专利名称：煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种煤与瓦斯突出预警指标体系，具体涉及一种煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系。
背景技术：
煤与瓦斯突出是煤矿下生产过程中发生的一种极其复杂的动力现象，它能在较短的时间内由煤体向巷道或采场突然喷出大量的煤炭及涌出大量瓦斯，并造成一定的，有时是十分巨大的动力效应，它是既瓦斯爆炸之后最严重的瓦斯灾害，是地应力和瓦斯压力共同作用的结果。煤与瓦斯突出是目前煤矿威胁重大的事故之一，一直以来，国内外煤界投入了大量人力、物力和财力用于防治煤与瓦斯突出研究。根据近两年统计，突出事故在起数和伤亡人数止均为事故之首，对其进行有效防治是亟待解决的技术难题。目前，针对突出的防控主要分为预测、预防、预警和预报4个方面的研究。从时间和内容确定性方面区分，预测和预防是在突出孕育发展过程之前，预防是防止突出事故发生；预测是确定突出的危险程度和空间分布，结果的确定性也较差；预报在时间上更临近事故，事故发生基本上是确定的，但其信息发布需要经过权威部门或单位发布；而预警则是在突出开始孕育发展的整个过程中分等级做出的信息披露，可靠性最高，高等级的预警可以认为是预报，从而突出预报、预警成为研究热点。指标体系是煤与瓦斯突出预警的主要基础和依据，从而煤与瓦斯突出预警的敏感指标与临界值确定方法一直是研究重点之一，但已有研究多将煤与瓦斯突出归结为自然灾害，未能从安全系统理论角度对煤与瓦斯突出的影响因素进行综合考虑，指标体系相对较为单一，且多为静态指标，无法实现对煤与瓦斯突出的实时动态辨识与预警。从而，急需一种更加科学、全面的预警指标体系，以为煤与瓦斯突出早期辨识与实时预警奠定基础。对指标进行量化、形成突出危险综合指数，研究建立科学、全面的预警指标体系，实现实时跟踪预警是防控突出事故发生造成人员伤亡的关键。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系。本发明的目的可以通过以下技术方案实现:一种煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系，其特征在于包括实时指标、现场观感指标、实测和基础指标。所述实时指标是指为基于现有瓦斯监测系统采集的实时瓦斯浓度数据，包括等效瓦斯浓度、波动率、频率、均值线和瓦斯浓度增幅。特点是可灵敏反映突出孕育阶段的异常涌出、地应力活动和煤岩体变化。现场观感指标是反映煤与瓦斯突出早期阶段的宏观和微观的各种征兆，通过现场人员的观察获得。 主要有:I)打钻异常，是指工作面在打钻时存在夹、顶钻现象，以及打钻时有喷孔等动力现象；2)应力异常，是指工作面支架表现出变形、承压增大、煤壁掉碴，煤炮声及其它异常等应力增大现象；3)地质构造，指当前和前方10 20m范围是否存在地质构造，填写有、无，若有则填写与构造的距离，如"有，6m"(表示有构造，构造距工作面为6m)；4)煤层变化，是指煤层出现由薄变厚、层理与纹理紊乱、硬度变软等方面的异常；5)工艺，本班和上一班存在诱发突出的生产工艺，如放炮、打钻、割煤；炮掘工作面显示放炮、打眼；6)应力集中，存在或有可能存在，如相向掘进、回米，芽过上下层的应力集中的带和应力集中的煤柱区；7)煤壁温度下降。所述实测与基础指标，工作面生产过程采用和测定的突出预测参数，基础指标是工作面的生产环境，包括开采深度、煤层厚度、与断层的相对位置关系。这是静态评价指标，可作为预警决策参考。本发明的有益效果:1、与已有类型煤与瓦斯突出预警指标体系相比，本发明的预警指标体系由实时指标、现场观感指标、实测和基础指标构成。实时指标反映了瓦斯涌出异常的本质和现象；现场观感指标主要反映瓦斯压力和地应力异常；实测指标(钻屑量和钻孔瓦斯涌出初速度等)和煤层基础信息主要反映煤层和瓦斯地质异常，三类指标体系相结合可全面反映煤与瓦斯突出机理、在早期孕育阶段的动态演化过程。
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2、本发明的预警指标体系，针对各指标设定不同的预警等级，如关注、提醒、警告和响应。工作面预警等级直接由各指标预警等级综合确定，保证了预警信息的可靠性。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。一种煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系，包括:1、实时指标I)等效瓦斯浓度(等效浓度)建立在以等效瓦斯浓度为基础的实时参数，以消除了风量变化对瓦斯浓度产生的影响。所谓等效瓦斯浓度即是采用风量校正后的瓦斯浓度，采用式(I)计算:Cj = Cj.-j-( I )
