瓦斯突出预测模式识别基本原理是基 30°的逆断层，其落差较大，是确定井田边界及采 于这样的认识：煤与瓦斯突出是受多因素控制. 区边界的地质依据.潘一井田构造纲要图见图2. 如果取n个因素研究，把每一个因素看作一个向 潘一矿13-1煤层煤与瓦斯突出情况见表1. 量的元素，那么，n个因素就组成一个n维向量.n 3.2潘一矿13-1煤层煤与瓦斯突出模式识别 个因素的每一种组合就是一种模式识别，都在” 对井田区域进行网格划分，将潘一矿划分为 维特征空间维惟一对应一个位置.一个合理的假 100m×100m的网格共计7474个，研究中为避免 设是同类模式在特征空间相距很近，不同类的模 边界效应，研究区域略大于井田范围， 式相距较远；也就是说相距很近的模式它们的特 煤与瓦斯突出多因素模式识别概率预测结 征相差不大，如果用某种方法分割空间，使得同 果：图3是以突出危险性概率值大小生成分层着 一类模式大体在特征空间的同一个区域中.对于 色预测图.图4是各预测单元的概率统计直方 待分类的模式，就可根据它的特征向量在特征空 图，预测结果与工程图结合可生成单元预测图. 间的哪一个区域而判定它属于哪一类模式.模式 对单元突出危险性概率值分析统计结果表明，潘 识别的任务就是用某种方法划分特征空间，使得 一矿13-1煤层突出危险性概率值最大值为 同类的模式位于同一个区域.对特征空间进行划 0.7431,最小值为0.1462，最大值位于井田西南 分是一套严密的数学计算方法，习惯上称之为分 部，最小值位于井田西北部低应力区，系统对潘 类器或学习机可. 一矿13-1煤层突出危险性区域预测的结果表明 系统采用Windows标准图形用户界面，上部 该煤层存在严重的突出危险. 为系统菜单，中间为工具条，左边为图层显示控 33模式识别概率预测突出危险性效果检验 制栏，通过全视图方便地实现全图缩放、图形移 潘一矿从全矿范围看，预测基本分为三个条 动和图形浏览（见图1）. 带，即煤层浅部为安全区、中部为突出威胁区、深

· 4 00 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 5 年 第 4 期 险性 之 间的 内在 机制 , 运用 多因素 模式 识别 技术 进 行 综合智 能分 析 , 应用 神经 网络 和模 糊推 理方 法确 定预测 区 域 各单 元 的危 险概率 , 建立煤与瓦 斯 突 出危险 性 多因 素 模式 识别概 率预 测模 型 , 对 煤 与 瓦斯突 出 的危险 性进 行分类 , 划分 煤与 瓦斯 突 出危 险 区 、 突 出威 胁 区 和 无突 出危 险 区 . 煤与 瓦斯 突 出预测 步骤 如下 : ( l) 输入 变量 模 糊 化 ; (2) 模糊 算 子 的应用 与 模糊 蕴含 ; (3) 模 糊 合 成 ; (4 ) 反模糊化 ; (5 ) 区 域预 测及 结 果 后处 理 . 进 行 预测 时需 选 定井 田区域 , 以影响煤与 瓦 斯 突 出 的多 因素 参 数 作 为输 入 数据 建 立 预测 矩 阵 , 采 用模 式 识别 方 法完成 整 个 区域 预测 过 程 . 输 出每 一 单元 的突 出危 险性概 率值 , 将 突 出危 险 性 概 率值 存储 在 数据 库 中 , 完 成 区 域预 测 . .2 2 影 响 因素和 概 率预 测 指标确 定 研 究 中 , 选用 八 个影 响 因素 : 活动 构造 、 最 大 主应 力 、 应 力 梯度 、 顶板 岩 性 、 煤 坚固性 系数 、 瓦 斯 放散 初速 度 、 瓦斯 压 力和 瓦斯 含 量 : 分 析各 单 一 因 素进 行数 据 处理 , 提 取 特 征 , 将单 一 因素 分 别 与井 田 内 己 经 发生 突 出 的数据 复合 . 确定 煤与 瓦 斯突 出危 险性 的概 率预 测准 则 : 危 险 区 概 率预 测指 标 > .0 6 , 威胁 区 概率 预测 指 标 为 .0 6一.0 3 , 安 全 区 概率 预 测指 标 < .0 3 . .2 3 煤 与 瓦斯 突 出多 因素 模 式识 别概 率 预测 煤与 瓦斯 突 出预 测模 式识 别 基 本 原 理 是 基 于这 样 的认 识 : 煤 与 瓦斯 突 出是 受 多 因素控制 . 如 果取 n 个 因素研 究 , 把 每 一个 因 素看 作一 个 向 量 的元 素 , 那 么 , n 个 因素 就组 成 一个 n 维 向量 . n 个 因素 的每 一种 组 合 就是 一种 模 式识 别 , 都 在 n 维特 征空 间维 惟一对 应 一个位 置 一个合 理 的假 设是 同类 模式 在特 征空 间相距 很近 , 不 同类 的模 式相 距较 远 ; 也就 是说 相距 很近 的模 式它们 的特 征相 差 不 大 . 