煤炭自燃的早期灰色预测

安全与环保露天采矿技术2006年第4期.55●煤炭自燃的早期灰色预测吴建琼，黄政祥(贵州大学矿业学院，贵州贵阳550003)摘要:应用灰色系 统理论建立了矿井煤炭自燃的早期灰色预测模型,并对贵州省六枝矿 务局某矿进行了实例预测。关键词:灰色系统理论;煤炭自燃;预测中图分类号:TD 75文献标识码:A文章编号:1671 - 9816 (2006)04 - 0055 - 03The early grey forecast of coal spontaneous combustionWU Jian-qiong，HUANG Zheng-xiang(Mining College of Guizhou University, Guiyang 550003, China )Abstract: This paper using the theory of grey system has established the early grey forecast model of coal spontaneous combustionon mine, and has carried on the example forecast to some mine in Liuzhi mining bureaus of Guizhou province.Key words: the theory of grey system; coal spontaneous combustion; forecast1前言于指标气体的未来发展特征,如释出变化率,释出量灰色系统(GreySystem)是我国学者邓聚龙教授等不能给予定量的描述，但在-一个相对时期内，它主于1982年首先提出来的。所谓灰色系统是指信息不要随时间而变化。矿井通风报表已记录了在工作面完全和不确知的系统，它介于白色系统与黑色系统风流中过去一段时期的指标气体生成量，利用这些之间。灰色系统理论被用来解决信息不完备的系统。已有资料(白色信息)去预测未来时间内指标气体生它是自动控制与运筹学相结合的产物。在短短的10成量(黑色信息),显然是--个典型的灰色系统问题。多年发展中,它已渗透到农业、经济、运输和矿业等2煤炭自燃早期预测的灰色数学模型诸多领域,显示出广泛的应用前景。灰色预报的基本煤炭自燃早期预测的灰色数学模型是基于GM思想是将与时间有关的已知数据按某种规则加以组(1,1)模型而建立的,GM(1,1)模型代表一个白化形合,构成白色模块,最后按某种规则提高灰色模块的式的线性微分方程:白化度。井下煤炭自燃是当前煤矿生产中极为严重的灾dxt+ax(I=u(1)du害之一。据不完全统计,在全国统配煤矿中，自燃火式中:a,ur-需要通过建模来求得的参数;区和自燃发火危险区已占煤矿灾害的56%，因自燃x1)一指标气体生成量原始数据列Q'0)的对而造成煤炭资源的破坏，有部分矿井因煤炭自燃还数变换值的一次累加生成值。引发瓦斯爆炸事故，造成人员伤亡和巨大的经济损建立煤炭自燃早期预测的灰色数学模型的步失。因此煤炭自燃早期预测是保证煤矿安全生产的重要手段和措施。煤炭自燃的早期预测主要是通过(1)利用自然对数变换对指标气体生成量原始指标气体分析法来进行，即根据煤炭氧化自燃过程数据列0(0)讲行外理.提高原始数据序列的光滑度，中释出的CO气体及其生成量的变化,对煤的自燃进进而中国煤化工行早期识别，从而达到预测预报的目的。这种方法对YHCNMHG-1.,2..n (2)式中:Q20) (h)一指标气体生 成量的原始数据列;收稿日期:2006 -03-01x(0) (:)-对x(0)(k)进行对数变换后的数据作者简介:吴建琼1980-),女 ,四川简阳人,现在贵州大学蔡家养势感猴业学院,硕士研究生,研究方向:安全序列。(2)对变换后的数据序列x(0)作AGO(累加)生管理与信息系统。.56.露天采矿技术2006年第4期安全与环保成，将其随机性弱化，使之变为较有规律的数据序GM(1,1)模型，再将残差GM(1,1)模型预测值叠加列,并适合于建立线性微分方程预测模型。大量的实到原来的预测值上,以提高预测的精度。例计算表明,xD具有较好的线性微分方程特性,可使预测模型达到较高的精度。3应用实例xD(k)= Ex<0() k-2,2..n(3)以贵州省六枝矿务局某矿为例。该矿煤层自燃.倾向性为一类,属于容易自燃,发火期仅为一个月左式中:x(0)(i)--对Q(0)(k)进行对数变换后的数据右。井下发生自燃灾害的主要征兆是风流中出现的序列;CO，其发生量呈明显上升趋势。所以选择指标气体x(h)一对x(0) (i)进行累加生成的数据列。C0生成量时间序列作为这一灰色系统的原始数据(3)构造数据矩阵B及矩阵向量Y:序列。该矿2004年4月对某工作面风流中CO发生(x(1)(1)+x(1(2)) 1量的实测数据序列见表1,利用该资料进行矿井煤炭自燃的早期动态预测。. (x(1>(2)+x((3)) 1表1某矿某工作面回风流CO发生量B=(4)序号123456、日期-一(x9(n-1)+x(1)(n)) 1/日691215182120.002 30.0024 0.002 70.003 30.003 7 0.004 4 0.005 50.006 9Yv=[x(0) (2)(.....x.(n)]T”(5)(4)进行最小二乘法计算,求参数a和u。(1)数据处理。将实测数据序列进行自然对数变换处理(取5个数,后3个做预测值检验)得:.a=[a,u]"=(B'B)-B" Yv(6)x(0)=(-6.074 85,-6.032 29,-5.914 50,-5.713 83,(5)建立时间响应函数,求微分方程的解。