判断煤与瓦斯是否会突出的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及矿井或隧道中的安全方法技术领域，尤其设及一种判断煤与瓦斯是否 会突出的方法。
【背景技术】
[0002] 我国是世界产煤大国，同时也是煤矿安全形势最为严峻的国家之一。煤矿安全生 产总体水平与世界其它主要产煤国家的差距还很大，煤矿百万吨死亡率远高于美国、澳大 利亚、南非、波兰、印度等国家。在我国的煤矿事故中，瓦斯事故影响最大，重、特大瓦斯事故 频发，造成大量人员伤亡和重大财产损失，对国民经济和社会稳定发展产生了恶劣影响，严 重损害了我国的国际形象。建国W来发生一次死亡百人W上的特别重大事故23起，其中21 起属于瓦斯事故，仅在2004年到2005年，全国就发生了 6起百人W上煤矿事故，其中5起是瓦 斯事故，在国内外造成了极其恶劣的影响。经过分析，不少重特大瓦斯事故的发生是由局部 灾害事故在一定的时间内演化而来的，比如:大平煤矿瓦斯爆炸事故是先发生了煤与瓦斯 突出事故，经过29分钟后演化为特别重大瓦斯爆炸事故;孙家湾煤矿瓦斯爆炸事故是先发 生了冲击地压，经过11分钟后演化为特别重大瓦斯爆炸事故;新兴煤矿是发生煤与瓦斯突 出后1小时后演化为特别重大瓦斯爆炸事故。
[0003] 运几起事故的原因和过程给我们带来一个启示或教训：在某些局部性灾害发生 后，如果能在很短的时间内对可能发生的更大规模的灾变做出预判，并在灾变发生前采取 应急措施，消除发生灾变的必要条件，从而就可避免造成更大的瓦斯爆炸事故损失或伤亡。 党和政府高度重视安全生产工作，国家采取了多种措施，大力遏制煤矿事故特别是瓦斯事 故的发生。近年来，煤矿瓦斯事故大幅下降，安全形势有所好转。但是，煤与瓦斯突出事故依 然多发，防突形势依然十分严峻。
[0004] 国内外学者对煤与瓦斯突出机理和突出预测做了深入的研究，但对煤与瓦斯突出 后的有害气体传播，W及突出后的应急措施研究较少。
[0005] 目前，我国高瓦斯、突出矿井基本上都装备了安全监测系统，可W实时地监测到瓦 斯浓度的变化，但监测系统只简单反映传感器所在位置的瓦斯浓度变化情况，缺乏综合分 析功能。现有技术中也出现了大量的判断瓦斯是否突出的方法，但是都没有与实际情况相 结合，判断的准确性较低。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种判断煤与瓦斯是否会突出的方法，所述方 法通过对构建的虚拟煤与瓦斯突出影响因素虚拟模型进行权重比例的更新，提高了瓦斯突 出判断的准确性。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种判断煤与瓦斯是否会突 出的方法，其特征在于包括如下步骤：
[000引1)获取煤层所在实际的地质构造、地应力、煤体结构、瓦斯赋存条件W及瓦斯参 数；
[0009] 2)根据上述条件，构建煤与瓦斯突出影响因素虚拟模型；
[0010] 3)在实验室内通过实物模拟构建与步骤1)中参数相同的煤层=维地理模型；
[0011]根据矿区实际煤岩层的岩性分布和地质构造情况，按照相似模拟试验的相似原理 进行相似材料配比，在试验箱体中根据相似材料配比逐层铺设试验材料;在材料铺设过程 中，在预先设定的位置安放瓦斯面充气设备和相应的数据监测传感器;在传感器和相似模 拟材料铺设完W后，安装试验箱体的上盖、下盖W及各种数据线、管路，并使用密封胶将箱 体的周围进行密封;同时，连接瓦斯气瓶和试验箱体的瓦斯面充气装置，完成后保持压力一 定时间后进行使用；
[0012] 4)人为改变步骤3)中某一个参数使构建的煤层=维地理模型引起瓦斯突出现象， 并记录引起瓦斯突出现象时的参数值；
[0013] 5)将步骤4中引起瓦斯突出现象时的参数值与开始时的该参数的初始值做差，得 出该参数的变化量，按照参数变化量的大小确定地质构造、地应力、煤体结构、瓦斯赋存条 件W及瓦斯参数在煤与瓦斯突出影响因素虚拟模型中的权重度比例，其中变化量越小的参 数的权重度越大，并根据新获取的权重度比例重新建立煤与瓦斯突出影响因素虚拟模型， 对虚拟模型进行修正；
[0014] 6)使用新的煤与瓦斯突出影响因素虚拟模型判断是否会存在瓦斯突出现象。
