基于分形理论的煤与瓦斯突出预测方法研究

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煤与瓦斯突出是煤矿严重的灾害之一。我国是世界上发生煤与瓦斯突出最为严重的国家。本文旨在依据分形理论找到一种更加简便、快捷的煤与瓦斯突出预测方法,对煤与瓦斯突出做出实时,准确的预报,对煤矿防突工作提供帮助,从而保障安全生产、提高经济效益。  首先,归纳出影响煤与瓦斯突出的四大类因素,即地质因素、煤体结构、瓦斯和矿山压力。并且应用层次分析法分析各影响因素,证明瓦斯放散指数、瓦斯涌出速度是主导因素,并选取瓦斯涌出量作为实际可操作的指标。其次,通过计算庞加莱映射、赫斯特指数和功率谱指数,证明瓦斯涌出量指标具有分形特征,可以通过瓦斯涌出量指标构建基于分形理论的煤与瓦斯突出预测模型。再次,依据山西柳林金家庄煤矿1205掘进工作面和总回风巷的瓦斯涌出量的监测数据,分析由无突出到突出分形盒维数的变化规律,确定突出预报所需要的突出临界点、预警时间和U形标志。最后,依据山西沙曲煤矿南二采区14202掘进工作面轨道巷的瓦斯涌出量监测数据,对基于分形理论的预测方法的预测结果进行准确度验证。  对金家庄煤矿的监测数据分析,发现煤与瓦斯突出分形盒维数的临界点接近1.7,临界值到发生突出之间的预警时间接近19个小时,并且预警时间内的分形盒维数,呈现出由临界值起逐渐降低,而后在接近突出的时刻,突然增高以致达到突出的U形曲线标志。使用该预测方法对沙曲煤矿南二采区14202掘进工作面轨道巷进行预测,结果表明突出时间预报与实际突出情况一致。最后与其他常规单指标预测法(瓦斯放散初速度,煤的坚固性系数,煤层瓦斯压力)和综合指标D和K预测法做了对比论证,结果表明该基于分形理论的煤与瓦斯突出的预测方法预测结果准确度更高。
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