如 果用 某种 方法 分 割空 间 , 使 得 同 一类 模式 大体 在特 征 空间 的同一 个 区 域 中 . 对 于 待分 类 的模式 , 就 可根 据它 的特 征 向量在特征 空 间的哪一 个 区域而 判定 它属 于哪 一类模 式 . 模 式 识 别的任 务就 是用 某种 方法 划分特 征 空 间 , 使 得 同类 的模式位 于 同一个 区 域 . 对特 征 空 间进 行 划 分 是一套 严 密 的数 学计 算方 法 , 习 惯 上称 之 为分 类 器或 学 习 机闭 . 系统 采用 Wi n do w s 标准 图形 用 户 界面 , 上 部 为系统 菜 单 , 中 间 为工 具条 , 左 边 为 图层 显示 控 制 栏 , 通 过全 视 图方 便地 实 现全 图缩放 、 图形 移 动 和 图形 浏 览 (见 图 1) . 图 1 模 式识 别系统 运行界 面 F ig . 1 G lU o f tb e p a et , 民 e o g . 州。 . sy s et m 3 应用 实例 .3 1 潘一 井 田 构造 特 征 及煤 与瓦 斯 突 出 潘 一井 田 位 于 潘 集 背斜 南 翼 及 东 西 部倾 伏 转 折端 南 翼 . 地层走 向 自东 向西为 N3 o0 E至 N 6 o0 W , 倾 向 S ~E S W , 倾 角 由浅入 深 逐渐 变缓 (20 一 7o ) . 井 田 内 以斜 切 张扭 性 断层 为主 , 压 扭性 断层 次之 . 张 扭性 断层 为潘 一 矿井 田 主要 断层 , 是影 响矿 井 开拓 、 生产 的主 要 地质 因素 ; 主 要压 扭性 断层 为走 向和 背斜轴 向基 本一 致或 二者交 角 20 一 3 0 的逆 断层 , 其落 差较 大 , 是确定井 田 边界 及采 区 边 界 的地 质依 据 . 潘 一井 田构 造纲要 图见 图2 . 潘一 矿 13一 1 煤 层煤 与 瓦斯 突 出情 况见 表 1 . .3 2 潘 一矿 13 一1 煤层 煤 与瓦 斯突 出模 式 识别 对 井 田区 域进 行 网格划 分 , 将潘 一矿 划 分为 I O0 m x l o m 的 网格共 计 7 4 74 个 , 研 究 中为避 免 边界 效应 , 研 究区域 略 大 于井 田范 围 . 煤 与 瓦 斯 突 出 多 因素 模 式 识 别概 率预 测 结 果 : 图 3 是 以突 出危 险性 概 率值 大小 生成 分层 着 色预 测 图 . 图 4 是 各预 测 单元 的概 率统 计直 方 图 , 预 测 结果 与工 程 图结 合可 生成 单元 预 测 图 . 对单 元突 出危 险性 概率值 分析 统计 结果表 明 , 潘 一 矿 13一 1 煤 层 突 出 危 险 性 概 率 值 最 大 值 为 .0 74 3 1 , 最小值 为0 . 146 2 , 最大 值位 于井 田 西南 部 , 最 小值 位 于井 田 西北 部低 应 力 区 . 系统 对潘 一矿 13 一 1 煤层 突 出危 险 性 区域预 测 的 结果 表 明 该煤 层 存在 严 重 的突 出危 险 . .3 3 模式 识 别概 率 预测 突 出危 险性 效果 检验 潘一 矿从 全矿 范 围看 , 预 测基 本 分为三 个条 带 , 即煤 层 浅部 为安全 区 、 中部 为突 出威胁 区 、 深

Vol.27 No.4 张宏伟等：潘一矿煤与瓦斯突出危险性模式识别与概率预测 ·401· 13-1 F12 11-2 下35 F34 图 例 一彐露头一☐断厅十习背斜轴 图2潘一井田构造纲要图 Fig.2 Fault frame of Panyi mining field 表1潘一矿C煤层煤与瓦斯突出情况统计表 Table 1 Statistics of coal and gas outburst within C coal bed of Panyi Mine 突出强度 序号 时间 地点 巷道类别 距地表垂深/m 突出前作业形式 突出类型 煤量作瓦斯/m 1 1979.12 -595主井清理斜 石门 615 手镐 30.001521 突出 2 1985.12 1361(3)下顺槽 煤巷 519 39.50 2704 倾出 3 1986.01 1361(3)下顺档 煤巷 514 风镐 2.50 525 倾出 4 1986.02 1361(3)下顺槽 煤巷 514 综掘 6.00 656 倾出 1986.03 13613)下顺槽 煤巷 514 综掘 18.00 2336 压出 6 1986.11 1361(3)切眼 