【導(dǎo)讀】17Km，井田東起F165斷層，西至F303斷層。南以煤層露頭和老窯開。采為界，北部以煤層底板等高線為界。井田走向長，傾斜寬。年7月改制而成。始建于1969年，1978年簡易投產(chǎn)。向性為三類不易自燃。根據(jù)20xx年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果，龍山煤礦為煤與瓦斯突出礦井，相對(duì)瓦斯涌出量為，絕對(duì)瓦斯涌出量為。礦井水文地質(zhì)簡單，正常涌水量180m3/h。下共布置4個(gè)采區(qū)，11、23采區(qū)為生產(chǎn)采區(qū)，21、25采區(qū)為接替采區(qū)，采煤方法為走向長壁傾斜采煤法，回采工藝為炮采。目前實(shí)際生產(chǎn)能力為40萬噸/年。用斜井開拓，走向長壁采煤法，放炮落煤，全部垮落法頂板管理。自建礦以來累計(jì)開采了萬噸，礦山平均回采率為75％。為分區(qū)獨(dú)立通風(fēng)，主副斜井進(jìn)風(fēng)，天喜鎮(zhèn)風(fēng)井和馮家洞風(fēng)井回風(fēng)。目前各礦均建成有井下瓦斯抽放系統(tǒng)，井下瓦斯。抽放系統(tǒng)運(yùn)行正常，20xx年集團(tuán)公司共抽放純瓦斯847萬m3。并已形成部標(biāo)，在我國廣泛應(yīng)用。2h后，將裝有煤樣的煤樣罐送到試驗(yàn)室進(jìn)行脫氣和氣體分析。

　　

【正文】 預(yù)測(cè)效果，因此建議 除了繼續(xù)采用 單項(xiàng)指標(biāo)法 對(duì)工作面進(jìn)行預(yù)測(cè)、綜合指標(biāo)進(jìn)行區(qū)域預(yù)測(cè)外，還應(yīng)該加強(qiáng)瓦斯地質(zhì)研究，采用瓦斯地質(zhì)法綜合預(yù)測(cè)。 瓦斯地質(zhì) 法 國內(nèi)外大量突出事例的統(tǒng)計(jì)分析表明， 煤與瓦斯突出 在井田內(nèi)的分布 是不均衡的，往往比較集中地 分布在某些 區(qū)域，這 種不均衡分布與地質(zhì)條件有密切的聯(lián)系，地質(zhì)條件對(duì)煤與瓦斯突出的區(qū)域性分布起控制作用。 區(qū)域預(yù)測(cè)的目的就是預(yù)先找出這些具有突出危險(xiǎn)和突出威脅的區(qū)域，為煤與瓦斯突出防治提供決策依據(jù)。 煤與瓦斯突出的綜合假說認(rèn)為，突出是地應(yīng)力、高壓瓦斯和煤的物理力學(xué)性質(zhì)等三個(gè)因素綜合作用的結(jié)果。瓦斯是突出發(fā)生的基本能源之一，較高的瓦斯壓力和瓦斯含量是突出發(fā)生的必要條件。因此，根據(jù)瓦斯含量和瓦斯壓力，選取瓦斯含量為 8m3/t、瓦斯壓力為 等值線為界劃分出 安陽礦區(qū)二 1 煤層瓦斯 突出威脅區(qū)和突出危險(xiǎn)區(qū)（見圖 91安陽礦區(qū)二 1煤層 瓦斯地質(zhì)分區(qū)圖， 圖 92龍山煤礦二 1煤層瓦斯地質(zhì)分區(qū)圖 ） 。 30 圖 91 安陽礦區(qū)二 1 煤層瓦斯地質(zhì)分區(qū)圖 31 圖 92 龍山煤礦 二 1 煤層瓦斯地質(zhì)分區(qū)圖 32 預(yù)測(cè)模型法 除了瓦斯地質(zhì)法之外， 本課題 嘗試將灰色理論 —— 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用于研究區(qū)的煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)中。利 用灰色系統(tǒng)理論之核心 —— 灰色關(guān)聯(lián)分析法確定控制礦井煤與瓦斯突出的主控因素，并對(duì)煤與瓦斯突出主控因素進(jìn)行篩選，建立煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并利用該模型對(duì)礦井進(jìn)行煤與瓦斯突出的預(yù)測(cè)工作。 