基于统计学的采空区煤自燃预警气体比值指标的判定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于统计学的采空区煤自燃预警气体比值指标的判定方法，包括以下步骤：选择若干组气体比值，对其变化曲线进行并置拟合，得到拟合方程；然后将特征温度代入拟合方程，得到若干数据组(特征温度，气体比值)；对相同特征温度下的气体比值进行正态化处理，以中位数或均值表征相同特征温度对应的气体比值，即得到煤自燃预警指标的临界值；最后对不同特征温度下的临界值进行差异性检验，验证指标的有效性。本发明专利技术首次统一了常用的不同气体比值预警指标，大大地简化了煤自燃预警数据处理过程，提高了预警效率。提高了预警效率。提高了预警效率。

【技术实现步骤摘要】
基于统计学的采空区煤自燃预警气体比值指标的判定方法


[0001]本专利技术涉及采空区煤自燃预警领域，具体涉及一种基于统计学的采空区煤自燃预警气体比值指标的判定方法。

技术介绍

[0002]在煤矿井下，煤自燃是影响工作面安全回采的灾害之一，其中，采空区是煤自燃频发区域。如何做好采空区煤自燃预警是防治煤自燃灾害的关键问题。
[0003]煤自燃会释放多种气体，如CO，CO2，C2H4，C2H6等，同时煤自燃过程中会解析一定量的CH4。气体的释放与煤自燃程度紧密相关：如低温时CO开始出现，并且贯穿于整个氧化过程中，C2H4是煤进入快速氧化阶段的标志，C2H2的出现表示煤进入高温燃烧阶段。因此，掌握煤自燃过程中气体的变化规律对煤自燃至关重要。
[0004]由于受采动、通风等影响较大，单一气体预警的可信度降低，为了提高预警的精度，提出了利用比值法进行煤自燃预警。在实际应用中，如何选择合适的气体比值作为预警指标尚未统一，因此，目前气体比值法的实际应用较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于统计学原理的采空区煤自燃预警气体比值指标的判定方法，预警效率高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：基于统计学原理的采空区煤自燃预警气体比值指标的判定方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、选择若干组不同地区煤样，分别进行煤低温绝热氧化实验，得到不同指标气体浓度与煤温的变化曲线；
[0008]步骤二、选择若干组气体浓度比值，对其变化曲线进行多项式并置拟合，得到拟合方程；
[0009]步骤三、分别将煤自燃特征温度和拟合方程的对称轴对应的温度代入拟合方程，得到若干数据组，记为(特征温度，气体浓度比值)；对数据组进行数据简化处理；
[0010]步骤四、对不同特征温度下的临界值进行差异性检验，验证指标的有效性；
[0011]步骤五、对相同特征温度下的气体比值进行正态化检验，以中位数或平均值表征相同特征温度对应的气体比值，即得到煤自燃预警指标的临界值。
[0012]优选的，步骤一中，所述指标气体为CO、CO2、CH4、C2H6、C3H8。
[0013]优选的，步骤二中，所述气体浓度比值为
[0014]优选的，步骤三中，所述煤自燃特征温度是：120℃，158℃，204℃，285℃。
[0015]进一步地，步骤四中，先对数据进行正态化检验，对于不符合正态化的数据进行正态化处理，然后用中位数或均值表征相同特征温度对应的气体比值。
[0016]与现有技术相比，本专利技术提出以CO2/CO，CH4/C2H6，C3H8/C2H6三组气体比值为基础数据构建基于气体比值的煤自燃预警指标，并基于统计学方法将上述比值集成为一组预警指
标，操作方便，简化了数据处理步骤，确定了易自燃煤层发火隐患分级预警的量化临界值，实现了煤自燃隐患的四级预警，大幅度提高了煤自燃预警效率，增强预警系统的稳定性。
附图说明
[0017]图1为及其并置拟合曲线随煤温的变化过程。
[0018]图2为及其并置拟合曲线随煤温的变化过程。
[0019]图3为及其并置拟合曲线随煤温的变化过程。
[0020]图4为预警值差异性检验。
[0021]图5为三组气体比值正态分布及预警值的确定。
[0022]其中：煤样1
‑
贵州湾田煤业六枝特区川黔友谊煤矿；煤样2
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甘肃华亭东峡煤矿；煤样3
