CN111475955A - 实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的系统及方法 - Google Patents

实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的系统及方法，包括监测数据采集预警、交换机、矿井复合型煤岩动力灾害中心站、Internet远程数据传输、远程预警服务中心；该装备应用人工智能技术，解决了对复合型煤岩动力灾害的逻辑识别、判断、判据指标自动寻找及校核的难题；简单、智能、实用性化程度高；能将矿井复合型煤岩动力灾害的预测准确性提高到90％以上。本发明既适应于具有煤与瓦斯突出危险性的矿井，也适应与冲击地压危险性的矿井。

Description

实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的系统及方法
技术领域
本发明涉及预警系统技术领域，具体为实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的系统及方法。即使无论在突出矿井还是冲击地压矿井、不同的采深、不同的区域，都能够自动建立和校核预测复合性煤岩动力灾害的判据指标；及时而可靠地预测采掘工作面可能发生突出和冲击地压复合性煤岩动力灾害的危险性，以避免在深部矿井开采中突出和冲击地压复合型煤岩动力灾害发生时造成重大的财产损失和人员伤亡。
背景技术
在突出矿井中，国内对与煤与瓦斯突出的治理主要放在了瓦斯因素的治理上，进行了各种瓦斯抽采技术的研发和应用，并提出了行业的“双六”指标来进行防止煤与瓦斯突出的治理——即经过煤层瓦斯的预抽采，只要煤层瓦斯压力小于0.6兆帕，煤层瓦斯含量小于6m3/t，就认为消除了突出危险性；区域瓦斯预抽措施确实减少了煤层的突出危险性，使得突出事故发生率有所减少。但是，近年来国内主要的有突出危险的矿区，在区域抽放预排措施到位，达到“双六”指标的前提下，在预测后已判定为无突出危险的煤层依旧发生了多起煤与瓦斯突出事故，这些突出有别于传统意义上的突出，有显著的冲击地压的特征。
突出事故的吨煤瓦斯涌出量值远远小于一般意义上的煤与瓦斯突出事故的80～130m3/t。甚至近年来鉴定为低沼气、非突出矿井也开始发生了突出：
老矿井的深部开采的情况，由于治理瓦斯有成效，特别是机械化程度的提高，开采强度已大幅度地增强，加剧了突出矿井的集中应力紧张的程度，已经有很多矿井不仅仅有单一的突出灾害；表现出既有突出，又有冲击地压多种复合型煤岩动力灾害共生的局面。在深部开采中防治突出和冲击地压复合型煤岩动力灾害是一个急待解决问题。全国深部开采的矿井面都面临着相同的难题。
因此，在当前的国内突出矿井新的生产条件下，改变我们对于突出和冲击地压防治方面的认识、思路、方法及数学模型，研发能够综合预警复合型煤岩动力灾害系统和方法势在必行。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
1)瓦斯型突出——煤体中瓦斯能量占据主导地位，地应力贮蓄的能量没有达到发动突出的程度，但是瓦斯蓄能很大，具备驱动突出的能力；这种蓄能类型的煤体，由于煤体中的瓦斯主要以吸附状态存在着，原始煤层中的瓦斯还没有大量地转变为游离瓦斯，形成膨胀能，因此，很少主动发动突出；这种类型主要为借助于外力诱导而产生的突出，典型的就是放炮诱导的突出；在放炮外部力量的助力下，地应力达到了激发突出的条件，破碎了煤体的原始结构，改变了煤层透气性，使得煤层中吸附瓦斯大量充分解吸，驱动了突出的发生；这种突出多为中、大型突出，释放的瓦斯涌出量很大，吨煤瓦斯涌出量最高达1000m3以上。
2)瓦斯压力型突出——瓦斯蓄能大，具备驱动突出的能力；地应力达到了激发突出、破碎煤体的程度或接近临界点；这种类型的突出主要为自发性突出或延时突出；也可能借用工作面作业产生的一点儿外力的扰动，就破坏了应力的平衡状态，发动了突出。这种突出工作面作业过程中，其危险性和破坏性十分巨大。煤体经过地应力的充分研磨，没有大颗粒的煤炭，分选型强，有瓦斯搬运甚至逆流搬运的情况。
3)压力瓦斯型——地应力为主导因素，煤岩瓦斯含量小；这种类型的突出主要发生在开采深度大，煤层采用了较好的区域预抽措施的矿井，或者而且开采工作面有比较坚硬的老顶岩层，由于受采动的影响集聚了较大的集中应力能量。当集中应力强度超过坚硬顶板的抗压强度时，老顶的坚硬岩层的突然失稳，使得聚集的巨大能量突然冲击在煤体上，尽管经过预抽煤层瓦斯含量已经减小，但只要作用面积足够大，压碎的煤岩由于透气性的突然变化，残余的吸附瓦斯大量转变为游离瓦斯，这种瞬间产生的、聚集的膨胀能照样能够驱动发生低瓦斯涌出量的的突出。