控制 煤與瓦斯突出的主要因素 （ 1）地質(zhì)構(gòu)造因素 地質(zhì)構(gòu)造是控制瓦斯突出發(fā)生的主導(dǎo)地質(zhì)因素，地質(zhì)構(gòu)造類型、規(guī)模、性質(zhì)、疏密程度、排列組合以及構(gòu)造部位等的差異，對(duì)瓦斯突出均有不同程度的影響。安陽礦區(qū)的龍山、大眾兩礦井大多數(shù)突出都發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶，尤其是向斜構(gòu)造及壓性、壓扭性正斷層所組成的地塹、以及同向正斷層的下降盤和反向正斷層的上升盤。 （ 2）煤層因素 煤層因素包括煤層厚度、煤層開采深度等，煤層開采越深，煤層越厚特別是軟分層越厚突出越頻繁，突出次數(shù)和突出強(qiáng)度也同時(shí)增多。龍山、大眾兩煤礦較大型突出發(fā)生在煤層厚度 變化煤層，尤其是軟分層變化煤層。強(qiáng)烈破壞的松軟煤層，由于強(qiáng)度低，極易發(fā)生煤與瓦斯突出。 （ 3）瓦斯因素 煤與瓦斯突出前總是伴隨著一些特征，這些特征是預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出的依據(jù)之一。突出特征主要有巷道頂板來壓、掉渣、片幫、響煤炮、瓦斯壓力增大、噴孔、卡鉆等。發(fā)生突出前并非所有特征同時(shí)出現(xiàn) ， 往往出現(xiàn)其中一種或某幾種預(yù)兆。 確定煤與瓦斯突出危險(xiǎn)指標(biāo) 灰色系統(tǒng)理論是指既含已知信息、又含未知信息的分析方法，它以“部分”信息為已知，“部分”信息為未知的“小樣本”、“貧信息”的不確定性系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要通過對(duì)“部分”已 知信息的生成開發(fā)，提取有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的正確認(rèn)識(shí)和有效控制?；疑到y(tǒng)理論是在經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論（包括大系統(tǒng)理論）、模糊控制理論（即白色控制理論）的基礎(chǔ)上，針對(duì)要求高而又難于用傳統(tǒng)方法建模的系統(tǒng)發(fā)展起來的新方法。 （ 1） 灰色關(guān)聯(lián)模型 對(duì)一個(gè)抽象系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，首先要選準(zhǔn)系統(tǒng)行為特征的映射量（反映系統(tǒng)行為特征的數(shù)據(jù)系列），進(jìn)一步明確影響系統(tǒng)行為的有效因素。在量化分析研究中，要對(duì)系統(tǒng)行為特征映射量和各有效因素進(jìn)行適當(dāng)處理，通過算子作用，使之轉(zhuǎn)化為無量綱數(shù)據(jù)， 33 并將負(fù)相關(guān)因素轉(zhuǎn)化為正相關(guān)因素。 ① 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù) 設(shè)煤的突出強(qiáng)度為母因素 ( Y0 , 參考序列 ) ,各影響因素為子因素 ( Yi , 比較序列 )。 母因素的觀測(cè)值為 ? ?)(,),(,),2(),1( 00000 nykyyyY ??? （ 91） 子因素的觀測(cè)值為 ? ?)(,),(,),2(),1( nykyyyY iiiii ??? （ 92） 其中： i = 1， 2，?