一種煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于礦井瓦斯防治領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施 的優(yōu)化方法。 技術(shù)背景
[0002] 礦井瓦斯是煤礦井下有害氣體的總稱，一般專指甲燒(C也），主要存在于煤層與圍 巖內(nèi)，具有可燃、可爆、窒息和有毒等性質(zhì)。在煤炭資源開(kāi)采過(guò)程中，發(fā)生的瓦斯事故有瓦斯 爆炸、煤與瓦斯突出、瓦斯燃燒和瓦斯窒息四種類型。
[0003] 對(duì)于煤與瓦斯突出礦井，為了使煤層瓦斯壓力和瓦斯含量降低到滿足我國(guó)《煤與 瓦斯突出防治規(guī)定》中的煤層瓦斯壓力<〇.74MPa、瓦斯含量<8mVt的要求，礦井往往采用 保護(hù)層開(kāi)采和瓦斯抽采的方法預(yù)先對(duì)開(kāi)采煤層進(jìn)行卸壓消突處理，待效果檢驗(yàn)和區(qū)域驗(yàn)證 滿足《煤與瓦斯突出防治規(guī)定》之要求時(shí)，方可進(jìn)行采掘活動(dòng)。
[0004] 基于工藝及時(shí)空條件不同而呈現(xiàn)多種類型的防突技術(shù)措施，現(xiàn)代化突出礦井的防 突技術(shù)措施，往往是兩種或兩種W上的瓦斯預(yù)抽方法的不同組合。礦井現(xiàn)場(chǎng)的瓦斯抽采技 術(shù)措施的選取，往往是技術(shù)人員首先初步擬定幾個(gè)方案，然后交由礦總工程師審批，但究竟 哪個(gè)方案最優(yōu)，憑總工程師或少數(shù)幾人的智慧難W做出精準(zhǔn)判斷。對(duì)一個(gè)瓦斯抽采方案的 優(yōu)劣如何，由于其評(píng)價(jià)方法很多，尤其是評(píng)價(jià)指標(biāo)中的不同數(shù)量與不同量綱上懸殊較大時(shí)， 容易造成評(píng)價(jià)結(jié)果的不科學(xué)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)性強(qiáng)的煤與瓦斯突出礦井 防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法，它能夠獲取適宜礦井工況的防突技術(shù)措施，能降低瓦斯治理成 本，減少鉆孔工程量，縮短鉆孔施工時(shí)間。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法，具 體步驟如下：
[0007] 1)根據(jù)煤礦現(xiàn)場(chǎng)情況，擬定多種防突技術(shù)措施；
[000引2)確定每種防突技術(shù)措施下的聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的值，構(gòu)建聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣；同一 防突技術(shù)措施下的聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的值位于矩陣的同一行內(nèi)；不同防突技術(shù)措施下的同一聚 類評(píng)價(jià)指標(biāo)的值位于矩陣的同一列內(nèi)；聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為:A=(xu);其中：i是多種防突 技術(shù)措施的序號(hào);j是聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的序號(hào)；
[0009] 3)將步驟1)中擬定的防突技術(shù)措施劃分為多個(gè)等級(jí);并確定每種防突技術(shù)措施中 的每個(gè)聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同等級(jí)下的白化權(quán)函數(shù)其中：k是多個(gè)等級(jí)的序號(hào)；
[0010] 4)確定每個(gè)聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Sj;
[0011] 5)由公式
求取第i種防突技術(shù)措施在第k 等級(jí)下的指標(biāo)定權(quán)聚類系數(shù)，建立定權(quán)聚類系數(shù)矩陣：
其中:m為聚類評(píng) 價(jià)指標(biāo)的總個(gè)數(shù)，η為等級(jí)的種類總數(shù)，r為防突技術(shù)措施的種類總數(shù)；
[0012] 6)找出定權(quán)聚類系數(shù)矩陣中最大的數(shù)值，其對(duì)應(yīng)的防突技術(shù)措施為最優(yōu)技術(shù)方 案。
[0013] 上述的煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法中，步驟2)中的聚類評(píng)價(jià)指標(biāo) 包括施工抽放鉆孔工程量、鉆孔施工時(shí)間、防突資金投入、瓦斯治理成本和防治次生災(zāi)害。