4)压力型突出——聚集的地应力强度达到了激发突出、破碎煤体的程度，瓦斯含量小，不具备搬运条件，压出煤炭就地堆积，成大块状，但是压出释放的游离瓦斯仍然足以造成比较严重的瓦斯超限现象。
近年来我们将冲击地压和煤与瓦斯突出统一作为复合型煤岩动力灾害来研究，认为：瓦斯和地应力作为突出和冲击地压的动力因素，只是在这两种动力现象中谁扮演了主要的角色；如果有瓦斯和地应力参与，煤岩动力现象就表现出了标准的突出；如果地应力作用为大，瓦斯作用比较小，煤岩动力现象就表现出了成了低瓦斯涌出量的压力瓦斯型突出；如果煤岩动力现象主要时由地应力为主导的，瓦斯没有驱动能力，就表现成了压出；如果该煤矿工作面采深大，煤层顶板又有比较坚硬的岩层，能集聚很大的能量，瓦斯含量十分小，这时煤岩动力现象就表现成了冲击地压特征。
这种在突出矿井中出现的突出和冲击地压复合型煤岩动力灾害瓦斯参数的前兆信息少，发生复合型煤岩动力现象时十分突然，但对工作面人员及设备破坏性强。这就要求我们开发更灵敏、更适合采集煤岩微震信号的传感器，以及更适合预警矿井突出和冲击地压复合型煤岩动力灾害的装置，增加对前兆信息的捕获和分析。
根据上述思路，我们将煤与瓦斯突出和冲击地压一同考虑和分析，做了下述科研、开发和现场研究：
1)针对出突出和冲击地压复合型煤岩动力灾害主要由地应力为主要因素，瓦斯参与驱动的特点，研发了更适合采集煤岩微震信号的传感器；这部分在提出的《一种实时跟踪采集矿井集中应力变化的微震传感器》已经获得了解决；传感器能够实时跟踪采集在集中应力作用下煤岩的微震信号，并将该信号转变为电流脉冲信号进行远距离传送(≥5km)。
2)研发能够同时采集地应力和瓦斯信号专用装备(专用分站)，这部分的在《一种实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的装置》也已经得到了解决；该装备采集微震信号的速率可达到100MHz/秒以上；增加波形识别功能噪音信号的滤除能力；通过接收每个微震信号的起始时间Ti，实现了微震源的平面坐标定位(X、Y)。
第五种冲击地压型——如果煤层瓦斯含量特别小，当冲击压力压碎的煤层产生的游离瓦斯不足以产生导致突出的膨胀能，这种煤岩动力现象就完全表现为冲击地压特征：造成煤壁片帮、顶板下沉、底鼓、支架折损、巷道堵塞、形成巷道暴风、人员伤亡。在煤层冲击中，多数表现为煤块抛出，少数为数十平方米煤体整体移动，并伴有巨大声响、岩体震动和冲击波。与压力型突出的差别在于：瓦斯和地应力没有明显的互动关系，在地应力激烈活动期间，瓦斯浓度和涌出量几乎没有任何变化；事故发生时，地应力释放的能量更大，破坏性更强，瓦斯能量几乎没有参与驱动，整个发生过程中瓦斯浓度和瓦斯涌出量变化也不大。
很多已进入深部矿井开采的矿区，由于治理瓦斯有成效，特别是机械化程度的提高，开采强度已大幅度地增强，加剧了突出矿井的集中应力紧张的程度；深部开采，地质条件复杂，富含断层和地质构造带；这些地质构造带，往往是突出事故的高发区；已经有很多矿井不仅仅有单一的突出灾害；表现出既有突出，又有冲击地压多种复合型煤岩动力灾害共生的局面。
本发明的实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的系统，包括监测数据采集预警(第一级井下工作面)、交换机、矿井复合型煤岩动力灾害中心站(第二级监控室)、Internet远程数据传输、远程预警服务中心(矿井复合煤岩动力灾害远程专家分析组)；所述监测数据采集预警通过交换机电性连接矿井复合型煤岩动力灾害中心站，所述矿井复合型煤岩动力灾害中心站信号连接Internet远程数据传输，所述Internet远程数据传输信号连接远程预警服务中心，所述监测数据采集预警内置微震传感器、瓦斯传感器、风速传感器，所述微震传感器、瓦斯传感器、风速传感器电性连接监控分站，所述监控分站电性连接交换机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述交换机电性连接电源、语音报警器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述监测数据采集预警、矿井复合型煤岩动力灾害中心站至少为两组，所述矿井复合型煤岩动力灾害中心站具备人工智能分析软件监测数据采集功能。
