基于Credal网络的"三软"煤层煤与瓦斯突出预警机制研究

煤与瓦斯突出已成为我国煤矿重大灾害之首，"三软"煤层又容易发生突出，而突出预警系统可以有效地实现事前控制，以消除突出或者极大地降低突出后果，因此对"三软"煤层煤与瓦斯突出预警机制进行研究具有重要的理论意义和现实意义。项目运用预警理论和Credal网络等多学科交叉理论，采用理论分析、计算机模拟、实验室试验和现场试验，对"三软"煤层煤与瓦斯突出主要影响因素、预警指标体系、预警模型和预警机制进行研究。以期确定出"三软"煤层煤与瓦斯突出的主要影响因素；建立煤与瓦斯突出预警的指标体系，并利用粗糙集进行约简，运用SPSS软件以及因子分析法得出最优的预警指标体系；根据变权的基本思想，建立基于变权-Credal网络的突出动态预警模型；确定出"三软"煤层突出预警的分级，预警的警度和警限，建立突出预警的流程，提出"三软"煤层突出的预控对策，从而为"三软"煤层矿区实施煤与瓦斯突出预警系统提供理论支持和技术支持。

课题组历时三年对“三软”煤层煤与瓦斯突出预警机制进行了深入的研究，全面完成了课题的研究内容，达到了预期目标。.课题组运用理论分析、软件拟合、实验室实验和现场观测等方法，对河南西部郭村煤矿“三软”煤层煤与瓦斯突出预警机制进行了系统、深入研究，得出了如下结果和结论：.（1）在实验室对郭村煤矿12041回采工作面的顶底板岩石物理力学性质进行了测定，对煤层瓦斯基础参数进行了测定，并较系统地分析瓦斯参数的特征。.（2）根据Darcy定律、质量守恒定律和流体力学中微分形式的运动方程，建立了两个瓦斯流动的偏微分方程并联立求解，得出了煤层中径向不稳定流和球向不稳定流的瓦斯压力场方程，表明瓦斯压力p与时间t成反比，与半径r成正比；根据瓦斯压力场方程和达西定律推导出了半径为r的圆上单位面积瓦斯流量方程和煤层透气性系数λ的方程，这些参数都是关于时间t和距钻孔（或巷道）中心的距离 的函数。.（3）利用理论分析和数值模拟对采煤工作面前方支承压力、煤层钻孔瓦斯涌出初速度、瓦斯涌出量、煤层透气性系数等瓦斯参数进行了分析研究，研究结果表明，这些参数具有相似的或相反的变化规律，是关于距煤壁距离x或者观测时间t的S型曲线和倒S型曲线的组合。煤层透气性系数、采煤工作面超前支承压力、煤层瓦斯压力关于距煤壁距离的曲线形式具有不很严格的对称性。结合“三软”煤层煤矿具体地质条件，可确定出煤层瓦斯参数变化规律，从而为矿井瓦斯灾害防治提供有效的理论指导。.（4）对“三软”煤层煤与瓦斯突出的危险性进行了事故树分析，确定出了突出发生的概率，得出了突出发生的可能途径和预防突出的途径，最后确定出了导致突出的各因素的重要性排序。.（5）构建了“三软”煤层煤与瓦斯突出预警的指标体系，包括煤层瓦斯压力、瓦斯放散初速度等8个指标；利用AHP方法确定出了各预警指标的权系数，基于事故树分析中基本事件的临界重要度，确定出了预警指标的权系数，将两者合成为综合权系数。.（6）构建了基于可拓理论和综合权系数的可拓预警模型、基于综合权系数—Credal网络的综合预警模型。.（7）提出了“三软”煤层煤与瓦斯突出预警机制，主要提出了瓦斯灾害预警的预测机制、报警机制、矫正机制和免疫机制；提出了瓦斯灾害预警系统四个主要目标；提出了瓦斯灾害预警管理体系包括预警监测系统、预警管理系统和预警信息系统三部分；确定了“三软”煤层煤与瓦斯突出预警的警限和警度。