煤上山 504 放炮 3.40 912 领出 7 1987.02 东一煤下山 煤下山 480 风镐 0.60 348 倾出 8 1987.02 东一煤下山 煤下山 482 放炮 17.60 7331 倾出 9 1990.12 1371(3)下顺槽 煤巷 550 手镐 17.80 2640 压出 10 1991.10 1371(3)下顺槽 煤巷 520 放炮 70.0022366 突出 11 1991.11 13713)切眼 煤巷 535 手镐 25.502747 压出 14 1997.01 1171(3)下顺槽 煤巷 569 架棚 36.0016780 压出 2500 2000 1500 设 1000 500 0.2 03 040.50.60.70.80.910 图3煤与瓦斯突出横式识别预测结果 概率值 Fig.3 Prediction result of coal and gas outburst pat- 图4突出危脸性概率值分布直方图 tern recognition Fig.4 Drawing of outburst probability distribution 部为突出危险区.潘一矿在实际生产过程中，在 出量有所增加，但很少出现煤与瓦斯突出动力现 安全区进行采掘作业时，瓦斯量小，从未发生煤 象：而有突出危险区作业时，瓦斯涌出量较大，时 与瓦斯突出现象：在突出威胁区作业时，瓦斯涌 常出现瓦斯超限，且发生过煤与瓦斯突出事故

V 匕】.2 7 N 0 . 4 张宏伟 等 : 潘 一矿 煤与 瓦斯 突 出危 险性模 式识 别 与概 率预 测 一 4 0 1 . 犷字二 ;江 嚼 瞬 黔 一乡咬千 , 2, F 3 5 F3 4 黔 诊 lx 丫 v 图 例 三三 露头 三} 三二 断层 匠三 背斜轴 图 2 潘 一井 田 构 造纲 要图 F ig . 2 F a u l t fr a m e o f P a . 如 m i n in g n e ld 表 1 潘 一矿 C l二 . 煤层 煤 与瓦斯 突 出情况统 计表 aT b l e 1 S at 施 it e s o f e o a l a n d g a s o u t b u 路 t w i t卜i n C .二 , c o a l b e d of P a . y i M i n e 序 号 时间 地点 巷道类 别 距 地表 垂深 m/ 突 出 前作业 形式 手镐 2 3 4 5 6 7 8 9 l 0 l l l 4 19 7 9 . 12 19 8 5 . 12 19 8 6 0 1 19 8 6 . 02 19 8 6 一 0 3 19 8 6 . 1 1 19 8 7 0 2 19 8 7 . 0 2 19 9 0 . 12 19 9 1 . 10 19 9 1 . 1 1 1 9 9 7 . 0 1 一 59 5 主井 清理斜 13 6 1( 3)下 顺槽 13 6 1( 3 )下 顺槽 13 6 1( 3 )下顺 槽 13 6 1( 3 )下顺 槽 13 6 1(3 )切 眼 东一煤 下 山 东一煤 下 山 13 7 1 (3 )下顺 槽 1 3 7 1 ( 3 )下顺槽 13 7 1(3 )切 眼 117 1( 3 )下 顺槽 石 门 煤巷 煤巷 煤巷 煤巷 煤上 山 煤 下 山 煤 下 山 煤巷 煤巷 煤 巷 煤 巷 4 8 2 5 5 0 风镐 综掘 综掘 放 炮 风 镐 放 炮 手 镐 放 炮 手 镐 架 棚 突 出强度 煤量 t/ 瓦 斯 m/ , 30 . 0 0 1 5 2 1 3 9万0 2 7 0 4 2 5 0 5 2 5 6 . 0 0 6 5 6 1 8刀0 2 3 36 3 4 0 9 1 2 0 . 6 0 3 4 8 17 . 6 0 7 33 1 17 8 0 2 64 0 7 0 . 0 0 2 2 36 6 2 5乃 0 2 7 4 7 3 6 . 0 0 16 7 8 0 突 出类 型 突 出 倾 出 倾 出 倾 出 压 出 倾 出 倾 出 倾 出 压 出 突 出 压 出 压 出 气一户O4 , CU .1, 1 `.1 1 n OQ 6 工J哎工ù3 ù I óō、à 4 n .f 2g 八` ù、ù、J I一 `U 部 为突 出危 险 区 . 潘 一 矿 在 实 际生 产过 程 中 , 在 安全 区 进行 采 掘 作业 时 , 瓦斯 量 小 , 从 未 发 生煤 与瓦 斯 突 出现 象 ; 在 突 出威 胁 区 作业 时 , 瓦斯 涌 出量 有所 增 加 , 但很 少 出现煤 与 瓦斯 突 出动力 现 象 ; 而有 突 出危 险区 作业 时 , 瓦斯 涌 出量较大 , 时 常 出现 瓦斯 超 限 , 且 发生 过 煤 与瓦 斯 突 出事 故