[0015] 进一步的技术方案在于:所述的步骤1)中的煤体结构参数通过如下方法获得:如 果在地表有煤层露头，通过地面现场观察的方式进行;如果有井下的采掘工作面，在井下对 采煤或掘进工作面进行观察的方式进行;对于一些没有观察条件的未采区，如果有勘探钻 孔资料，则通过对测井曲线进行解译的方式来判断煤层的煤体结构特征。
[0016] 进一步的技术方案在于:所述的步骤2)的方法如下：利用层次分析法进行煤与瓦 斯突出危险性预测，将影响煤与瓦斯突出的因素分为两个层次，其中第一层次因素包括地 质构造、地应力、煤体结构、瓦斯赋存条件W及瓦斯参数;第二层次分别为第一层次各因素 的子因素，其中地质构造影响因素包括權曲、断层和水文地质;地应力影响因素包括自重应 力、构造应力;煤体结构影响因素包括煤的变质程度、煤的结构破坏类型、软分层厚度、煤的 强度性质和煤的解吸能力；瓦斯赋存条件影响因素包括煤层埋藏深度、煤层厚度及变异系 数、围岩孔隙性;瓦斯参数影响因素包括瓦斯含量、瓦斯压力和瓦斯放散初速度。
[0017] 进一步的技术方案在于：所述的层次分析法中权重度的确定是根据层次结构模 块，构造判断矩阵来进行计算的，通过计算判断矩阵的特征值和特征向量来得出各因素的 权重关系。
[0018] 进一步的技术方案在于:所述的判断矩阵A的构建方法如下：
[0019] 通过1-9标度法，构造各影响因素的判断矩阵：
[0021]其中au表示第i个因素相对于第j个因素的比较结果，则有
[0023] 进一步的技术方案在于:所述的判断矩阵的最大特征值并进行一致性检验的方法 如下：
[0024] 判断矩阵A构造完成后，计算得出判断矩阵A的最大特征值Amax和对应的特征向量 W，两者之间的关系为：
[0025] AW=AmaxW
[00%]用一致性比率C. R.检验判断矩阵的一致性，当C. R.越小时，判断矩阵A的一致性越 好；
[0027]判断矩阵的一致性检验步骤如下：
[002引1)求出一致性指标；
[0030]其中n为判断矩阵A的对角元素之和，也就是A的特征根之和；
[0031 ] 2)根据随机一致性指标表撤出平均随机一致性指标R. I.;
[0032] 3)计算一致性比率
[0034] 当C.R. ^0.1时，接受判断矩阵，否则，修改判断矩阵，可使最大特征值Amax对应得 到的特征向量W= {Wi，W2，W3，…，Wn}作为权重向量。
[0035] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述方法通过构建煤与瓦斯突出影响 因素虚拟模型后，在实验室内通过实物模拟构建煤层=维地理模型，并通过改变构建的煤 层=维地理模型参数，诱发瓦斯突出事件，更新构建的虚拟模拟中影响因素的权重比例，提 高了瓦斯突出判断的准确性。
【附图说明】
[0036] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0037] 图1是本发明的流程图；
[0038] 图2是本发明中煤与瓦斯突出影响因素层次结构模型。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整 地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040] 在下面的描述中阐述了很多具体细节W便于充分理解本发明，但是本发明还可W 采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可W在不违背本发明内涵的 情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0041] 如图I所示，本发明公开了一种判断煤与瓦斯是否会突出的方法，包括如下步骤：
[0042] 1)获取煤层所在实际的地质构造、地应力、煤体结构、瓦斯赋存条件W及瓦斯参 数；
[0043] 2)根据上述条件，构建煤与瓦斯突出影响因素虚拟模型；
[0044] 3)在实验室内通过实物模拟构建与步骤1)中参数相同的煤层=维地理模型；
[0045] 根据矿区实际煤岩层的岩性分布和地质构造情况，按照相似模拟试验的相似原理 进行相似材料配比，在试验箱体中根据相似材料配比逐层铺设试验材料;在材料铺设过程 中，在预先设定的位置安放瓦斯