一種基于gis的煤礦瓦斯涌出超限預(yù)測智能分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于GIS的煤礦瓦斯涌出超限預(yù)測智能分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上最大的產(chǎn)煤國,煤炭資源在我國能源結(jié)構(gòu)中的主體地位在相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)很難改變。同時(shí),我國也是煤礦瓦斯災(zāi)害較為嚴(yán)重的國家之一,煤與瓦斯突出礦井、高瓦斯礦井眾多,且分布較廣;尤其是隨著開采深度的增加,瓦斯治理難度也逐漸增大。近年來,由煤礦瓦斯涌出造成的瓦斯爆炸等事故有上升趨勢,尤其是近距離煤層群開采時(shí),且易造成瓦斯異常涌出和群死群傷的重大事故,因此有效地對工作面前方煤體瓦斯涌出超限預(yù)測和智能分析,對煤礦瓦斯治理有著重要的指導(dǎo)意義。
[0003]目前,煤礦對工作面前方煤體瓦斯涌出預(yù)測一般采用瓦斯涌出分源預(yù)測法(AQ1018-2006),在此基礎(chǔ)上結(jié)合工作面風(fēng)量判斷瓦斯?jié)舛惹闆r,參與計(jì)算的瓦斯參數(shù)一般采用平均值運(yùn)算;而對前方煤體可能引起超限的原因僅僅為粗略、靜態(tài)分析,缺乏系統(tǒng)性、連續(xù)性、動態(tài)性分析,且考慮影響超限的因素較為簡單。因此,亟需一種煤礦瓦斯涌出超限預(yù)測智能分析方法,該方法不僅可以預(yù)測瓦斯超限情況,而且可以智能分析可能的超限原因,以便礦井管理層提前制定瓦斯治理措施,提高礦井瓦斯災(zāi)害的防治能力。
[0004]地理信息系統(tǒng)(GIS)是管理和分析空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用工程技術(shù),其技術(shù)系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和相關(guān)的方法過程所組成,用以支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示,以便解決復(fù)雜的空間分析、規(guī)劃和管理問題;主要具有數(shù)據(jù)采集與輸入、數(shù)據(jù)編輯與更新、數(shù)據(jù)存儲與管理、空間查詢與分析、空間決策支持、數(shù)據(jù)顯示與輸出等功能。因此,采用GIS的主要功能和優(yōu)點(diǎn)及結(jié)合瓦斯超限預(yù)測及其原因的智能分析需求,可發(fā)明一種基于GIS的煤礦瓦斯涌出超限預(yù)測智能分析方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提出一種基于GIS的煤礦瓦斯涌出超限預(yù)測智能分析方法。
[0006]本發(fā)明的目的是以GIS為平臺,在煤礦瓦斯涌出動態(tài)預(yù)測的基礎(chǔ)上,采用煤礦采掘工作面當(dāng)前通風(fēng)數(shù)據(jù)信息,對工作面前方煤體瓦斯涌出超限預(yù)測和分析,智能分析瓦斯涌出預(yù)測超限區(qū)域的超限原因,以便礦井管理層提前制定瓦斯治理措施,可提高礦井瓦斯災(zāi)害的防治能力。
[0007]本發(fā)明的目的及解決其主要技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種基于GIS的煤礦瓦斯涌出超限預(yù)測智能分析方法,具體包括以下步驟:
I)瓦斯地質(zhì)影響因素?cái)?shù)據(jù)的采集與動態(tài)更新。隨著在生產(chǎn)過程中對開采條件和賦存條件認(rèn)識的不斷加深以及數(shù)據(jù)采集的不斷增加,即時(shí)對瓦斯瓦斯地質(zhì)影響因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行錄入和更新,并生成柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。
[0008]進(jìn)一步,所述步驟I)具體包括如下步驟:
11)基于GIS平臺對采集的煤層埋深、厚度、圍巖封閉性、變質(zhì)程度、底板標(biāo)高、地表高程數(shù)據(jù)進(jìn)行離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化處理,生成其對應(yīng)的柵格數(shù)據(jù),并存儲于GIS平臺;
12)在新增或修改影響因素?cái)?shù)據(jù)時(shí),GIS平臺自動將新增數(shù)據(jù)與已存在的同類數(shù)據(jù)進(jìn)行離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化處理,重新生成其對應(yīng)的柵格數(shù)據(jù)存儲于GIS平臺,從而實(shí)現(xiàn)瓦斯地質(zhì)影響因素的動態(tài)更新。
[0009]2)運(yùn)用瓦斯地質(zhì)分析方法建立已有瓦斯含量與其對應(yīng)瓦斯地質(zhì)影響因素的瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型,在新增瓦斯含量時(shí),GIS平臺自動查找其對應(yīng)的影響因素?cái)?shù)值,并基于已有瓦斯含量及影響因素值,重新生成瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型,從而實(shí)現(xiàn)瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型的動態(tài)更新。
