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煤矿安全生产是当前安全生产工作的重中之重,而煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象,是威胁煤矿生产的严重自然灾害之一。对煤与瓦斯突出进行预测是以煤与瓦斯突出机理的认识为基础的,由于突出的复杂性,目前存在不同的侧重点和观点。目前国内外普遍接受的是煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯、煤物理力学性质等因素综合作用的结果。
本文首先对国内外煤与瓦斯突出的概况进行了总结和分析,说明了煤与瓦斯突出的确已经是影响煤矿安全生产的重要灾害之一。接着对目前国内外煤与瓦斯突出机理的研究和区域预测方法进行了总结和分析,尤其是区域预测方法的总结。目前最主要和常用的方法有单项指标法、瓦斯地质单元法、综合指标D与K法、地质指标法、七因素综合预测法、地质统计法等等。
在第二章中,考虑到煤与瓦斯突出是一个很复杂的灾害过程,影响煤与瓦斯突出的因素也是相当的繁琐和复杂,所以本文从煤体、瓦斯、煤层、地质构造等方面全面详细的分析了影响煤与瓦斯突出的因素。从而明确了如果要进行突出危险度的预测,那么就要从不同影响因素下手,分析它们的特点及相关性质,为我们进行选取预测单项要素指标提供一定的依据和基础。
在第三章中,先对我们要建立的煤与瓦斯突出危险度预测指标体系进行相关的解释和说明,包括煤与瓦斯突出单项要素指标的含义以及选择单项要素指标预测的约束条件,并对选择煤与瓦斯突出单项要数指标的原则进行了阐述。在进行完上述准备工作之后,建立了初步的煤与瓦斯突出危险度预测指标体系,也就是把影响煤与瓦斯突出的各种因素按其特征分门别类的进行一个总结。最后结合概率统计法和专家打分法,并依据指标数据的可得性,代表性,科学性等原则确定了我们最终选择的煤与瓦斯突出危险度预测指标体系。它们包括:煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤的破坏类型、煤的坚固性系数、瓦斯放散初速度、煤层地质构造、煤层埋藏深度等7个方面的因素。
在第四章中,随着煤与瓦斯突出危险度预测指标的建立,我们主要进行了综合预测模型的研究。首先提出了进行综合预测的基本思路,并提出了突出危险度的概念。接着就是采用了主成分分析和回归分析的方法,并结合MATLAB6.0和Spss12.0等软件进行模型的建立。其基本步骤为先搜集样本数据,构建原始预测矩阵,结合Spss12.0软件得出原始预测矩阵的相关矩阵;然后利用MATLAB6.0算出相关矩阵的特征值,利用这些特征值就可以得出各个单项要素指标的方差贡献率;然后通过计算相关矩阵的特征向量转置矩阵和对应的特征值矩阵,算出一个主因子载荷矩阵;接着利用相关矩阵与每一列主指标载荷向量和主因子载荷矩阵,可以建立对应的回归方程,就可以得出系数向量值;最后通过每一列的系数向量和每一个单项要素指标的方差贡献率即可得出每一个单项要素指标的权重。在得出每个单项要素指标的权重之后,通过一定的归一化方法对每一个单项要素指标进行具体数值的归一化,那么我们所要获得的预测模型就为单项要素指标的权重与单项要素指标数值归一化后相乘。在得出模型以后,结合河南省新安煤田的例子,对模型进行了可靠性的验证,最后实践证明该预测模型具有较好的可靠性。
在最后一章中,对本文所做的工作进行了一个总结和概括。考虑到各种因素的影响,也对本文存在的不足,以及模型的局限性进行了阐述和归纳。虽然本文中的综合预测模型在一定程度上能够反映和表征一些煤层的煤与瓦斯突出的状态和程度,但在实际的生产工作中,我们还必须结合煤矿实际所处的环境以及一些具体条件,进行认真的分析和统计,从各个方面下手,我们才能更好地进行煤与瓦斯突出预测预警,从而可以在一定程度上提升我们进行煤矿安全生产的水平。