基于最小二乘法的回采工作面瓦斯涌出量预测

摘要：瓦斯涌出量的预测是矿井瓦斯防治的基础。根据在开采方法、煤层赋存条件、瓦斯地质条件等与样本工作面相似的已采工作面瓦斯涌出情况，运用最小二乘法的原理，对样本工作面瓦斯涌出量进行预测，并对预测结果和实际开采过程中瓦斯涌出结果进行对比来探讨此种瓦斯涌出量预测方法。

关键词：瓦斯涌出量；回采工作面；最小二乘法；预测

中图分类号：TD714 文献标识码：A

Abstract： Gas emission prediction is the basic of mine gas prevention. According to the mining methods， coal seam conditions， gas geological conditions similar to the sample face has coal face gas emission， we apply to the principle of least squares method to forecast sample face gas emission and compare to the results of the forecast results and actual mining process gas emission to explore such gas emission rate prediction methods.

Key words： gas emission； working face； the method of least squares； prediction

0 引言

矿井瓦斯是一直威胁煤矿井下安全生产的自然因素之一，特别是在我国。由于我国的地质条件复杂，我国是多矿难的国家之一，而在每年煤矿发生的重大事故中，由瓦斯突出引起的矿难占很大比例。当对井下煤层进行开采时，由于受采掘作业的影响，煤层及围岩中瓦斯赋存的平衡条件遭到破坏，处于破坏区内的开采煤层及围岩、邻近煤层、采空区中的瓦斯将涌入井下巷道，构成矿井瓦斯涌出的组成部分 [1]。为此，加大瓦斯治理力度已成为各生产矿井为保障安全生产、提高经济效益的一个重要课题。但往往在制定回采工作面瓦斯治理措施时，由于对煤层瓦斯赋存规律不明，尤其是对工作面瓦斯涌出量不能进行正确的预测，从而导致治理措施针对性不强。所以，准确预测工作面瓦斯涌出量对于合理有效配风和制定并采取行之有效的瓦斯防治措施具有非常重要的意义。

1 问题分析及模型建立

1.1 问题分析

目前，我国用于回采工作面瓦斯涌出量预测的方法有两类：分源预测法和矿山统计预测法。分源预测法[2]，它是根据煤层瓦斯含量、回采工作面瓦斯涌出来源及各源涌出规律并结合煤层开采技术条件、煤层瓦斯赋存参数来计算回采工作面瓦斯涌出量，但其需要一定的实验性基础资料，这在生产矿井中往往做起来很困难。矿山统计预测法[3]则是根据已回采的采面实测瓦斯资料，经过统计分析，把得出的瓦斯涌出量，应用来推算邻近采面瓦斯涌出量，使用较为方便，在此过程中，我们可采用最小二乘法进行统计分析。

1.2 数学模型

3 算法MATLAB实现

3.1 实验数据

本文实验数据采用候村煤矿1306回采工作面瓦斯涌出量统计数据。候村煤矿位于沁水煤田南部，隶属于山西晋城沁和能源集团有限公司，该矿地理坐标：北纬°51′02.4″～35°55′13.7″，东经132°44′54.4″～132°50′51.9″，井田面积43.5km2。井田共含4层全区可采或局部可采煤层，其中三号煤层层位稳定、全区可采，1306回采工作面位于三号煤层。考虑到需要预测的1307回采工作面与1306回采工作面位于同一采区，开采技术条件、煤层赋存情况及煤层瓦斯地质条件基本类似，比较符合应用最小二乘法来进行预测，即应用已采1306工作面的瓦斯资料来预测未开采的1307回采工作面的瓦斯涌出量。1306回采工作面瓦斯涌出量与产量统计如表1和图1所示。

从表中数据可以看出，双曲线拟合的误差大大减小了，平均相对误差为0.14324，而线性拟合的相对误差为2.0463，预测精度提高了将近20倍。因此针对候村矿3号煤层回采工作面，双曲线模型更能准确的预测绝对瓦斯涌出量。随着工作面日产量的增加，绝对瓦斯涌出量也随之增加。在对某一矿区进行预测分析时，需要考虑已采水平和未开采区域的开采条件、地质构造条件的相似程度，将开采条件和地质构造条件相似的块段数据分为一组，分区进行拟合，建立不同区段瓦斯涌出量与工作面日产量的函数关系，进行分区预测，以提高预测的准确性和可靠性[1]。

5 结论

（1）通过数学分析，根据最小二乘法原理，建立了线性型和双曲线型2种数学模型，并通过Matlab曲线拟合得出2种模型的函数表达式。对比模型误差后，确定了双曲线型作为候村煤矿3号煤层瓦斯涌出量与工作面日产量的最佳拟合曲线，其函数关系为：Q=-16885/A+13.373；

（2）根据煤矿已采水平的基本资料，结合Matlab软件，基于最小二乘法，运用曲线拟合方法可简单直观地得出矿井未开采区域或类似新建矿井绝对瓦斯涌出量与工作面平均日产量之间的函数关系，且预测精度较好，对煤矿瓦斯涌出量预测的研究具有一定的现实意义。

参考文献

[1] 何学秋.安全工程学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000：126-178.

[2]矿井瓦斯涌出量预测方法AQ1018-2006[Z].北京：国家煤炭安全生产监督管理总局，2006.

[3] 程功林，李.瓦斯地质[M].北京：煤炭工业出版社，2009：149-172.

[4]李庆扬，王能超，易大义.数值分析[M].武汉：华中科技大学出版社，2006：36-50.

[5]司俊鸿，刘结高，陈开岩.综采面瓦斯绝对涌出量主要影响因素[J].煤矿安全，2009（5）：96-99.