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[摘 要]为了提高煤与瓦斯突出危险性预测预报的准确性和有效性，本文根据神华集团天荣煤矿历史预测数据进行分析，利用“三率”法和灰色系统理论，初步得出适合该矿2#煤层的突出预测敏感指标。
[关键词]突出预测 敏感指标
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-294-02
1 引言
突出预测敏感指标是指对突出矿井的突出煤层回采、掘进及石门揭煤工作面进行预测时，能够明显区分出突出危险和非突出危险的突出预测指标，即在突出危险和非突出危险工作面实测该指标的值无交叉或交叉区域较少。为判定采掘工作面突出预测指标的敏感性，国内外学者为之付出了艰辛的努力，并作了大量卓而有成效的研究工作，极大地推动了煤与瓦斯突出防治工作发展。
由于不同矿井在煤层的赋存条件、地质因素、瓦斯条件和煤自身物理力学性质等方面存在着差异，不同矿区、不同煤层工作面突出危险性预测预报的敏感指标和临界值也不尽相同。因此为了提高煤与瓦斯突出危险性预测预报的准确性和有效性，矿井须根据本身的实际情况考察确定采掘工作面煤与瓦斯突出的预测预报敏感指标及其临界值，以便真正提高预测预报的效果。
2 矿井概况
神华集团天荣煤矿位于内蒙古阿拉善左旗巴彦浩特镇东北部，距巴彦浩特镇约60km。天荣煤矿主采2#煤层，属无烟煤，以太西煤最为著名，具有低灰、低硫、低磷、高发热量、高化学活性等“三低六高”优势。在国际市场相当走俏，被誉为“黑宝玉”、“煤中之王”。 天荣煤矿属煤与瓦斯突出矿井，为了摸清和掌握2#煤层的煤与瓦斯突出危险性，特委托有关煤炭科研院所对煤层进行突出危险性鉴定。
天荣煤矿2#煤层中含较高的瓦斯成分，在瓦斯压力为2MPa时，2#煤层中瓦斯解吸量达22～26m3/t。据井田勘探资料显示，+1800m以上为氮气—沼气带，用真空罐及集气式瓦斯采取器测的瓦斯绝对含量为3.35～8.94m3/t.r，+1800m以下为沼气带，瓦斯绝对含量为9.92～13.24 m3/t.r。
根据井田煤层赋存条件以及资源储量情况，确定矿井设计生产能力为0.3Mt/a。矿井技改后采用一井一面开采，储量备用系数为1.3，矿井服务年限为10.9a。
矿井有三条井筒，主副井以25°倾角反斜井布置，风井以28°倾角反斜井布置。开拓方式为斜井多水平。根据矿井煤层的赋存特点、煤层厚度和煤层结构，采煤方法采用长壁后退式一次采全高的采煤方法。矿井采用中央并列式通风系统，通风方式为机械抽出式。
矿井2#煤层采掘工作面主要用钻屑瓦斯解吸指标△h2、钻孔瓦斯涌出初速度q及钻屑量Smax进行预测。自《防治煤与瓦斯突出细则》及《防治煤与瓦斯突出规定》颁布以来，该矿采用开采保护层、穿层钻孔瓦斯抽放等区域消突措施，使矿井的安全状况得到了根本的改善，在煤层掘进、回采过程中，预测数据均低于临界值。为此，采用该矿2#煤层轨道下山掘进时的历史数据分析，用“三率”法和灰色关联分析法，对该矿的突出预测敏感指标进行分析研究，确定适用于2#煤层的突出预测敏感指标。
3 “三率”法分析突出预测敏感指标
3.1 “三率”法
“三率”法即是根据预测突出率、预测突出准确率和预测不突出准确率对突出预测数据进行分析，从而确定突出敏感指标。针对该矿2#煤层轨道下山巷掘进工作面突出预测与效果检验两种情况，可按以下“三率”法来确定敏感指标。
预测过程中有突出发生的情况下，敏感指标应按以下“三率”来确定：
（1）预测突出率
预测突出率η1代表着预测有突出危险区段所占总预测区段的比例大小，当然η1越小，需采取防突措施的范围越小，防突投入少，进度快，但其取决于突出预测的准确率。
（2）预测突出准确率
在试验中发现，如果以实际突出的发生确定指标敏感性，一是生产中不允许，二是不安全。为此，国内众多学者提出凡符合下列条件之一时即为属突出危险：