实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的系统的方法，包括如下步骤：
a.监测数据采集预警中的微震传感器、瓦斯传感器、风速传感器，能够在同一个时空上，采集微震信号的小事件数Ai、大事件数Li、能量Ei、同有率η，工作面瓦斯涌出量Qi和瓦斯浓度Ci、30分钟放炮瓦斯涌出量V30为分析参数；
b.通过采集微震信号达到每个微震传感器的时间差，通过震源定位，确定集中应力点的位置，根据集中应力点位置、工作面碛头的位置，确定当前已有安全屏障的距离；从而确定可能发生复合型动力灾害的危险性；
c.该分站有四级(分钟/小时/班/天)分析软件，通过在同一时空上，分析“地应力”(小事件数Ai、大事件数Li、能量Ei、同有率η)和“瓦斯”(瓦斯涌出量Qi和瓦斯浓度)的变化关系、分析这两个参数的表现形式和组合的大小、相互有没有互动关系，能够识别和区分复合型煤岩动力灾害类型、可能发生灾害的规模及其危险程度等级，实现就地报警；同时向地面中心站传输分析结果，申请矿井地面中心站的进一步核实；
d.当分析到有危险时，可以根据定义，实现对监测区域的用电设备进行断电控制，并发出报警讯号。
实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的分析方法如下；
在地应力分析方面
在复合型煤岩动力灾害中，微震信号普遍存在下述规律和特性：
(1)当应力强度小于煤岩强度时或达到应力平衡状态时，没有微震信号。
(2)在所有的复合型煤岩动力灾害中，都存在小事件有先时性，大事件有之后性的现象；这是由煤岩结构的特性所决定的。
(3)信号的密集度越大，越意味着地应力在不断的活动，煤岩在地应力的作用不断的破坏；集中应力程度在增加，集中应力的着力点在不断地发生转移(微震信号不会在已破坏的煤岩中重复产生)。
(4)接收的信号有无大事件，能量是否突然增加，是预测即将发生复合型煤岩动力灾害的关键所在。一般来说，当有复合型煤岩动力灾害发生时，大事件会大量出现，释放的能量会发生突变，以威胁状态时的成千或万倍的数量级进行增长。
因此对于地应力参数——小事件数Ai、大事件数Li、能量Ei的分析不能采用模拟量信号——瓦斯浓度、瓦斯涌出量、30分钟放炮瓦斯涌出量的分析方法。主要要看下述几点：
(4)产生的微震信号的数量Ai、Li、Ei；
(5)微震信号活动的频度(密集度)或时长Ti、同有率η；
(6)释放的能量的大小，能量的突变性，释放的能量达到的数量级β；
地应力信号在现场使用中是这样分析的：
正常区信号特征
正常区微震信号有下述特点：
(1)几乎没有微震信号或仅有零散微震信号。
(2)放炮后产生的微震信号单一，没有引起集中应力活动。
(3)即使有集中应力活动，但是与瓦斯无互动关系(放炮时除外)；瓦斯浓度和瓦斯涌出量变化不大。
威胁区信号特征
在威胁区微震信号具有下述特征：
(1)工作面开始出现比较密集的、长时间的集中应力活动，但释放的能量较小。没有大事件发生。
(2)开始出现集中应力活动与瓦斯因素有互动关系，地应力活动导致瓦斯涌出量增大，瓦斯浓度增加。
(3)在打排放钻孔时，开始出现喷孔现象。
危险区信号特征
(1).工作面接近断层构造带的信号特征
a)放跑前工作面有集中应力活动，放炮后，出现了长达近8个小时的矿压活动，全为小事件，没有大事件；释放的能量不大，但持续的时间长，说明煤岩在集中应力作用下不断地在发生破坏。
b)放炮后有延时产生大量的微震信号，能量达到1.5*107焦耳，远比放炮释放的能量要大的多。
c)打钻有比较明显的喷孔现象。
b.工作面在地应力作用下改变了瓦斯涌出量
a)工作面在地应力活动作用下，瓦斯浓度发生变化，瓦斯涌出量起伏变化明显；
b)打排放钻孔期间发生连续喷孔现象，并且伴有地应力信号出现。
(2)发生瓦斯微小型动力现象时信号特征
a)放炮后延时产生长达6个多小时的集中应力活动，瓦斯涌出量先减少，再增加；
b)放炮后出现了地应力延时活动现象，有大事件发生，引发了该工作面最为强烈的矿压活动，能量突然大幅度增加；瓦斯浓度超限，时间长达6个小时。
(3)发生冲击地压型动力灾害时的信号特征
a)冲击地压发生前小事件数连续不断，预示着地应力活动十分紧张。
b)冲击地压发生时释放的能量很大，达到了19400×104焦耳，整个矿压活动期间都有大事件发生；