[0014] 上述的煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法中，步驟3)中將防突技術(shù)措施 劃分為Ξ個(gè)等級(jí)。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0016] 本發(fā)明通過(guò)灰色理論中的定權(quán)法則，對(duì)初步擬定的防突措施作為聚類對(duì)象，取鉆 孔工程量(m)、施工時(shí)間（天）、資金總投入(萬(wàn)元）、瓦斯治理成本(元Λ)和次生災(zāi)害作為聚 類評(píng)價(jià)指標(biāo);按好、較好、差3類對(duì)初步擬定方案進(jìn)行灰色聚類分析，選取適宜礦井工況的最 優(yōu)防突措施，本發(fā)明降低了瓦斯治理成本，減少了瓦斯治理過(guò)程中鉆孔工程量，縮短了鉆孔 施工時(shí)間；為提高煤層瓦斯抽采量和礦井瓦斯的綜合治理奠定基礎(chǔ)。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明的防突技術(shù)措施I的布置結(jié)構(gòu)主視圖。
[001引圖2是圖1中A-A剖視圖。
[0019] 圖3是本發(fā)明的防突技術(shù)措施Π 的布置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖4是圖3中B-B剖視圖。
[0021] 圖5是本發(fā)明的防突技術(shù)措施虹的布置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖6是圖5中C-C剖視圖。
[0023] 圖7是本發(fā)明的防突技術(shù)措施IV的布置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖8是圖7中D-D剖視圖。
[0025] 圖9是圖7中I的局部放大示意圖
[0026] 圖中：101底板巖石集中巷；102-鉆場(chǎng)；103-煤層；104-運(yùn)輸平巷；105-回風(fēng)平 巷；106-切眼；107-穿層鉆孔；201-順層鉆孔；202-充分卸壓區(qū)；203-未充分卸壓區(qū)； 301-高位鉆場(chǎng);302-高位鉆孔;401-采空區(qū)半密閉埋管，402-密閉墻，403-埋管口組件。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028] 針對(duì)圖1-8中的煤礦結(jié)構(gòu)，擬定四種防突技術(shù)措施：
[0029] 如圖1、2所示，防突技術(shù)措施I的實(shí)現(xiàn)方式：即在煤層底板巖石集中巷101內(nèi)，每隔 一定距離（50m~80m)施工一個(gè)鉆場(chǎng)102,在鉆場(chǎng)102內(nèi)內(nèi)向煤層103施工若干網(wǎng)格式的上向 穿層鉆孔107,穿層鉆孔107普及至全采區(qū)的所有區(qū)域，然后聯(lián)網(wǎng)預(yù)抽區(qū)域內(nèi)煤層瓦斯。
[0030] 如圖3、4所示，防突技術(shù)措施Π 的實(shí)現(xiàn)方式:在煤層103的底板巖石集中巷101內(nèi)， 每隔一定距離(50m~80m)施工一個(gè)鉆場(chǎng)102,在鉆場(chǎng)102內(nèi)向煤層103的運(yùn)輸平巷104、回風(fēng) 平巷105和切眼106的條帶范圍內(nèi)施工穿層鉆孔107后聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行預(yù)抽條帶范圍內(nèi)的瓦斯。待 運(yùn)輸平巷104、回風(fēng)平巷105和切眼106的條帶范圍及其周圍一定范圍內(nèi)的煤體危險(xiǎn)性消除 后，即滿足《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的區(qū)域效果檢驗(yàn)與區(qū)域驗(yàn)證要求后，則可W通過(guò)聯(lián)絡(luò) 巷道進(jìn)入煤層中，施工煤層運(yùn)輸平巷104、回風(fēng)平巷105和切眼106,同時(shí)，在回風(fēng)平巷105側(cè) 或運(yùn)輸平巷104側(cè)同時(shí)沿煤層103施工順層鉆孔201。對(duì)區(qū)域內(nèi)未充分卸壓區(qū)203,通過(guò)順層 鉆孔與瓦斯抽采管網(wǎng)連接，預(yù)抽未卸壓區(qū)域內(nèi)煤層103的瓦斯。
[0031] 如圖5、6所示，防突技術(shù)措施虹的實(shí)現(xiàn)方式:在防突技術(shù)措施Π 的基礎(chǔ)上，增加在 開(kāi)采煤層103的頂板上施工一個(gè)高位鉆場(chǎng)301，在高位鉆場(chǎng)301內(nèi)向采空區(qū)303的裂隙帶施工 高位鉆孔302，抽采來(lái)自鄰近煤層或采空區(qū)遺留煤層釋放瓦斯。