·402· 北京科技大学学报 2005年第4期 1121(3)上风巷位于东一采区-430m标高，预 的分单元概率预测，可方便地划分煤与瓦斯突出 测结果：突出危险性概率为0.51，处于安全区和突 的危险区、威胁区和安全区，是一个比较科学的 出危险区域过度带，判定为突出危胁区域.在该 煤与瓦斯突出区域预测方法.该方法提高了煤与 道掘进期间，瓦斯涌出量一直较小，未发生过瓦 瓦斯突出区域预测准确性， 斯超限：钻屑指标及瓦斯涌出初速度从未超标. (2)将煤与瓦斯突出区域预测与危险区划分 2622(3)下顺槽位于西三采区-560m标高，预 结果与播一矿已开采区域发生的煤与瓦斯突出 测结果：突出危险性概率为0.61，判定为突出危 现象对比，预测结果的总体趋势与现场有较好的 险区域.在巷道掘进期间，瓦斯涌出量一直较大， 一致性.局部区域的预测结果与现场实际完全符 并时有超限；最大钻屑量为15.5kgm,平均为 合.对矿井预防煤与瓦斯突出工作起指导作用. 7.45kgm',，瓦斯涌出初速度最大为9.1Lmn, (3)预测结果表明煤与瓦斯突出危险性与确 平均为5.24L~min',检验指标时常超限，平均月 定的各单项影响因素没有明显的对应关系，说明 进尺仅为64.5m,后经采取深动松动爆破措施才 煤与瓦斯突出是多种因素综合作用的结果. 得以改善 (4)基于煤与瓦斯突出特征确定的八个主要 1171(3)下顺槽位于东一采区-520m标高，预 影响因素有待进一步检验，煤体结构特征是重要 测结果：突出危险性概率为071，判定为突出危 的影响因素，应纳入识别系统中，进行深入研究. 险区域。在该巷道掘进期间，发生过一次突出 参考文献 (1997年1月26日)，突出煤量约36t,突出瓦斯量 [小于不凡·煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册.北京：煤炭 约16780m. 工业出版社，2000.425 通过比较，矿C1煤层煤与瓦斯突出预测结 [2]Li S,Zhang H W.Coal and gas outburst model recognition and 果与实际采掘作业的瓦斯情况是基本吻合的，也 regional prediction.In:Proceedings in Mining Science and Saf- 符合煤与瓦斯突出规律， ety Technology.Beijing:Science Publishing House,2002.331 [3]周瞍，曲云尧.煤与瓦斯突出模式识别预测软件的设计原 理.山东矿业学院学报，1996,15(1)：61 4结论 [4]张玉功，王魁军，范启炜.北票矿区煤与瓦斯突出预测预 报的研究与应用.煤矿安全，1991(1)：17 (1)基于地质动力区划的多因素模式识别概 []张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术，北京：煤炭工业出版社， 率预测方法，以活动构造、最大主应力、瓦斯压力 2001.43 和瓦斯含量等作为煤与瓦斯突出发生的主要影 []张宏伟.地质动力区划在煤与瓦斯突出区域预测中的应 用.岩石力学与工程学报，2003,22(4)：621 响因素，用模式识别方法实现了煤层突出危险性 [刀边肇棋，张学工.模式识别.北京：清华大学出版社，2000 Coal and gas outburst pattern recognition and possibility prediction of Panyi Mine ZHANG Hongwei,HAN Jun,YUAN Liang,LIU Yongqing 1)Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China 2)Huainan Mining(Group)Co.Ltd.,Huainan 232001,China ABSTRACT The regional geological fault was determined by the geo-dynamic zoning method.Based on anal- yzing the relations between the influential factors and the dangerousness of coal and gas outburst,a muti-factor mod- el of pattern recognition was established.The pattern recognition