基于MATLAB综采面采空区自燃特性分析研究

论文摘要

近年来,在煤矿开采的过程中,每年由于自燃造成的直接和间接经济损失达数百亿元。随着开采深度的增加,地压现象对煤矿开采的影响日渐突出,地压可以对保护煤体造成破坏,保护煤体被破坏后会造成采空区以及被保护煤体的漏风增加,从而当自燃条件满足后,会造成煤的自然发火。综采工作面煤采出率比较高,但煤矿地质条件复杂多变,当条件合适时,综采面的采空区也会发生自燃。因此,在提高采出率和开采速度的同时,也应该对综采面的采空区的自燃特性进行研究。本文首次把未确知测度理论用于综采面采空区火灾危险性评价研究,基于MATLAB建立了16个影响综采面火灾危险性因素的未确知测度函数,利用MATLAB的绘图功能和未确知测度函数绘出了各个影响因素的测度函数图,从而形象的表示出了各个影响因素对采空区火灾危险性的影响规律。在实践上,利用未确知测度函数计算得出寺河二号井XV1301工作面采空区的火灾危险性等级,从而有利于本煤层的防灭火工作的开展。首次基于最小二乘法对工作面的上隅角瓦斯气体进行了拟合,结合气体相关系数进行了分析。这种方法基于日常观测数据进行分析,不需要另外进行试验,判断结果有利于采空区防漏风措施的开展。沿寺河二号井XV1301工作面倾向埋管进行自燃“三带”观测,得到采空区O2、CH4、和CO浓度数据,首次运用MATLAB的差分功能对观测数据进行分析,这种分析方法可以分析采空区内气体的整体分布变化,然后基于氧浓度的变化,分析得出采空区的自燃“三带”范围,这种方法对于地质条件复杂的矿井非常有用。基于MATLAB的自燃“三带”分析可以分析稀疏数据的“三带”分布,利用三角形为基础的三次方程内插方法可以较好的得出数据的变化趋势。最后,基于自燃“三带”范围和煤的最短自燃发火期,计算得出了该工作面的最小开采速度,从而对该工作面的防灭火工作具有指导作用。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 煤层自然发火的研究现状
• 1.2.2 煤的自然发火期研究
• 1.2.3 煤层自然发火危险性评价研究现状
• 1.2.4 数据分析研究现状
• 1.2.5 采空区自燃“三带”划分研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文研究的内容和目标
• 1.5 研究技术路线
• 2 MATLAB 介绍和煤样最短自然发火期计算
• 2.1 MATLAB 介绍
• 2.1.1 MATLAB 简介
• 2.1.2 MATLAB 主要特点
• 2.1.3 MATLAB 的应用
• 2.2 煤样最短发火期计算
• 2.2.1 DSC 实验及煤样比热实验结果
• 2.2.2 煤层最短自然发火期数学模型
• 2.2.3 煤层最短自然发火期解算结果
• 2.3 本章小结
• 3 基于未确知测度理论的综采面采空区火灾危险性评价研究
• 3.1 未确知测度模型
• 3.1.1 单指标测度
• 3.1.2 指标权重的确定
• 3.1.3 多指标综合测度评价向量
• 3.1.4 置信度识别准则
• 3.2 综采面采空区自然发火危险性评价的研究方法
• 3.2.1 综采面采空区自然发火危险性评价因素的选取
• 3.2.2 评价指标隶属函数的建立
• 3.2.3 评价结果等级划分
• 3.3 工程实例应用
• 3.3.1 构建单指标测度函数
• 3.3.2 计算多指标测度评价向量
• 3.3.3 置信度识别
• 3.3.4 评价结果与分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于最小二乘法工作面上隅角瓦斯含量分析研究
• 4.1 数据分析模型
• 4.1.1 最小二乘法原理
• 4.1.2 最小二乘法曲线拟合
• 4.1.3 气体相关性分析
• 4.2 工程实例应用
• 4.2.1 拟合数据选取
• 4.2.2 最小二乘法曲线拟合
• 4.3 曲线拟合分析
• 4.3.1 拟合方法的分析
• 4.3.2 拟合效果分析
• 4.3.3 拟合结果分析
• 4.3.4 气体的相关性分析
• 4.4 本章小结
• 5 基于MATLAB 的采空区自燃“三带”试验分析研究
• 5.1 现场观测试验
• 5.1.1 工作面概况
• 5.1.2 采空区埋管测点布置
• 5.1.3 现场观察数据
• 5.2 基于MATLAB 的试验数据分析
• 5.2.1 MATLAB 函数
• 5.2.2 采空区实测气体数据的MATLAB 显示
• 5.2.3 采空区实测气体数据的分析
• 5.3 采空区自燃“三带”分布特征
• 5.3.1 采空区“三带”划分标准
• 5.3.2 基于氧浓度采空区自燃“三带”划分结果
• 5.3.3 XV1301 工作面采空区安全推进速度
• 5.4 本章小结
• 6 结论、创新点、下一步工作展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 下一步工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集