第11期 郭德勇等：基于黏滑失稳与突变理论的煤与瓦斯突出预警模型 1411· 表4余吾煤业煤与瓦斯突出预警指标值 Table 4 Values of early warning indexes for coal and gas out burst in Yuwu Coal Mine 预警时间点构造复杂程煤厚变化 煤的坚固性瓦斯体积分数瓦斯放散初速度， 钻屑瓦斯解吸指标， 突变级数 指标数据 度系数，C1 指标，C2 系数，C3 均值，C4/% C5/(mLs-1) C6/(mLg-1,min-1/2) 2011-03-04 1.5 1.1 0.480 0.12 15.601 0.36 0.87317 2011-09-19 1.1 1.0 0.510 0.07 15.601 0.25 0.84345 2011-09-23 1.2 1.1 0.566 0.08 15.601 0.22 0.84063 2011-09-25 1.5 1.5 0.566 0.09 15.601 0.22 0.84679 2011-09-29 0.8 1.2 0.566 0.07 15.601 0.33 0.83884 2011-10-02 0.6 0.8 0.566 0.02 15.601 0.24 0.79855 2011-10-09 1.1 0.7 0.566 0.10 15.601 0.30 0.83559 2011-10-24 0.8 0.6 0.490 0.22 15.601 0.23 0.82277 3.5预警结果的分析 与实际情况相吻合，可以为煤与瓦斯突出预警提供 以余吾煤业S2206胶带顺巷掘进工作面瓦斯动 技术支持 力现象监测数据为例进行检验表明，预警结果与实 际相符.为了验证预警模型的可行性，对实验工作 参考文献 面进行了长达数月的应用跟踪.由表4可见，2011 年3月4日的预警突变级数大于0.848，工作面属 [1]Shepherd J,Rixon L K,Griffiths L.Outbursts and geolog- 于突出威胁状态.经证实，S2206胶带顺巷于该日 ical structures in coal mines:a review.Int J Rock Mech 八点班在施工钻孔时发生严重的瓦斯动力现象，喷 Min Sci Geomech Abstr,1981,18(4):267 出瓦斯、水和煤.现场跟踪调查结果表明，工作面 [2]Guo D Y,Han D X,Wang X Y.Outburst-prone 瓦斯超限，瓦斯体积分数波动范围较大，持续167s, tectonophisical environment and its applications.J Univ Sci Technol Beijing,2002,24(6):581 瓦斯体积分数最大值为2.64%，在20min内瓦斯逐 (郭德勇，韩德馨，王新义.煤与瓦斯突出的构造物理环境 渐恢复正常，经计算喷孔涌出纯瓦斯量43m3.同 及其应用.北京科技大学学报，2002,24(6)：581) 时经掘进工程实际验证，钻屑瓦斯解吸指标值也出 [3]Cui H W.Research on the prediction indexes of coal road- 现连续超标现象，表明预警结果与实际相符.在其 way heading face outburst and its critical value.J Chino 他各预警时间段突变级数均小于0.848，工作面属 Coal Soc,2011,36(5):808 于安全状态，在预警时间段内瓦斯体积分数变化范 (崔鸿伟.煤巷掘进工作面突出预测指标及其临界值研究 围为00.2%，且波动较小，均未出现超标，钻屑 煤炭学报，2011,36(5)：808) 瓦斯解吸指标值也均未超限，掘进过程中没有瓦斯 [4]Sun D L,Dong G F,Liang Y P.Influence of the deter- 动力现象发生，预警结果与实际情况一致.由此可 mination of the critical value of coal and gas outburst 见，将黏滑失稳与突变理论应用于煤与瓦斯突出预 prediction index on the accuracy rate of the prediction.J China Coal Soc,2001,26(1):71 警是可行的，具有实用价值 (孙东玲，董钢峰，梁运培.煤与瓦斯突出预测指标临界值 4结论 的选取对预测准确率的影响.煤炭学报，2001,26(1)：71) [5]Qian J S,Yin H S,Liu X R,et al.Data processing model (1)煤与瓦斯突出黏滑失稳-突变预警模型中， of coalmine gas early warning system.J China Univ Min 突变模糊隶属度函数的内在机制对预警指标重要性 Technol,,2007,17(1):20 的量化克服了一般模型需要特定计算指标权重的缺 [6 Zhang Z X,Liang G F.Lii R S,et al.Regional forecast 点，解决了权重获取受主观因素影响的问题 of coal and gas burst based on fuzzy pattern recognition. (2)将基本模型模糊化能更好地处理突出复杂 J China Coal Soc,2007,32(6):592 系统的多属性决策问题，同时黏滑失稳-突变预警 (张子戌，刘高峰，吕闰生，等.基于模糊模式识别的煤与瓦 斯突出区域预测.煤炭学报，2007,32(6)：592) 模型对于处理指标互补性与非互补性具有一定的可 [7]Wu A Y,Xiao H F,Wang C L,et al.Establishment and 靠性，为解决煤与瓦斯突出预警中指标互补与非互 application of weights and gray association model based 补问题提供了一种方法 on coal and gas outburst controlled factors assessment.J (3)对潞安环能股份有限公司余吾煤业S2206 China Coal Soc,2005,30(1):58 胶带顺巷掘进工作面的预警表明，该模型预警结果 (伍爱友，肖红飞，王从陆，等.