①实际发生的突出；
②预测指标超标较大，预报有危险但采取措施（超前排放钻孔、慢速掘进甚至停掘等）后未发生突出；
③在施工防突排放钻孔过程中，有动力现象（喷孔、夹钻、顶钻等现象）。
（3）预测不突出准确率
式中 η3—预测不突出准确率，%；
nB—预测无突出危险次数，次；
nA—預测无突出危险次数中果真无突出危险的次数，次。
3.2 预测敏感指标分析
在85组预测数据中，单项指标Δh2超限9次，q超限3次，Smax值超限0次，发生煤炮、瓦斯异常、夹钻、吸钻等瓦斯动力现象7次。
预测指标△h2、q和Smax预测突出率分别为10.59%、3.53%、0；预测突出准确率分别为66.67%、100%；预测突出率Smax < q <△h2，并且q的预测突出准确率高于△h2，达100%；但q、Smax存在严重的漏报现象，而△h2测不突3出准确率高达100%。综上所述△h2更适合做为敏感指标。
4 灰色关联分析法确定敏感指标
4.1 系统映射量建立
灰色关联分析是灰色系统理论的核心要素，它揭示了事物动态关联的特征与程度。对一个抽象系统或现象进行分析，首先选准反映系统行为特征的数据序列，确定影响系统行为的有效因素。在量化分析研究中，需要对系统行为特征映射量和各有效因素之间进行适当分析处理，通过相关算子作用，使之转化为量级大体相近的无量纲数据，并将负相关因素转化为正相关因素。最后采用关联度分析法利用灰色系统模型对系统发展态势的相互关系进行分析，进一步明确影响系统行为的有效因素。
灰色关联分析的关键是选准反映系统行为特征的数据序列，即寻找反映系统行为的映射量，然后用映射量来分析研究系统的行为规律。煤与瓦斯突出是煤体所受应力、所赋含瓦斯和煤的物理力学性质综合作用下发生的物理力学过程。钻屑瓦斯解吸指标△h2、钻孔瓦斯涌出初速度q和钻屑量Smax无疑综合反映了决定煤体突出危险程度的应力、瓦斯和煤的物理力学及瓦斯放散性质。根据三指标建立系统映射量，即突出危险程度与各指标之间的关联分析的数学模型：
映射量E1（i）着重于反应预测突出准确率，影射量E2（i）着重于反应预测不突出准确率，这样就建立了突出危险程度与各预测指标之间的关联分析的数学模型，即反映煤与瓦斯突出内在规律和指标敏感程度的映射量函数。
4.2 突出预测敏感指标灰色关联分析
煤与瓦斯突出可以认为是既含有已知的内部特性，又含有未知和非确知内部特性的灰色信息系统，关联分析参考数列X0（i）为系统映射量E1（i）和E2（i），比较数列Xj（i）为预测指标，即钻屑瓦斯解吸指标△h2和钻屑量Smax。灰色关联函数γj（i）计算模型：
根据关联度即可知各预测指标对于煤与瓦斯突出的敏感程度。
4.3敏感指标的确定
根据上述灰色系统理论数学模型，对△h2、q和Smax数据进行关联度分析计算。关联度结果见表2。
系统映射量E1i反映预测突出准确率，映射量E2i着重于反映预测不突出准确率。由表2中数据可以看出，比较看出，△h2、q和S的影射量E1i均为0.78左右，关联性相差不大，但是△h2的映射量E2i却明显高于q和S，这说明△h2的预测不突出准确率明显高于q和S，因此可判断△h2比较敏感，与“三率”法分析结果一致。
5.结论
煤与瓦斯突出是煤在地应力、瓦斯和煤的物理力学性质综合作用下发生的物理力学过程。目前国内外普遍应用，且技术较为成熟的预测突出危险程度的指标主要有钻屑瓦斯解吸指标△h2（或K1）、钻孔瓦斯涌出初速度q及钻屑量Smax等，在长期的现场应用中很好地起到了防突效果。
运用“三率”法和灰色关联分析法对天荣煤矿2#煤层轨道下山巷掘进工作面预测指标△h2、q和Smax进行分析，确定钻屑解吸指标△h2为该矿2#煤层敏感指标。采用△h2来预测该煤层采掘进工作面的突出危险性，可以反映该煤层的突出特点。