c)这次矿压活动范围大，事件数同有率很高，在整个矿压活动期间，几乎所有的传感器都接收到了信号。
从瓦斯参数分析发生冲击地压时信号的特征：
a)在发生冲击地压前，有地应力活动但瓦斯浓度接近0.0％。
b)在矿压活动期间，瓦斯涌出量没有变化，瓦斯浓度几乎仍然是一条直线；
c)在强烈的矿压活动期间，矿压与瓦斯没有互动关系，没有发生突出的危险性。
2)瓦斯参数的分析方法：瓦斯参数主要以瓦斯浓度Ci、瓦斯涌出量Qi、放炮瓦斯涌出量V30为分析样本Xi，如下式：
Xi＝{Qi、Ci、V30}…………………………………………………(1)
(1)寻找正常值
大量的研究表明；要找到煤层的瓦斯参数完全相同的两个矿井是完全不可能的，即就是在同一个煤矿、同一个煤层、在不同的采深，煤层的瓦斯特性也不相同。研究也表明，在煤矿井下真正有危险的区域仅占5％左右，绝大多数区域都是没有动力灾害的正常区域。要寻找危险判据临界值无非是要用这个临界值区分工作面是否处于危险地段，想知道危险程度的大小。既然正常值容易获得，我们把采集的数据与正常值比较，照样能够达到区分危险区域的目的。代表煤层基本特性的正常值
Figure BDA0002446224280000105
我们是这样获得的：
a.计算样本平均值
Figure BDA0002446224280000101
Figure BDA0002446224280000102
式中：n——为自数据采集以来，采集的数据个数
Xi——为某监测参数的瞬时值
当n→∝时，
Figure BDA0002446224280000103
(参数真值)，因此，监测的时间足够长，采集的数据足够多时，
Figure BDA0002446224280000104
能够充分反映监测煤层某参数的基本性能特征。
正常值中不包括下述两种数据：
a.测定中由于传感器故障或作也等其他原因，明显偏大或偏小与绝大多数测定值的数据，即离群值。
b.在异常区测定的数据。
上述两种数据，在利用公式(1)计算反映煤层特性的正常区基本性能特征
Figure BDA0002446224280000111
时，需要舍弃。
数理统计中的拉依达检验准则认为：如果离群值Xi与总体均值
Figure BDA0002446224280000112
之差的绝对值大于α倍的标准差：
Figure BDA0002446224280000113
则认为Xi是离群值，应该将Xi从该组测定值中舍弃。
式中：
Figure BDA0002446224280000114
——一定时间间隔内的平均值
α——随机误差范围系数，α取2
S——标准差
Figure BDA0002446224280000115
滤去异常值和离群值后，再求
Figure BDA0002446224280000116
能够使
Figure BDA0002446224280000117
加速趋于真值。随着工作面推进，采集的数据增加，能够在较短的时间内，统计出反映监测煤层特性的正常值基本判据指标
Figure BDA0002446224280000118
(2)判断威胁区和危险区
采用t检验可以判断煤层特性是否已进入威胁区或危险区，计算公式如下：
Figure BDA0002446224280000119
Figure BDA00024462242800001110
——一定时间间隔内数据的平均值
Figure BDA00024462242800001111
——反映监测煤层特性的正常值基本判据指标
Figure BDA00024462242800001112
——一定时间间隔内测定值的均值标准差
Figure BDA0002446224280000121
式中：
S——一定时间间隔内测定数据的标准差
n——一定时间间隔内测定数据个数
t检验认为：
当计算的|t|＜t(α,n-1)时，一定时间间隔内数据的平均值
Figure BDA0002446224280000122
与反映监测煤层特性的正常值基本判据指标
Figure BDA0002446224280000123
相比较，没有发生显著变化。
当计算的|t|＞t(α,n-1)时,一定时间间隔内数据的平均值
Figure BDA0002446224280000124
与反映监测煤层特性的正常值基本判据指标
Figure BDA0002446224280000125
相比较，发生了变化，t的绝对值越大，这种变化就越显著。
