煤矿瓦斯灾害的安全控制理论及应用

论文摘要

瓦斯灾害是最为严重的矿井灾害形式之一。目前,瓦斯灾害安全控制更多的是侧重于技术、装备与设施方面,已形成成套煤矿瓦斯灾害防治技术体系,但受地质构造、瓦斯赋存规律等影响,这些成套技术的普遍适用性受到限制。主要是因为防治瓦斯技术还局限于应用层面,没有完全上升到瓦斯控制理论层次。而且,煤矿灾害治理技术中一些关键技术尚未突破,影响了防治效果。本论文将把安全控制理论应用到煤矿瓦斯灾害治理研究中,以煤矿瓦斯灾害安全控制系统为研究对象,以安全对策为控制器,被控制系统和安全对策组成反馈闭环控制系统,从而达到对瓦斯灾害实现动态控制的目的,旨在为煤矿瓦斯灾害的治理提供理论基础。本论文在安全控制理论的基础上,基于机理建模法建立了煤矿瓦斯灾害安全控制系统模型(即系统安全状态方程)。运用模糊层次分析法对研究对象进行分析,得到模型结构中危险指数H及控制能力指数C的实际评价值。结合专家评分法对安全控制系统中的指标进行权重分配,找出系统中薄弱环节、提出安全控制措施,对安全控制系统进行良性改进。结合小样本数据下能够克服较大观测误差的参数辨识方法—“LKL”法,对模型中参数进行估计,求出C、H值的最优估计值,并与实际评价值进行相关性分析。若两者之间的相关性较强,此时的评价过程己接近实际情况,可以体现研究对象的现实情况。采用模糊层次分析法和“LKL”方法,最终得到瓦斯灾害安全控制系统模型。通过该模型可以对来年的安全状况进行预测,根据系统预测结果,指导煤矿企业制定安全管理目标或做出安全决策。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 安全控制理论概述
• 1.2.1 安全控制理论的作用
• 1.2.2 安全控制理论的内容
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 安全控制理论研究现状
• 1.3.2 瓦斯灾害安全控制研究现状
• 1.4 研究内容、研究目标及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 研究目标
• 1.4.3 技术路线
• 2 瓦斯灾害安全控制原理
• 2.1 安全控制理论基础
• 2.1.1 调节及其方式
• 2.1.2 控制及其方式
• 2.1.3 系统的反馈控制
• 2.1.4 控制论原理
• 2.1.5 宏观安全控制系统与微观安全控制系统
• 2.1.6 安全系统的控制方式
• 2.2 瓦斯灾害的安全控制理论分析
• 2.2.1 安全控制系统模型
• 2.2.2 系统状态参数辨识
• 2.2.3 系统评价
• 2.2.4 系统预测
• 2.2.5 安全控制
• 2.3 本章小结
• 3 系统安全状态方程
• 3.1 系统安全状态方程构建方法
• 3.1.1 建模方法
• 3.1.2 建模方法的选择
• 3.2 系统安全状态方程
• 3.2.1 控制论系统模型
• 3.2.2 确定系统安全状态方程
• 3.3 本章小结
• 4 瓦斯灾害安全控制系统评价
• 4.1 模糊层次分析法
• 4.1.1 模糊层次分析法简介
• 4.1.2 模糊层次分析法步骤
• 4.2 瓦斯灾害安全控制系统评价
• 4.2.1 建立层次结构图
• 4.2.2 构造模糊互补矩阵
• 4.2.3 模糊一致矩阵的建立
• 4.2.4 指标权重分配
• 4.2.5 控制能力指数C 及危险指数H 评价值
• 4.3 本章小结
• 5 瓦斯灾害安全控制系统预测
• 5.1 “LKL”方法
• 5.2 系统参数C、H 值的辨识
• 5.2.1 组织原始数据
• 5.2.2 参数初始值估计
• 5.2.3 卡尔曼滤波
• 5.2.4 卡尔曼平滑
• 5.2.5 数据修正及输出参数
• 5.3 相关性分析
• 5.4 本章小结
• 6 安全控制理论在煤矿瓦斯灾害中的应用
• 6.1 某煤矿基本概况
• 6.1.1 煤矿简介
• 6.1.2 矿井开拓及生产现状
• 6.1.3 煤层状况
• 6.2 模糊层析分析法系统评价
• 6.2.1 建立层次结构图
• 6.2.2 构造两两比较判断矩阵
• 6.2.3 建立模糊一致矩阵
• 6.2.4 确定指标权重
• 6.2.5 确定C、H 的实际评价值
• 6.2.6 进行相关性分析
• 6.3 “LKL”方法预测
• 6.3.1 数据收集及整理
• 6.3.2 确定参数C、H 值
• 6.3.3 预测模型的确定及预测
• 6.4 系统安全控制
• 6.5 本章小结
• 7 结论及展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录