-5.599 42)()=[x(0)(1)- " J]e(1-1)+" (7)对x(0)作一次累加生成得:(6)将时间响应函数离散化,建立生成数列的灰x(1)=(-6.074 85,-12.107 14,-18.021 64,-23.735 47,色预测模型:-29.334 89)(2)构成矩阵B和YN根据一次累加数列的值，X((1)=x(0)(1) .则矩阵B为:|x()(k+1)=[x<0)(1)- "]e-*+"a9.091 00k=1,2,.,n(8)15.064 39B(7)对生成数列的预测值作IAGO生成,得到变20.878 56换数据序列的预测模型。26.535 18x(1)=必0)(1)Yv=(-6.032 29,-5.914 50,-5.713 83,-5.599 942)T(3)求参数a和ux((k+1)=[ x(<0>(1)- " ](1-e")e-ka=[a,u]"=(B'B)-B" Yv=[0.027 10h=1,2,.",n .(9)-6.26862(8)对变换数列作指数变换还原，得到煤炭自燃(4)生成数列的灰色预测模型:早期预测的灰色数学模型。中国煤化I工02710K0 -231.314 39Q(0)(K+1)=e'x°(k+ 1)YHCNM H G,n(9)预测模型的修正。按上述过程建立的预测模(5)煤炭自燃早期预测的灰色数学模型:型不一定能满足精度要求,为此,可通过残差辩识对Q°)(K+ l)=e'(0)(k+1)预测模型进行修正。残差辩识就是对指标气体生成，金()(hk+ 1)量原始数据列Q0)与预测值Q°0)之差e;(°)再建立.其中:e= -6.187 45 e-0.027 10K安全与环保露天采矿技术2006年第4期. 57.表2 CO生成量灰色 预测计算表序号367日期/日121582实测值Q°)/%0.002 30.00240.002 70.003 30.003 70.00440.005 5)0069预测值Q(0)/%0.002 4240.002 8480.003 3320.003 8800.004 0510.005 4710.006 886误差/%-0.01-0.97-4.860.530.58精度/%97.7799.4799.52k=1,2,.",n+ 1预测的实例表明，与其它一些预测方法比较，具有所按照预测模型计算，六枝矿务局某矿2004年4需样本少、资料收集容易、通用性强等优点，而且计月对某工作面风流中CO生成量预测值及该预测值算简单，意义明确,预测精度高,并可实现动态预测。相对误差见表2。由于预测精度符合要求，因而不需尤其对于事物内部规律不明显、信息不完备的情况，进行残差辩识。经预测计算，矿务局某矿2004年4.是一种很好的预测方法，所以很适用于煤矿进行灾月15日、18日、21日的该工作面风流中CO生成量害预报。预测值分别为0.004 501、0.005 471.0.006 886，与实由于该方法依赖于煤氧化过程的结果,因此,预际CO发生量0.004 4.0.005 5.0.0069的相对误差测的精度高低不单纯决定于数学方法，很重要的因分别为-2.23%、0.53%、0.58%，其预测精度分别为素取决于获得数据的可靠度。所以,采用此方法要特97.77%、99.47%、99.52%,可见其预测精度很高。别注意数据的真实性。若将每过--段时间的CO发生量作为白色信息，参考文献:并删去一些较旧的CO发生量的资料，形成新的CO[1]秦书玉,张永吉,田力军,等.煤矿安全数学分析与预测发生量原始数据序列，重新建立GM(1,1)灰色预测[M].煤炭工业出版社, 2003.模型，借助计算机对以后的CO生成量情况进行预[2] 邓聚龙.灰色预测与决策[M].华中理工大学出版社，1986.测，即可实现矿井煤炭自燃的早期灰色动态预测。[3]张景林,崔国璋.安全系统工程[M].煤炭工业出版社，4结语2003[4]章壮新，龙祖根.回采工作面瓦斯涌出量的灰色动态预本文应用灰色系统理论对矿井煤层自燃的早期测[J].贵州工学院学报, 1993.专利信息专利名称:潜孔锤偏心跟管钻具专利名称:垂直间隔采掘工艺专利申请号: 2003201 15202.8公开号: CN2663639专利申请号: 02147863.5公开号: CN1421592申请人:中国地质科学院探矿工艺研究所申请人:南昌有色冶金设计研究院本实用新型的潜孔锤偏心跟管钻具，涉及地矿、本发明公开一种垂直间隔采掘工艺,该工艺是在水电、公路、铁路等领域用的钻具，特别是冲击式的沿矿体走向上，根据边坡岩性不良状态和矿石贫富偏心钻具。旨在解决已有钻具传递扭矩性能较差,联的分布变化，将矿体分成进路宽度不等的若干垂直接不可靠，存在钻头掉落的隐患。本钻具包含阶梯轴分条,然后视每个分条所在部位的边坡稳定状态,选形的导正器，与导正器后部连接的冲击器及其套置择性地进行间隔开采，对边坡极不稳定的分条区可在导正器外且与导正器呈跟钻式连接的跟管，导正暂留或永留矿柱做为天然支挡，对分条采空区则由器前部有偏离导正器中心轴线的偏心轴，偏心轴上相邻间隔分条的剥岩运入充填反压以替代矿石对从后向前呈键连接地依次套置有偏心扩孔钻头和与边坡中国煤化工艺在采剥方面不仅能在导正器同中心轴线的中心钻头，偏心轴与中心钻头HC NMH G全有效的生产，而且将间有联接销。适于与岩心立轴钻机、全液压水井钻岩石回填采空区又可减少外部废石场占地、缩短运.机、锚杆钻机等配套,用于地质勘察、地质灾害治理、距、降低运营费、提高效率;在护坡方面,起到了以动深基坑、高边坡堆积层锚固、隧道塌方管棚支护、渗.(采剥反压)静(留矿柱)组合方式制动(滑坡)的良好:流井的预方拧数据G层高压旋喷帷幕等领域。效果。