[0032] 如圖7、8所示，防突技術(shù)措施IV的實(shí)現(xiàn)方式:在防突技術(shù)措施虹的基礎(chǔ)上，在采空 區(qū)增加采空區(qū)半密閉埋管401對(duì)瓦斯抽采，即通過(guò)在工作面106的回風(fēng)平巷105布設(shè)的抽采 管路末端設(shè)一彎管，使抽采管口抬高至回風(fēng)平巷105頂部，并設(shè)木煤和密閉墻402對(duì)其埋管 保護(hù)。接替管安裝長(zhǎng)度大于10m，并在工作面的后部抽采管上每隔50m安裝一組Ξ通、控制閥 口及埋管口組件403,在工作面推進(jìn)過(guò)程中，將采空區(qū)半密閉埋管401的埋管口保留在工作 面的采空區(qū)303,通過(guò)抽采系統(tǒng)對(duì)采空區(qū)303內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽采。當(dāng)工作面推進(jìn)至下一個(gè)埋 管口 Ξ通處，埋管口已經(jīng)埋在采空區(qū)內(nèi)3~5m，將埋在采空區(qū)里的前一埋管段控制閥口關(guān) 閉，打開(kāi)下一個(gè)循環(huán)的埋管口閥口，W此達(dá)到利用埋管不斷抽采采空區(qū)瓦斯的目的。
[0033] 針對(duì)上述4種防突技術(shù)措施，從鉆孔工程量、施工所需時(shí)間、資金總投入、瓦斯治理 成本和防治次生災(zāi)害方面對(duì)其進(jìn)行比較研究，根據(jù)每個(gè)聚類對(duì)象關(guān)于各聚類指標(biāo)的觀測(cè)值 xij，構(gòu)建聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣A，同一防突技術(shù)措施下的聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的值位于聚類評(píng)價(jià)指標(biāo) 矩陣A的同一行內(nèi)；不同防突技術(shù)措施下的同一聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的值位于聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣A 的同一列內(nèi)。
[0034]
[0035] 聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)W及白化數(shù)的確定:在灰色聚類中，聚類對(duì)象(防突技術(shù)措施Ι、Π 、 ιπ、ιν)稱為樣本，聚類因子稱為指標(biāo)。確定施工抽采鉆孔工程量、鉆孔施工時(shí)間、防突資金 投入、瓦斯治理成本和防治次生災(zāi)害為聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)。
[0036] 灰類劃分:對(duì)初步擬定的四種防突技術(shù)措施劃分好、較好、差Ξ個(gè)等級(jí)，通過(guò)對(duì)j個(gè) 指標(biāo)的等級(jí)判定，獲得j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)k等級(jí)下的白化權(quán)函數(shù)列表記錄;用/:1(?)表示第i個(gè)樣 本第j個(gè)指標(biāo)在第k等級(jí)下的白化權(quán)函數(shù)(i = l，2,3,4;j = l，2,3,4,5;k=l，2,3)。
[0037] 分別對(duì)5個(gè)聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)(鉆孔工程量、施工時(shí)間、資金投入、瓦斯治理成本及防治 次生災(zāi)害)給定權(quán)重系數(shù)：
[003引 δι = βι,δ2 = β2，δ3 = β3，δ4 = ^,δ5 = ^。
[0039]由公式；
>(i = l，2,3,4;k=l，2,3)分別求取第i種防突技術(shù)措施 在第k等級(jí)下的指標(biāo)定權(quán)聚類系數(shù)，可w計(jì)算出：
[0040]
[0041] 綜合W上結(jié)果，建立其灰色定權(quán)聚類系數(shù)矩陣Σ為：
[0042]
[0043] 方案優(yōu)化結(jié)果分析:根據(jù)灰色定權(quán)聚類系數(shù)矩陣，找出矩陣中最大的系數(shù)，確定其 所在的行與列。
[0044] 如若：
[0045] max (〇./ ]二打，:，
