基於灰色理論的煤炭自燃預測研究

王俊峰,吳玉國,鄔劍明(太原理工大學,山西太原030024)

摘　要:介紹了一種建立在結合灰色理論基礎上的煤炭早期預測預報技術的基本原理,並通過實例應用證明了這種新型理論技術在煤炭自燃治理工作中所發揮的重要作用。

關鍵詞:煤炭自燃;灰色預測;防滅火中圖分類號:TD75+2. 2　　　文獻標識碼:A　　　文章編號:1003-496X(2006) 07-0001-03 Prediction ofCoal Spontaneous Combustion Based on Gray TheoryWANG Jun-feng,WU Yu-guo,WU Jian-ming( Taiyuan University ofTechnology,Taiyuan030024, China )Abstract:The key technology in the fire fighting and prevention of coal spontaneous combustion is the prediction of coal spontaneouscombustion in early periods. Ithas introduced a basic principle ofprediction technology in early periodswhich is based on gray theory.Ithas shown that this new technology is very important in the control of coal spontaneous combustion through practical application.Key words:coal spontaneous combustion; gray theory; fire fighting and prevention基金項目:山西省科技攻關項目資助(982092)

　　煤炭自燃是指在自然環境下,未開采的煤炭因氧化聚熱沿煤層露頭引發的燃燒現象。煤層自燃不斷向深部發展所形成的大麵積煤田火災,是人類麵臨的重大自然災害之一。煤炭自燃不僅在中國發生,在印度、美國、俄羅斯、澳大利亞、印度尼西亞以及中亞等地區也普遍存在。煤層自燃不僅直接燒掉了寶貴的煤炭資源,而且還破壞了煤層的賦存條件,危及煤礦的安全生產,使得大量煤炭資源難以開采而間接損失;更為嚴重的是煤層無控製地不充分燃燒,釋放出大量有害物質,引發一係列的生態環境惡效應;煤田自燃,煤層消減,導致地表塌陷,河流改道,地下水位降低,部分土地荒漠化,嚴重地破壞了國土資源。這些都惡化著人類的生存環境與條件,影響著地區社會經濟的可持續發展[1]。煤炭自燃的減災和防災戰略目標,就是最大限度地降低煤炭資源的損失,減少災害後重建的經濟投入和環境破壞程度,使災害區環境盡快恢複。減災最為重要的是防患於未“燃”。

因此,煤炭自燃的早期預測預報在煤炭自燃治理的工作中有著關鍵性的作用[2-3]。以灰色預測理論為基礎的煤炭自燃早期預測預報技術是新型的技術,它的理論形成及實際應用都對防滅火技術的提高發揮了重要的作用[4]。

1　灰色預測基本理論

灰色係統理論是新近發展起來的一種新型理論,其研究對象是信息不完全的對象,內涵不確定的概念,關係不明確的機製。其任務就是要開拓一條新的途徑,克服概率統計的弱點,從雜亂無章的、有限的、離散的數據中找出規律,建立灰色係統模型。然後用它來作相應的03manbetx 、預測、決策和規劃。灰色預測隻要求較短的觀測資料就可以進行[5]。

1. 1　灰色係統理論的定義與分類

灰色係統理論是研究解決灰色係統03manbetx 、建模、預測、決策和控製的理論,是20世紀80年代初由我國學者———華中理工大學 鄧聚龍 教授提出並發展的[6]。它是控製論的觀點和方法延伸的產物,也是自動控製與運籌學的數學方法相結合的結果。適用於研究和處理既含有已知信息(白元)又含有未知或非確知信息(黑元)的係統理論。灰色預測是根據過去及現在已知的或非確知的信息,建立一個從過去引申到將來的GM模型,以發現和掌握係統的發展規律,對係統的未來狀態作出科學的定量預測,並為規劃決策提供依據。

根據灰色預測功能的不同,灰色預測可以分為下列幾種:數列預測、災變預測、季節災變預測、拓撲預測和係統預測等。本文主要是利用數列預測進行預測。

1. 2　灰色數列預測模型的建立

GM(1, 1)預測模型的基本計算式:

我們稱式(3)為一階單變量灰微分方程模型,記為GM(1, 1)。

白化形式微分方程的解為:

上兩式就是GM(1, 1)模型灰色預測的基本計算公式。

綜上所述,GM(1, 1)的模型框圖如圖1所示,　　其建模步驟如下:

(1)根據原始數列計算一次累加生成數列。

(2)建立B距陣。

(3)計算(BTB)-1。

(4)根據a^=(BTB)-1BTYN計算a,b。

(5)建立模型。

(6)模型精度的檢驗。

2　應用實例

柴裏煤礦井田位於滕南煤田北部,井田麵積35. 7 km 2,煤層傾角2°~10°,埋藏深度 500 m 左右,年產量240萬t。2313工作麵煤層傾角為3°~8°,地麵標高為+ 38 m ,煤層厚 9 m ,該工作麵為分層開采,因工作麵中部有F—2斷層存在,故將工作麵分為東西兩翼進行開采。本次實驗在東翼進行。工作麵長 100 m ,東翼可推采長約為 400 m ,采煤方法為高檔普采,煤層自然發火期為46 d,著火點溫度是340~ 360℃ 。

柴裏煤礦2313工作麵自燃火災的首先的預兆是工作麵風流中出現了CO氣體,其發生量呈明顯上升趨勢。在東材料道內布置取樣點,對該處CO發生量的實測時間數據列於表1。並利用編製的程序,利用計算機進行灰色建模預測。

3　結　論

煤炭自燃的早期識別和預測預報,就是依據煤炭自燃發展過程中所表現出來的各種征兆,在自燃火災形成以前作出預測預報,使人們及時發現自燃隱患,及早采取措施,將自燃火災消滅在萌芽狀態,以免釀成火災02manbetx.com 。因此,煤炭的自燃早期識別和預測預報是礦井防滅火工作中十分重要的內容。建立在灰色預測係統理論上的煤炭自燃早期預測預報技術,有效的克服了以往預測技術中信息模糊、數據不確定、人為因素幹擾大等缺陷。通過對火災氣體成分的含量、溫度的變化、煤質等多種自燃特征因素及數據科學的03manbetx 和預測,極大的提高了煤炭自燃早期預測預報技術理論實踐水平,為煤炭自燃火災前期後期的防治工作奠定了紮實的科學理論基礎,對礦山安全工作水平的提高具有重要的推廣應用價值。

參考文獻:

[1]　鄧　軍,徐精彩,等.國內外煤炭自然發火預測預報技術綜述[J].西安礦業學院學報, 1999(4): 294-297.

[2]　安　泉.礦井火災防治[J].煤礦安全, 1998(04).[3]　鄭樹良.淺談煤礦自燃火災預防[J].技術監督縱橫, 2000(09).

[4]　王玉振.周文安.礦井重大災害危險性評價的改進灰色統計法[J].中國安全科學學報, 1996: 107~111.

[5]　傅　立.灰色係統理論及其應用[M].北京:科學技術文獻出版社, 1992.

[6]　鄧聚龍.灰色係統理論教程[M].武漢:華中理工大學出版社, 1992.

　　作者簡介:王俊峰(1973-),男,講師,在讀博士,太原理工大學資源環境與安全工程學院教師。(收稿日期: 2005-11-14 ;責任編輯:郭瑞年)