I O式中C1-等效瓦斯浓度，C1-瞬时瓦斯浓度，％ ；V0-基准风速，m/s ；V1-瞬时风速，m/s。以下指标中采用的瓦斯浓度均为等效瓦斯浓度:2)等效瓦斯浓度波动率(简称波动率)及其变化趋势等效浓度波动率为实时值，表示实时等效浓度与相对于均值的变化，反映瓦斯涌出的异常程度，是预警突出的最重要敏感指标之一。波动率按下式计算:4 =丨00 ciZ0mi(2；
^mi式中:Bi_i时刻波动率，％ ；C1-实时等效瓦斯浓度，Cm1-基准值，即不包括当前实时值的前长周期的均值，％。波动率反映瓦斯涌出异常。波动率值超过某一值和/或相邻波动率发生正负变化都可作为预警指标。深层次反映煤岩体活动，应力变化导致裂隙张闭等情况。此处采用周期内波动率超过指标(根据均值浓度确定)次数、周期内正负变化次数作为波动率指标异常判别标准。3)等效瓦斯浓度变值频率(简称频率)增值频率增值指标为基于变值变态的监测数据处理模式而定的指标，所谓变值即是当前浓度与前一浓度值相比，若发生变化则被记录，即ACi = C1-Cp1 Φ 0，则N = N+1。频率值即是一个周期内等效瓦斯浓度变值次数，用N表示。频率增值即为当前周期与上一周期频率值之差，ANi = N1-Ni+周期内等效瓦斯浓度变值次数(记录数Mn/min)，瓦斯涌出的变化若频率随时间逐渐增大，则预示瓦斯涌出异常。频率变化用增大率P进行量化。P =当前周期频率 /前3个周期频率均值。若P值有增大趋势，表示突出危险性增大。越临近突出，频率增加越显著。4)均值线及其变化趋势采用移动平均值算法。平均值是先求得序列中一组数据的总和，再除以该组数据的项数，所得到的数据称为“平均数”。所谓“移动”，是加入一个新数据的同时，剔除原数据序列中最后一个，得到新的数据序列，数据总项数不变，计算公式不变。设计了短期均线、中期均线和长期均线三种均线形式。计算时先确定三种均线的时期周期，如10s、30s和60s或60s、120s和240s。一个周期内的平均值即是该周期中采集的数据之和除以数据个数。移动平均值即是，在计算下一个周期平均值时，在上个周期的数据基础上，加入一个新的监测数据，同时剔除上个周期中的最后一个(时间最远的)监测值，如此重复进行。每个周期的平均值的计算公式为:Cm = Lf Ci， (/ = !,2,...,//)>1)式中:C1-周期内i时刻浓度值；η-周期内采集数据个数；Cm-周期内的平均值。也可采用下式计算:(’mi = Cm(1-1) + 丄(Γ, -Cn)(4)
ηCm1-1时刻均值；Cm(iI)-上时刻均值；
C1-1时刻浓度；Cn-上一相邻均值周期内最后一个浓度值。5)浓度增幅k当前实时浓度比上巡检周期浓度增加幅度(增大率)，当增加(大)率值超过预设值时视为异常，其中预设值随Cg变化而变化。计算公式为:
权利要求
1.一种煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系，其特征在于包括实时指标、现场观感指标、实测和基础指标。
2.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系，其特征在于所述实时指标是指为基于现有瓦斯监测系统采集的实时瓦斯浓度数据，包括等效瓦斯浓度、波动率、频率、均值线和瓦斯浓度增幅。
3.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系，其特征在于所述现场观感指标是反映煤与瓦斯突出早期阶段的宏观和微观的指标，包括打钻异常、应力异常、地质构造、煤层变化、生产工艺、应力集中和煤壁温度下降。
4.根据权利要求1所述的煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系，其特征在于所述实测与基础指标，工作面生产过程采用和测定的突出预测参数，基础指标是工作面的生产环境，包括开采深度、煤层厚度`、与断层的相对位置关系。
全文摘要
本发明公开了一种煤与瓦斯突出孕育发展过程预警综合指标体系，包括实时指标、现场观感指标、实测和基础指标。本发明与已有类型煤与瓦斯突出预警指标体系相比，本发明的预警指标体系由实时指标、现场观感指标、实测和基础指标构成。实时指标反映了瓦斯涌出异常的本质和现象；现场观感指标主要反映瓦斯压力和地应力异常；实测指标和煤层基础信息主要反映煤层和瓦斯地质异常，三类指标体系相结合可全面反映煤与瓦斯突出机理、在早期孕育阶段的动态演化过程。针对各指标设定不同的预警等级，如关注、提醒、警告和响应。工作面预警等级直接由各指标预警等级综合确定，保证了预警信息的可靠性。
文档编号E21F17/18GK103244187SQ20131018322
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月16日 优先权日2013年5月16日
发明者张国枢, 关维娟, 陈清华, 何刚, 秦汝祥, 杨应迪, 唐明云, 赵志根 申请人:安徽理工大学