[0046] 即如果在系數(shù)矩陣中的數(shù)值C詩(shī)為最大時(shí)，則表明所述的4種防突技術(shù)措施中，防突 技術(shù)措施Π 為綜合效果最優(yōu)的技術(shù)方案，故建議優(yōu)先采用擬定的防突技術(shù)措施Π 。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法，具體步驟如下： 1) 根據(jù)煤礦現(xiàn)場(chǎng)情況，擬定多種防突技術(shù)措施； 2) 確定每種防突技術(shù)措施下的聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的值，構(gòu)建聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣；同一防突 技術(shù)措施下的聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的值位于矩陣的同一行內(nèi)；不同防突技術(shù)措施下的同一聚類評(píng) 價(jià)指標(biāo)的值位于矩陣的同一列內(nèi)；聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為:A=(xu);其中：i是多種防突技術(shù) 措施的序號(hào);j是聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的序號(hào)； 3) 將步驟1)中擬定的防突技術(shù)措施劃分為多個(gè)等級(jí);并確定每種防突技術(shù)措施中的每 個(gè)聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同等級(jí)下的白化權(quán)函數(shù)：，其中：k是多個(gè)等級(jí)的序號(hào)； 4) 確定每個(gè)聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Sj; 5) 由公式U=l，2、…"；求取第i種防突技術(shù)措施在第k等級(jí) 下的指標(biāo)定權(quán)聚類系數(shù)，建立定權(quán)聚類系數(shù)矩陣：，其中:m為聚類評(píng)價(jià)指 標(biāo)的總個(gè)數(shù)，η為等級(jí)的種類總數(shù)，r為防突技術(shù)措施的種類總數(shù)； 6) 找出定權(quán)聚類系數(shù)矩陣中最大的數(shù)值，其對(duì)應(yīng)的防突技術(shù)措施為最優(yōu)技術(shù)方案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法，步驟2)中的聚 類評(píng)價(jià)指標(biāo)包括施工抽放鉆孔工程量、鉆孔施工時(shí)間、防突資金投入、瓦斯治理成本和防治 次生災(zāi)害。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法，步驟3)中將防 突技術(shù)措施劃分為Ξ個(gè)等級(jí)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種煤與瓦斯突出礦井防突技術(shù)措施的優(yōu)化方法，具體步驟如下：1）根據(jù)煤礦現(xiàn)場(chǎng)情況，擬定多種防突技術(shù)措施；2）確定每種防突技術(shù)措施下的聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的值；構(gòu)建聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣；3）將步驟1）中擬定的防突技術(shù)措施劃分為多個(gè)等級(jí)；并確定每個(gè)技術(shù)方案中的每個(gè)聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)在不同等級(jí)下的白化權(quán)函數(shù)；4）確定每個(gè)聚類評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)；5）求取指標(biāo)定權(quán)聚類系數(shù)，建立定權(quán)聚類系數(shù)矩陣；6)找出定權(quán)聚類系數(shù)矩陣中最大的系數(shù)，其對(duì)應(yīng)的防突技術(shù)措施為最優(yōu)技術(shù)方案。本發(fā)明能獲取適宜礦井的最優(yōu)防突技術(shù)措施，它降低了瓦斯治理成本，減少鉆孔工程量，縮短鉆孔施工時(shí)間；為提高煤層瓦斯抽采量和礦井瓦斯的綜合治理奠定基礎(chǔ)。
【IPC分類】E21F7/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105569724
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510920080
【發(fā)明人】羅文柯, 游波, 張慧, 鳳雯
【申請(qǐng)人】湖南科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日