method was applied to predict the regional hazard of coal and gas outburst.Panyi mining area was then divided into the coal and gas outburst dangerous area,threa- tening area and safe area to assess and predict the hazard of coal and gas outburst.The prediction accuracy of gas in coal and gas outburst was improved KEY WORDS coal and gas outburst;possibility prediction;pattern recognition;geo-dynamic zoning

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 5 年 第4 期 112 1(3 ) 上 风巷位 于 东一采 区 一 4 30 m 标高 , 预 测 结果 : 突 出危 险性概 率 为 .0 51 ,处 于安全 区和 突 出危 险区 域 过度 带 , 判 定为 突 出危胁 区 域 . 在 该 道掘 进 期 间 , 瓦 斯 涌 出量 一直 较 小 , 未 发 生过 瓦 斯 超 限 ; 钻 屑指 标及 瓦斯 涌 出初速 度 从未超 标 . 26 2 (3 ) 下顺 槽位 于西三 采 区 一 5 60 m 标 高 , 预 测 结 果 : 突 出危 险 性概 率 为 .0 61 , 判 定 为突 出危 险 区域 . 在巷 道掘 进期 间 , 瓦斯 涌 出量 一 直较大 , 并 时有超 限 ; 最 大钻 屑量 为 15 .s gk · m 一 , , 平 均 为 .7 4 5 kg · m 一 ’ , 瓦 斯 涌 出初速 度 最 大 为 9 . 1 .L m in 一 ’ , 平均 为 5 . 24 L m in 一 ’ , 检验 指 标 时常 超 限 , 平 均 月 进 尺 仅 为 64 . 5 m , 后经 采 取深 动松 动爆 破 措施 才 得 以改善 . 1 17 1(3 ) 下顺 槽位 于 东一采 区 一 5 20 m 标 高 , 预 测 结果 : 突 出危 险性 概率 为 .0 71 , 判 定 为突 出危 险 区 域 . 在 该巷 道 掘进 期 间 , 发 生过 一 次 突 出 ( 19 9 7 年 l 月 2 6 日) , 突 出煤量 约 36 t , 突 出瓦斯 量 约 16 7 8o m , . 通 过 比较 , 矿 C : 3一 : 煤层 煤 与 瓦 斯 突 出预测 结 果 与实 际采 掘作业 的 瓦斯情 况是基 本 吻合 的 , 也 符 合煤 与 瓦斯 突 出规律 . 的分单 元概率预测 , 可方便 地划 分煤与 瓦 斯突 出 的危 险区 、 威 胁 区 和 安全 区 , 是一个 比 较科 学 的 煤 与瓦斯 突 出区 域 预测 方法 . 该 方法提 高 了煤与 瓦斯 突 出区 域预 测 准确 性 . (2 ) 将 煤 与瓦 斯突 出区域 预测 与 危险 区划 分 结 果 与 潘 一矿 已 开采 区 域 发 生 的煤 与 瓦斯 突 出 现 象对 比 , 预测 结果 的总体 趋势 与现 场有 较好 的 一 致性 . 局 部区 域 的预 测结 果与现 场 实 际完 全符 合 . 对矿 井 预 防煤 与瓦 斯 突 出工作 起指 导 作用 . (3 ) 预 测 结果 表 明煤 与瓦 斯突 出危 险性与 确 定 的各 单项 影 响因素 没有 明显 的对应 关系 , 说 明 煤 与 瓦斯 突 出是 多种 因素 综合 作 用 的结 果 . (4 ) 基 于煤 与瓦 斯 突 出特 征 确 定 的八个 主要 影 响因素 有待进 一 步检验 . 煤体 结构特 征是 重要 的影 响 因素 , 应 纳入 识别 系统 中 , 进 行深 入研 究 . 考 文 献 4 结 论 ( l) 基 于地 质 动 力区划 的多 因素模式 识别 概 率 预测 方法 , 以活 动构 造 、 最大 主应 力 、 瓦斯压 力 和 瓦斯含 量 等 作 为煤 与 瓦斯 突 出发 生 的主 要 影 响因素 , 用模 式 识别方 法 实现 了煤层 突 出危 险性 于不凡 . 煤矿 瓦 斯 灾害 防治及利 用技 术手册 . 北 京 : 煤 炭 工业 出 版社 , 20 0 . 