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甘肃万胜矿业环县甜水堡煤矿2号井3#煤；煤样4
‑
淮北矿业杨庄煤矿6煤；煤样5
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淮北矿业股份桃园煤矿煤样。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0024]本专利技术的基于统计学的采空区煤自燃预警气体比值指标的判定方法，其应用过程如下：
[0025]步骤一、制备若干组煤样，参考中国矿业大学国家安全生产检测中心，关于
‘
煤自然发火标志气体指标测定
’
的详细步骤进行煤低温绝热氧化实验，获得气体产物随煤温变化曲线；
[0026]所述煤低温绝热氧化实验的具体步骤是：(1)煤样破碎，筛分50g粒径为40～80目的颗粒；(2)将煤样置于程序控温箱内的煤样罐中，连接好进、出气气路以及温度探头，并检查气密性，所用空气为50mL/min的干空气；(3)当煤样罐中的温度达到指定测试温度时，恒定温度5min后采取气样，利用色谱分析仪进行气体成分和浓度分析。
[0027]本专利技术选取了5组煤样，分别是：煤样1
‑
贵州湾田煤业六枝特区川黔友谊煤矿煤样；煤样2
‑
甘肃华亭东峡煤矿煤样；煤样3
‑
甘肃万胜矿业环县甜水堡煤矿2号井3#煤样；煤样4
‑
淮北矿业杨庄煤矿6#煤样；煤样5
‑
淮北矿业股份桃园煤矿煤样；实验温度为30～330℃。
[0028]步骤二、选择三组气体浓度比值，其中取对数，最终的三组气体比值为对其分别进行二次多项式拟合，拟合参数如表1所示：
[0029]二次多项式的本构方程为公式(1)：
[0030]Y＝B1*X2+B2*X+Intercept
ꢀꢀꢀꢀ
公式(1)
[0031]表1煤样各指标拟合参数
[0032][0033]对表1数据进行处理，分别对各指标的参数进行正态检验(检验方法为Shapiro
‑
Wilk)，检验结果如表2、表3和表4所示：
[0034]表2 lg(CO2/CO)拟合参数正态检验
[0035][0036][0037]表3 CH4/C2H6拟合参数正态检验
[0038][0039]表4 C3H8/C2H6拟合参数正态检验
[0040][0041]由表2、表3和表4可知上述参数均符合正态分布，根据正态分布特征可利用均值表征样本参数，得到最终的方程如公式(2)、公式(3)和公式(4)：
[0042][0043][0044][0045]其中，公式(2)的对称轴为291℃，公式(3)的对称轴为246℃，公式(4)的对称轴为223℃。
[0046]煤样拟合曲线如图1、图2、图3所示。其中，和均与煤温呈二次多项式关系，且开口向上。
[0047]步骤三、分别将特征温度和对称轴对应的温度代入上述三组并置拟合方程中，其中特征温度为：C2H4初现温度120℃，CO第一拐点温度156℃，C2H4第一拐点温度204℃，C2H2初现温度285℃(数据来源：任万兴,郭庆,石晶泰,等.基于标志气体统计学特征的煤自燃预警指标构建.煤炭学报,2021,46(6):12.)；代入后得到：
[0048]对于公式(1)：(120,1.51),(156,1.01),(204,0.53),(285,0.19),(291,0.19)。
[0049本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于统计学的采空区煤自燃预警气体比值指标的判定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、选择若干组不同地区煤样，分别进行煤低温绝热氧化实验，得到不同指标气体浓度与煤温的变化曲线；步骤二、选择若干组气体浓度比值，对其变化曲线进行多项式并置拟合，得到拟合方程；步骤三、分别将煤自燃特征温度和拟合方程的对称轴对应的温度代入拟合方程，得到若干数据组，记为(特征温度，气体浓度比值)；对数据组进行数据简化处理；步骤四、对不同特征温度下的临界值进行差异性检验，验证指标的有效性；步骤五、对相同特征温度下的气体比值进行正态化检验，以中位数或平均值表征相同特征温度对应的气体比值，即得到煤自燃预警指标的临界值。2.根据权利要求1所述的基于统计学的采空区煤自燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆，任万兴，贾慧霖，
申请(专利权)人：徐州吉安矿业科技有限公司，
类型：发明
国别省市：