[0010]3)根據(jù)瓦斯地質(zhì)影響因素柵格數(shù)據(jù)與瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型計(jì)算煤層瓦斯含量。
[0011]進(jìn)一步,所述步驟3)具體包括如下步驟:
31)瓦斯地質(zhì)影響因素柵格數(shù)據(jù)結(jié)合瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型,計(jì)算生成礦區(qū)瓦斯含量柵格數(shù)據(jù),并存儲于GIS平臺。
[0012]32)在瓦斯含量柵格的基礎(chǔ)上對地質(zhì)構(gòu)造與保護(hù)層開采影響區(qū)域的像元進(jìn)行重新賦值,并在地質(zhì)構(gòu)造與保護(hù)層參數(shù)變化更新時(shí),此步驟將重新處理以保證數(shù)據(jù)的動態(tài)性。
[0013]進(jìn)一步,所述步驟32)具體包括如下步驟:
321)在地質(zhì)構(gòu)造(斷層、褶皺)兩側(cè)創(chuàng)建多級緩沖區(qū),依照緩沖區(qū)距地質(zhì)構(gòu)造軸線的距離對緩沖區(qū)內(nèi)瓦斯含量柵格像元進(jìn)行重新賦值。
[0014]322)在對被保護(hù)層瓦斯含量分布分析時(shí),依據(jù)被保護(hù)層與保護(hù)層之間的間距獲取瓦斯排放率對被保護(hù)層瓦斯含量柵格進(jìn)行重新賦值。
[0015]33)在瓦斯地質(zhì)影響因素柵格數(shù)據(jù)更新變化時(shí),瓦斯含量柵格即可動態(tài)生成和變化;同時(shí),當(dāng)瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型更新變化時(shí),瓦斯含量柵格也隨之動態(tài)生成。
[0016]4)瓦斯含量柵格綜合工作面設(shè)計(jì)(施工)參數(shù)、采掘進(jìn)尺速度對煤礦回采和掘進(jìn)工作面進(jìn)行瓦斯涌出量動態(tài)預(yù)測,其預(yù)測對像可以是設(shè)計(jì)或正在實(shí)施的采掘工作面。
[0017]進(jìn)一步,所述步驟4)具體包括如下步驟:
41)考慮高負(fù)壓抽采對預(yù)測工作面煤體瓦斯的影響,對劃定的抽采單元以平均噸煤累計(jì)抽采量進(jìn)行計(jì)量,噸煤累計(jì)抽采量隨著抽采單元抽采數(shù)據(jù)的更新而變化,且對抽采單元內(nèi)的瓦斯含量柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,瓦斯涌出量預(yù)測采用修正的瓦斯含量柵格數(shù)據(jù)。
[0018]42)采用修正后的瓦斯含量柵格數(shù)據(jù)結(jié)合煤層間距柵格、預(yù)測工作面的參數(shù)、各煤層的煤層厚度柵格及各煤層的瓦斯含量柵格,利用分源預(yù)測方法進(jìn)行柵格計(jì)算,獲得瓦斯涌出量柵格。
[0019]43)在瓦斯涌出量柵格的基礎(chǔ)上結(jié)合工作面的屬性參數(shù)、低負(fù)壓抽采數(shù)據(jù)、進(jìn)尺速度計(jì)算工作面對應(yīng)空間位置的最大瓦斯涌出量。其中,低負(fù)壓抽采是對預(yù)測回采工作面鄰近層卸壓瓦斯的抽采,其數(shù)值是當(dāng)前預(yù)測回采工作面低負(fù)壓抽采值,并隨著當(dāng)前值的變化而改變;若當(dāng)前工作面無低負(fù)壓抽采,則其值為0,不參與涌出量預(yù)測的計(jì)算;回采工作面的瓦斯涌出量預(yù)測值為采用瓦斯涌出分源預(yù)測法計(jì)算值減去低負(fù)壓抽采值。
[0020]5)根據(jù)工作面瓦斯涌出量柵格結(jié)合工作面回風(fēng)數(shù)據(jù)預(yù)測工作面最大瓦斯涌出濃度,按照《煤礦安全規(guī)程》瓦斯超限臨界值判斷預(yù)測工作面前方煤體瓦斯涌出超限區(qū)域。
[0021]6)對超限區(qū)域瓦斯涌出來源進(jìn)行分析判斷,回采工作面瓦斯來源分為本煤層與鄰近層,對涌出來源比例進(jìn)行劃分,掘進(jìn)工作面只有本煤層涌出來源。
[0022]7)根據(jù)分源預(yù)測法對超限區(qū)域與鄰近非超限區(qū)域的瓦斯涌出量影響因素進(jìn)行對比分析,判斷引起超限的主要原因,其中本煤層瓦斯涌出可能引起超限的原因包括瓦斯含量和煤層厚度,鄰近層瓦斯涌出可能引起超限的原因包括鄰近層瓦斯含量、鄰近層煤層厚度、鄰近層間距。
[0023]8)根據(jù)步驟7)中的超限原因的分析結(jié)果,結(jié)合礦井的開采技術(shù)條件,應(yīng)用專家系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)智能化分析超限治理措施。
[0024]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上技術(shù)方案可知,本發(fā)明實(shí)現(xiàn)對礦井工作面前方煤體瓦斯涌出超限預(yù)測和超限智能分析,改變了現(xiàn)有技術(shù)只能對工作面前方煤體瓦斯涌出超限原因的粗略和靜態(tài)分析的現(xiàn)狀,以便礦井管理層提前制定瓦斯治理措施,提尚礦井瓦斯災(zāi)害的防治能力。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的步驟示意框圖;