， m； 由于在實(shí)際工作當(dāng)中，數(shù)據(jù)的量綱可能不一致，即使有的量綱一樣，但絕對(duì)值大小差別會(huì)很大，因此，需要進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的 無量綱化處理，以獲得可以進(jìn)行比較的數(shù)據(jù)列。將母因素觀測(cè)值進(jìn)行無量綱化計(jì)算，得 ? ?)(,),(,),2(),1( 00000 nxkxxxX ??? （ 93） 式中：??? nt tynkykx1 000)(1)()( ? ?)(,),(,),2(),1( nxkxxxX iiiii ??? （ 94） 式中 ：??? nt iiitynkykx1)(1)()( ， i = 1， 2，?， m 消除各因素觀測(cè)值在量綱上的差異對(duì)計(jì)算結(jié)果 所產(chǎn)生的影響后，計(jì)算同一觀測(cè)點(diǎn)各自因素與母因素之間的絕對(duì)差值及其極值，計(jì)算公式如下： ( m a x ))( ( m a x )( m in))(,0 jj jjj Ki Ki ???? ??????， )1,0(?K （ 95） 其中： |)()(|m inm in( m in)0 iXiX jijj ??? |)()(|m a xm a x( m a x ) 0 iXiX jijj ??? |)()(|)( 0 iXiXi jj ??? 34 式中： j =1， 2，?， m； i =1， 2，?， n。 ξ 0 ,j (i)為第 i 時(shí)刻比較序列 Xj 與參考序列 X0的相對(duì)差值，即 Xj 對(duì) X0 在 i 時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)； K 為分辨系數(shù) ， K取值不同， ξ 0 ,j (i)也不同，從而關(guān)聯(lián)度 r0， j 也不同。 由于各指標(biāo)的平等性，取 K=。 ② 灰色關(guān)聯(lián)度 關(guān)聯(lián)度由關(guān)聯(lián)系數(shù)演變而來，由于關(guān)系系數(shù) ξ 0 ,j (i)數(shù)目很多，信息不集中，不便于比較，為此，一般將 x0 與 xj 的 m 個(gè)關(guān)聯(lián)系數(shù)取平均值 rj， rj 定義為 xj 序列與 x0 序列之間的關(guān)聯(lián)度，即 ??? ni jj inr 1 ,0,0 )(1 ? （ 96） （ 2） 煤與瓦斯突出控制因素的確定 ① 定量 和定性指標(biāo)的確定 以突出強(qiáng)度大小值為母因素，這里對(duì)突出強(qiáng)度按定性指標(biāo)給出，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表 94。定量指標(biāo) ( 變量 ) 包括開采深度、煤層厚度、煤層傾角；定性指標(biāo)（變量） 包括地質(zhì)構(gòu)造、煤層松軟（體現(xiàn)出煤體結(jié)構(gòu)的變化），突出預(yù)兆中的響煤炮、噴孔夾鉆、瓦斯變化。其中定量指標(biāo)值以其瓦斯突出前的測(cè)試值為標(biāo)準(zhǔn)，定性指標(biāo)值依據(jù)數(shù)量化理論轉(zhuǎn)化為二態(tài)變量，即用“ ” 和“ 1” 來表示某個(gè)定性指標(biāo)的“不存在”和“存在”。共選用龍山煤礦以往瓦斯突出資料中的 23 個(gè)樣本作為研究對(duì)象，突出指標(biāo) 數(shù)據(jù)見表 95。 表 94. 