由于煤层的赋存条件、地质因素、瓦斯条件和煤自身物理力学性质等方面存在着差异，不同煤层工作面突出危险性预测预报的敏感指标也不尽相同。该矿的突出预测敏感指标有待于在今后的生产过程中不断修正，找出适合该矿井的防突预测预报体系，更好地指导矿井的安全与生产。
[关键词]突出预测 敏感指标
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-294-02
1 引言
突出预测敏感指标是指对突出矿井的突出煤层回采、掘进及石门揭煤工作面进行预测时，能够明显区分出突出危险和非突出危险的突出预测指标，即在突出危险和非突出危险工作面实测该指标的值无交叉或交叉区域较少。为判定采掘工作面突出预测指标的敏感性，国内外学者为之付出了艰辛的努力，并作了大量卓而有成效的研究工作，极大地推动了煤与瓦斯突出防治工作发展。
由于不同矿井在煤层的赋存条件、地质因素、瓦斯条件和煤自身物理力学性质等方面存在着差异，不同矿区、不同煤层工作面突出危险性预测预报的敏感指标和临界值也不尽相同。因此为了提高煤与瓦斯突出危险性预测预报的准确性和有效性，矿井须根据本身的实际情况考察确定采掘工作面煤与瓦斯突出的预测预报敏感指标及其临界值，以便真正提高预测预报的效果。
2 矿井概况
神华集团天荣煤矿位于内蒙古阿拉善左旗巴彦浩特镇东北部，距巴彦浩特镇约60km。天荣煤矿主采2#煤层，属无烟煤，以太西煤最为著名，具有低灰、低硫、低磷、高发热量、高化学活性等“三低六高”优势。在国际市场相当走俏，被誉为“黑宝玉”、“煤中之王”。 天荣煤矿属煤与瓦斯突出矿井，为了摸清和掌握2#煤层的煤与瓦斯突出危险性，特委托有关煤炭科研院所对煤层进行突出危险性鉴定。
天荣煤矿2#煤层中含较高的瓦斯成分，在瓦斯压力为2MPa时，2#煤层中瓦斯解吸量达22～26m3/t。据井田勘探资料显示，+1800m以上为氮气—沼气带，用真空罐及集气式瓦斯采取器测的瓦斯绝对含量为3.35～8.94m3/t.r，+1800m以下为沼气带，瓦斯绝对含量为9.92～13.24 m3/t.r。
根据井田煤层赋存条件以及资源储量情况，确定矿井设计生产能力为0.3Mt/a。矿井技改后采用一井一面开采，储量备用系数为1.3，矿井服务年限为10.9a。
矿井有三条井筒，主副井以25°倾角反斜井布置，风井以28°倾角反斜井布置。开拓方式为斜井多水平。根据矿井煤层的赋存特点、煤层厚度和煤层结构，采煤方法采用长壁后退式一次采全高的采煤方法。矿井采用中央并列式通风系统，通风方式为机械抽出式。
矿井2#煤层采掘工作面主要用钻屑瓦斯解吸指标△h2、钻孔瓦斯涌出初速度q及钻屑量Smax进行预测。自《防治煤与瓦斯突出细则》及《防治煤与瓦斯突出规定》颁布以来，该矿采用开采保护层、穿层钻孔瓦斯抽放等区域消突措施，使矿井的安全状况得到了根本的改善，在煤层掘进、回采过程中，预测数据均低于临界值。为此，采用该矿2#煤层轨道下山掘进时的历史数据分析，用“三率”法和灰色关联分析法，对该矿的突出预测敏感指标进行分析研究，确定适用于2#煤层的突出预测敏感指标。
3 “三率”法分析突出预测敏感指标
3.1 “三率”法
“三率”法即是根据预测突出率、预测突出准确率和预测不突出准确率对突出预测数据进行分析，从而确定突出敏感指标。针对该矿2#煤层轨道下山巷掘进工作面突出预测与效果检验两种情况，可按以下“三率”法来确定敏感指标。
预测过程中有突出发生的情况下，敏感指标应按以下“三率”来确定：
（1）预测突出率
预测突出率η1代表着预测有突出危险区段所占总预测区段的比例大小，当然η1越小，需采取防突措施的范围越小，防突投入少，进度快，但其取决于突出预测的准确率。
（2）预测突出准确率
在试验中发现，如果以实际突出的发生确定指标敏感性，一是生产中不允许，二是不安全。为此，国内众多学者提出凡符合下列条件之一时即为属突出危险：
①实际发生的突出；
②预测指标超标较大，预报有危险但采取措施（超前排放钻孔、慢速掘进甚至停掘等）后未发生突出；