圖2是本發(fā)明的礦區(qū)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)集對像框圖;
圖3是本發(fā)明的煤層瓦斯地質(zhì)影響因素柵格數(shù)據(jù)集對像框圖;
圖4是本發(fā)明的地質(zhì)構(gòu)造影響瓦斯含量柵格數(shù)據(jù)處理示意圖;
圖5是本發(fā)明的保護(hù)層開采影響瓦斯含量柵格數(shù)據(jù)處理示意圖;
圖6是本發(fā)明的回采工作面高負(fù)壓抽采柵格模型處理示意圖;
圖7是本發(fā)明的掘進(jìn)工作面高負(fù)壓抽采柵格模型處理示意圖。
[0026]圖中標(biāo)記:礦井各部門采樣數(shù)據(jù)收集9,瓦斯地質(zhì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)集10,原始瓦斯含量采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)11,埋深采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)12,煤層厚度采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)13,封閉性采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)14,煤層變質(zhì)程度采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)15,地表高程數(shù)據(jù)16,煤層底板標(biāo)高采樣數(shù)據(jù)17,擬合回歸數(shù)據(jù)20,瓦斯間距柵格22,高負(fù)壓抽采數(shù)據(jù)23,低負(fù)壓抽采數(shù)據(jù)24,采掘進(jìn)尺數(shù)據(jù)25,工作面風(fēng)量數(shù)據(jù)26,回采工作面超限因素27,掘進(jìn)工作面超限因素28,瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型30,影響煤層瓦斯地質(zhì)因素柵格數(shù)據(jù)集40,煤層埋深柵格41,煤層厚度柵格42,圍巖封閉性柵格43,煤層變質(zhì)程度柵格44,地質(zhì)構(gòu)造柵格45,地質(zhì)構(gòu)造影響模型51,保護(hù)層開采影響模型52,原始瓦斯含量柵格60,瓦斯含量柵格61,工作面瓦斯涌出量62,工作面瓦斯?jié)舛?3,涌出超限區(qū)域瓦斯地質(zhì)參數(shù)64,超限原因65。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合附圖和較佳實(shí)施例,對依據(jù)本發(fā)明提出的一種基于GIS的煤礦瓦斯涌出超限預(yù)測智能分析方法【具體實(shí)施方式】、特征及其功效,詳細(xì)說明如后。
[0028]圖1為本發(fā)明的步驟示意框圖。一種基于GIS的煤礦瓦斯涌出超限預(yù)測智能分析方法,是以GIS為平臺,在煤礦瓦斯涌出動態(tài)預(yù)測的基礎(chǔ)上,綜合煤礦采掘工作面通風(fēng)數(shù)據(jù)信息,對工作面前方煤體瓦斯涌出超限預(yù)測和超限智能分析,智能分析和查找超限原因;具體步驟如下:
I)礦井各部門采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)收集9,獲取瓦斯地質(zhì)動態(tài)分析所需的瓦斯地質(zhì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)集10,包括:原始瓦斯含量采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)11,埋深采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)12,煤層厚度采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)13,封閉性采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)14,煤層變質(zhì)程度采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)15,地表高程數(shù)據(jù)16,煤層底板標(biāo)高采樣數(shù)據(jù)17,如圖2,擬合回歸數(shù)據(jù)20,建立瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型30,且瓦斯地質(zhì)數(shù)學(xué)模型隨著瓦斯地質(zhì)采樣點(diǎn)的新增而動態(tài)更新。
[0029]2)瓦斯地質(zhì)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)集10通過離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格化處理,獲得影響煤層瓦斯地質(zhì)因素柵格數(shù)據(jù)集40,其中包括:煤層埋深柵格41,煤層厚度柵格42,圍巖封閉性柵格43,煤層變質(zhì)程度柵格44,地質(zhì)構(gòu)造柵格45,其對像框圖詳見