煤与瓦斯突出控制因素加权第 11 期 郭德勇等：基于黏滑失稳与突变理论的煤与瓦斯突出预警模型 1411 ·· 表 4 余吾煤业煤与瓦斯突出预警指标值 Table 4 Values of early warning indexes for coal and gas out burst in Yuwu Coal Mine 预警时间点 构造复杂程 煤厚变化 煤的坚固性 瓦斯体积分数 瓦斯放散初速度, 钻屑瓦斯解吸指标, 突变级数 指标数据 度系数, C1 指标, C2 系数, C3 均值, C4/% C5/( mL·s−1 ) C6/ (mL·g−1 ·min−1/2 ) 2011-03-04 1.5 1.1 0.480 0.12 15.601 0.36 0.87317 2011-09-19 1.1 1.0 0.510 0.07 15.601 0.25 0.84345 2011-09-23 1.2 1.1 0.566 0.08 15.601 0.22 0.84063 2011-09-25 1.5 1.5 0.566 0.09 15.601 0.22 0.84679 2011-09-29 0.8 1.2 0.566 0.07 15.601 0.33 0.83884 2011-10-02 0.6 0.8 0.566 0.02 15.601 0.24 0.79855 2011-10-09 1.1 0.7 0.566 0.10 15.601 0.30 0.83559 2011-10-24 0.8 0.6 0.490 0.22 15.601 0.23 0.82277 3.5 预警结果的分析 以余吾煤业 S2206 胶带顺巷掘进工作面瓦斯动 力现象监测数据为例进行检验表明，预警结果与实 际相符. 为了验证预警模型的可行性，对实验工作 面进行了长达数月的应用跟踪. 由表 4 可见，2011 年 3 月 4 日的预警突变级数大于 0.848，工作面属 于突出威胁状态. 经证实，S2206 胶带顺巷于该日 八点班在施工钻孔时发生严重的瓦斯动力现象，喷 出瓦斯、水和煤. 现场跟踪调查结果表明，工作面 瓦斯超限，瓦斯体积分数波动范围较大，持续167 s， 瓦斯体积分数最大值为 2.64%，在 20 min 内瓦斯逐 渐恢复正常，经计算喷孔涌出纯瓦斯量 43 m3 . 同 时经掘进工程实际验证，钻屑瓦斯解吸指标值也出 现连续超标现象，表明预警结果与实际相符. 在其 他各预警时间段突变级数均小于 0.848，工作面属 于安全状态，在预警时间段内瓦斯体积分数变化范 围为 0∼0.2%，且波动较小，均未出现超标，钻屑 瓦斯解吸指标值也均未超限，掘进过程中没有瓦斯 动力现象发生，预警结果与实际情况一致. 由此可 见，将黏滑失稳与突变理论应用于煤与瓦斯突出预 警是可行的，具有实用价值. 4 结论 (1) 煤与瓦斯突出黏滑失稳 – 突变预警模型中， 突变模糊隶属度函数的内在机制对预警指标重要性 的量化克服了一般模型需要特定计算指标权重的缺 点，解决了权重获取受主观因素影响的问题. (2) 将基本模型模糊化能更好地处理突出复杂 系统的多属性决策问题，同时黏滑失稳 – 突变预警 模型对于处理指标互补性与非互补性具有一定的可 靠性，为解决煤与瓦斯突出预警中指标互补与非互 补问题提供了一种方法. (3) 对潞安环能股份有限公司余吾煤业 S2206 胶带顺巷掘进工作面的预警表明，该模型预警结果 与实际情况相吻合，可以为煤与瓦斯突出预警提供 技术支持. 参 考 文 献 [1] Shepherd J, Rixon L K, Griffiths L. Outbursts and geolog￾ical structures in coal mines: a review. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr, 1981, 18(4): 267 [2] Guo D Y, Han D X, Wang X Y. Outburst-prone tectonophisical environment and its applications. J Univ Sci Technol Beijing, 2002, 24(6): 581 (郭德勇, 韩德馨, 王新义. 煤与瓦斯突出的构造物理环境 及其应用. 北京科技大学学报, 2002, 24(6): 581) [3] Cui H W. Research on the prediction indexes of coal road￾way heading face outburst and its critical value. J China Coal Soc, 2011, 36(5) :808 (崔鸿伟. 煤巷掘进工作面突出预测指标及其临界值研究. 煤炭学报, 2011, 36(5): 808) [4] Sun D L, Dong G F, Liang Y P. Influence of the deter￾mination of the critical value of coal and gas outburst prediction index on the accuracy rate of the prediction. J China Coal Soc, 2001, 26(1): 71 (孙东玲, 董钢峰, 梁运培. 煤与瓦斯突出预测指标临界值 的选取对预测准确率的影响. 煤炭学报, 2001, 26(1): 71) [5] Qian J S, Yin H S, Liu X R, et al. Data processing model of coalmine gas early warning system. J China Univ Min Technol, 2007, 17(1): 20 [6] Zhang Z X, Liang G F, L¨u R S, et al. Regional forecast of coal and gas burst based on fuzzy pattern recognition. J China Coal Soc, 2007, 32(6): 592 (张子戌, 刘高峰, 吕闰生, 等. 基于模糊模式识别的煤与瓦 斯突出区域预测. 煤炭学报, 2007, 32(6): 592) [7] Wu A Y, Xiao H F, Wang C L, et al. Establishment and application of weights and gray association model based on coal and gas outburst controlled factors assessment. J China Coal Soc, 2005, 30(1): 58 (伍爱友, 肖红飞, 王从陆, 等．煤与瓦斯突出控制因素加权