③在施工防突排放钻孔过程中，有动力现象（喷孔、夹钻、顶钻等现象）。
（3）预测不突出准确率
式中 η3—预测不突出准确率，%；
nB—预测无突出危险次数，次；
nA—預测无突出危险次数中果真无突出危险的次数，次。
3.2 预测敏感指标分析
在85组预测数据中，单项指标Δh2超限9次，q超限3次，Smax值超限0次，发生煤炮、瓦斯异常、夹钻、吸钻等瓦斯动力现象7次。
预测指标△h2、q和Smax预测突出率分别为10.59%、3.53%、0；预测突出准确率分别为66.67%、100%；预测突出率Smax < q <△h2，并且q的预测突出准确率高于△h2，达100%；但q、Smax存在严重的漏报现象，而△h2测不突3出准确率高达100%。综上所述△h2更适合做为敏感指标。
4 灰色关联分析法确定敏感指标
4.1 系统映射量建立
灰色关联分析是灰色系统理论的核心要素，它揭示了事物动态关联的特征与程度。对一个抽象系统或现象进行分析，首先选准反映系统行为特征的数据序列，确定影响系统行为的有效因素。在量化分析研究中，需要对系统行为特征映射量和各有效因素之间进行适当分析处理，通过相关算子作用，使之转化为量级大体相近的无量纲数据，并将负相关因素转化为正相关因素。最后采用关联度分析法利用灰色系统模型对系统发展态势的相互关系进行分析，进一步明确影响系统行为的有效因素。
灰色关联分析的关键是选准反映系统行为特征的数据序列，即寻找反映系统行为的映射量，然后用映射量来分析研究系统的行为规律。煤与瓦斯突出是煤体所受应力、所赋含瓦斯和煤的物理力学性质综合作用下发生的物理力学过程。钻屑瓦斯解吸指标△h2、钻孔瓦斯涌出初速度q和钻屑量Smax无疑综合反映了决定煤体突出危险程度的应力、瓦斯和煤的物理力学及瓦斯放散性质。根据三指标建立系统映射量，即突出危险程度与各指标之间的关联分析的数学模型：
映射量E1（i）着重于反应预测突出准确率，影射量E2（i）着重于反应预测不突出准确率，这样就建立了突出危险程度与各预测指标之间的关联分析的数学模型，即反映煤与瓦斯突出内在规律和指标敏感程度的映射量函数。
4.2 突出预测敏感指标灰色关联分析
煤与瓦斯突出可以认为是既含有已知的内部特性，又含有未知和非确知内部特性的灰色信息系统，关联分析参考数列X0（i）为系统映射量E1（i）和E2（i），比较数列Xj（i）为预测指标，即钻屑瓦斯解吸指标△h2和钻屑量Smax。灰色关联函数γj（i）计算模型：
根据关联度即可知各预测指标对于煤与瓦斯突出的敏感程度。
4.3敏感指标的确定
根据上述灰色系统理论数学模型，对△h2、q和Smax数据进行关联度分析计算。关联度结果见表2。
系统映射量E1i反映预测突出准确率，映射量E2i着重于反映预测不突出准确率。由表2中数据可以看出，比较看出，△h2、q和S的影射量E1i均为0.78左右，关联性相差不大，但是△h2的映射量E2i却明显高于q和S，这说明△h2的预测不突出准确率明显高于q和S，因此可判断△h2比较敏感，与“三率”法分析结果一致。
5.结论
煤与瓦斯突出是煤在地应力、瓦斯和煤的物理力学性质综合作用下发生的物理力学过程。目前国内外普遍应用，且技术较为成熟的预测突出危险程度的指标主要有钻屑瓦斯解吸指标△h2（或K1）、钻孔瓦斯涌出初速度q及钻屑量Smax等，在长期的现场应用中很好地起到了防突效果。
运用“三率”法和灰色关联分析法对天荣煤矿2#煤层轨道下山巷掘进工作面预测指标△h2、q和Smax进行分析，确定钻屑解吸指标△h2为该矿2#煤层敏感指标。采用△h2来预测该煤层采掘进工作面的突出危险性，可以反映该煤层的突出特点。
由于煤层的赋存条件、地质因素、瓦斯条件和煤自身物理力学性质等方面存在着差异，不同煤层工作面突出危险性预测预报的敏感指标也不尽相同。该矿的突出预测敏感指标有待于在今后的生产过程中不断修正，找出适合该矿井的防突预测预报体系，更好地指导矿井的安全与生产。