突出 危險(xiǎn)程度評(píng)分等級(jí) 突出危險(xiǎn)程度 未突出 有突出傾向 小型突出G10t/次 中型突出G=10~99t/次 次大 型突出G=100~499t/次 大 型突出G=500~999t/次 特大 型突出G1000t/次 評(píng)分 0 10 20 40 60 80 100 35 結(jié) 論 與 建 議 在安陽鑫龍煤業(yè)（集團(tuán)）公司和河南工程學(xué)院課題組人員的共同努力下，本項(xiàng)研究完成了項(xiàng)目立項(xiàng)書制定的研究任務(wù)，得出以下主要結(jié)論和認(rèn)識(shí)： （ 1） 首次 對(duì) 龍山 礦區(qū) 進(jìn)行 了 全 礦區(qū) 范圍的瓦斯地質(zhì) 背景 調(diào)查 ，系統(tǒng)收集整理了各煤礦的瓦斯地質(zhì) 資料。 （ 2）對(duì) 龍山 礦區(qū)區(qū)域構(gòu)造演化、古構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)、現(xiàn)代應(yīng)力場(chǎng)、煤層埋藏史、煤生烴史、煤變質(zhì)作用方式做了詳細(xì)分析研究，運(yùn)用礦區(qū)周邊 大量的應(yīng)力測(cè)試、震源機(jī)制解、單臺(tái)小震綜合斷層面解揭示了研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)今應(yīng)力場(chǎng) 主壓應(yīng)力為 SENW 的特征 ；通過對(duì)鏡質(zhì)組最大反射率和揮發(fā)分與埋深關(guān)系研究，認(rèn)為該區(qū)煤變質(zhì)以區(qū)域巖漿熱變質(zhì)演化作用為主導(dǎo)，屬熱動(dòng)力變質(zhì)煤。 （ 3）從瓦斯抽采角度深入研究了煤層特征，全面分析煤層空間展布、形態(tài)、煤質(zhì)、煤體結(jié)構(gòu)、煤孔隙和煤吸附特征，為煤層瓦斯抽采提供了 地質(zhì) 依據(jù)。 （ 4） 對(duì) 不同時(shí)期地質(zhì)勘查階段鉆孔 的 煤 層瓦斯含量 資料 進(jìn)行了評(píng)價(jià)和校正 ， 利用得到的 72 個(gè) 可用煤層鉆孔瓦斯含量點(diǎn)繪制了 安陽礦區(qū)二 1 煤層瓦斯含量等值線圖 ， 分析了瓦斯分布規(guī)律，并結(jié)合反演的瓦斯壓力做了 瓦斯地質(zhì)區(qū)劃。 （ 5）研究了 影響 龍山 礦區(qū)二 1 煤層瓦斯賦存的 主要地質(zhì) 因素 ， 認(rèn)為區(qū)域構(gòu)造 運(yùn)動(dòng)控制煤層變質(zhì)、埋藏和生烴歷史，煤層埋深、地質(zhì)構(gòu)造、變質(zhì)程度和煤孔隙特征是影響 煤層瓦斯賦存、運(yùn)移 和 分布的主 控 因素 。 （ 6） 分析了 龍山煤礦煤與瓦斯 突出的分布 特征、 分布規(guī)律和 突出條件 ， 重點(diǎn) 探索了 突出礦井煤與 瓦斯突出 機(jī)理，認(rèn)為 地質(zhì)構(gòu)造 控制了煤層的變形和構(gòu)造煤的分布， 現(xiàn)代地應(yīng)力與 地質(zhì)構(gòu)造 對(duì) 煤與瓦斯突出 起 控制作用 。 （ 7）在上述研究基礎(chǔ)上，建立了基于灰色理論 和神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的瓦斯地質(zhì)預(yù)測(cè)模型，提出安陽礦區(qū)瓦斯治理技術(shù)和綜合防突措施。 本項(xiàng)目研究成果對(duì) 安陽礦區(qū)安全生產(chǎn)、提高達(dá)產(chǎn)能力和 可持續(xù)發(fā)展 具有理論和實(shí)際意義。建議在此項(xiàng)目基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)突出礦井構(gòu)造應(yīng)力與突出關(guān)系、構(gòu)造煤分布規(guī)律、綜合防突技術(shù)運(yùn)用，尤其是煤巷快速掘進(jìn)技術(shù)與保障措施做深入研究與實(shí)踐。