42 5 L I S , Z h an g H W C o al an d gas ou tb urs t m o d e l cre o g n i ri o n an d re g ion al rP e id e tion . ih : P or e e e d in g s in M l n i n g S e l e n c e an d s 舔 ety eT e hn o l o gy . B e ij ign : S e i e n e e P l l b li s h ign H o u s e , 2 00 2 . 3 3 1 周 骏 , 曲云 尧 . 煤与 瓦斯突 出 模式 识别 预测软件 的设计原 理 . 山 东矿业学 院学 报 , 19 9 6 , 1 5( l ) : 6 1 张 玉功 , 王魁 军 , 范启炜 . 北票矿 区 煤 与瓦 斯 突 出预 测预 报 的研 究 与应用 . 煤矿 安全 , 19 91 ( l) : 17 张 铁 岗 . 矿 井瓦斯 综合治 理技术 . 北 京 : 煤 炭工业 出版社 , 2 0 0 1 . 4 3 张 宏伟 . 地 质动 力区 划 在煤 与瓦斯 突 出 区 域预测 中 的应 用 . 岩石 力学与工 程学报 , 2 0 0 3 , 2 2 ( 4 ) : 6 2 1 边 肇棋 , 张学 工 . 模式 识别 . 北京 : 清华 大学 出 版社 , 2 0 0 参2l[] C o al an d g a s o u t b ur s t P at em r e e o g n i t i o n an d P o s s i b ili yt P er d i e t i o n o f P a n y l M i n e 刀朔 刀G oH 刀g w e il), AH N uJ l)n, n AJ N L ia 心 ), IL U oY 刀 g甘动犷 ) 1) L i a浏 n g eT e h n j e a l饰 i v e sr i,yt F xu in 12 3 00 0 , C h in a Z ) H u a i n an M i n ing ( G r o u P ) C o . L td . , H u ian an 23 2 0 0 1 , C h i n a A B S T R A C T Th e r e g i on ia g e o l o ig e al af u lt w a s d et e n n in e d 饰 t h e g e o 刁y n 脚i e z o mn g m e t h o d . B as e d o n an a l - y z i n g ht e r e l at ion s b e tw e en ht e i n fl u e n ti al acf t o r s an d hte d an g oeru s n e s s o f e o a l an d g a s o utb ur s t , a n l u ti 一 af e ot r m o d - e l o f P a 廿e m r e e o gn it i o n w a s e s t ab l i s he d . T五e P a 廿e nr r e c o g n i t i o n m e ht o d aw s a P P 1i e d ot P r e id ct ht e er ig o n a l h az a r d o f e o a l a n d g a s o ut b ur st . P a n y i m而gn aer a w a s t h en d i v i d e d i n t o het e o a l an d g a s o ubt usr t d a n g e or us aer a J I甘 e a￾t e m n g aer a an d s a fe aer a ot as s e s s an d P er d i e t het h aZ a r d o f e o a l an d g a s o ut b ur s t . hT e rP e d i c t i o n ac e ur ac y o f g a s i n e o a l an d g a s o u t bur s t 军v a s i m P r o v e d . K E Y W O R D S e o al an d g as o ut b ur st ; P o s s ib iliyt P r e d i e it o n : P at e m er e o g n l t ion : g e o 一 d y n am i e z o n l n g