这里的t(α,n-1)是t检验的临界值，矿可以根据α和(n-1)的值查表得到；α为显著性水平，物理含义是把没有发生实质性变化的一组测定值误判为发生显著性变化的概率有多大；对于复合型动力灾害而言，即把正常区误判危险区的概率有多大；α值越小随机误差的范围就越小，预测复合型动力灾害准确性精度越高。对复合型动力灾害而言，可以取α＝0.01，表示把正常误判的危险的概率不会大于1％。
如果我们把煤层参数(瓦斯涌出量Qi、瓦斯浓度Ci、30分钟放炮瓦斯涌出量V30)的正常区基本判据取代
Figure BDA0002446224280000126
某一时间间隔内，煤层的参数统计的平均值取代
Figure BDA0002446224280000127
显然公式(4)的物理含义十分明确：
a.当
Figure BDA0002446224280000128
时，|t|＜t(α,n-1)时，公式(4)的分子部分为零或近似为零，也就是说单位时间间隔内，煤层某参数其特性没有发生显著性变化，工作面仍然处于正常区。
b.当
Figure BDA0002446224280000131
时，|t|＞t(α,n-1)时，公式(4)的分子部分绝对值为有效数据，也就是说某一单位时间间隔内，煤层某参数其特性已发生显著性变化，工作面已进入威胁区。
c.当
Figure BDA0002446224280000132
时，|t|＞＞t(α,n-1)时，公式(4)的分子部分绝对值数据很大，也就是说某一单位时间间隔内，煤层某参数其特性已发生实质性的变化，工作面已进入危险区。
对
Figure BDA0002446224280000133
取不同的时间间隔，能够建立不同时间间隔的判据指标，这些判据指标反映了不同时间间隔内监测煤层的危险程度状态。
(3)复合型动力灾害的危险性判定方法
反映监测煤层特性的正常区指标
Figure BDA0002446224280000134
乘以危险倍率系数a，可以作为判断复合型动力灾害危险性的临界值Xw的初始值：
Figure BDA0002446224280000135
危险倍率系数a，对于瓦斯参数一般取3～5，具体取多大的a值合理，应该在实际的应用中，结合安装矿井的瓦斯参数进行探索。
当反映某一时间间隔内煤层特性的统计平均值
Figure BDA0002446224280000136
满足下式：
Figure BDA0002446224280000137
判断监测的工作面有发生复合型煤岩灾害的危险，发出二级危险预报。
(4)预测不准确的校正方法
对瓦斯参数预测不准确时，将查询突出危险判据规则库得到最小的实际危险倍率系数at，赋予a:
a＝at………………………………………………………………………(8)
此时，复合型煤岩动力灾害瓦斯参数危险临界指标Xw等于了灾害发生时的最小危险临界指标Xtw
Xw＝Xtw……………………………………………………………………(9)
(5)预测准确的校正方法
为了进一步提高预测的准确性，在判据指标准确地预测到复合型煤岩动力灾害时，可以把当前的危险判据指标Xw和危险倍率系数a与查询判据规程库中得到的最小危险临界指标Xtw和危险倍率系数at进行比较，根据比较结果调整复合型煤岩动力灾害的临界值。
a.Xw＜Xtw，a＜at时，说明当前的零件判据指标Xw和危险倍率系数a的灵敏度好，能够发现比现有复合型煤岩灾害危险倾向更不明显的灾害，应该保持当前的危险判据指标Xw和危险倍率系数a不变。
b.Xw＞Xtw，a＞at时，分别把Xtw和at分别赋予Xw和a，用复合型煤岩动力灾害最小危险临界值Xtw和at，取代当前的危险判据指标Xw和危险倍率系数a。
上述校核方法，建立在复合型动力灾害发生的实际统计数据的基础上，以实际发生灾害的最小危险临界指标Xtw和最小的危险倍率系数at为校核依据。因此，可以不断地提高预测的准确率。
3)模糊综合判据指标
以上单一指标建立的方法；但是大量的研究表明：对于复合型煤岩动力灾害来说，如果仅以单一参数进行分析、预测，忽略了各因素之间的相互关系，对复合型煤岩动力灾害而言不够全面和准确。
复合型煤岩动力灾害中，煤与瓦斯突出就是一种复杂的动力现象，比较统一的观点认为：突出是瓦斯、地应力、煤质综合作用的结果；综合作用就是一种十分模糊的观点，它说明三因素之间有影响，有关系，但这种关系很难用一种给定的公式或函数来描述，这就是因素作用的模糊性。
Qi瓦斯涌出量的变化，就是与瓦斯、地应力、煤层赋存条件三因素有关联，Qi发生变化有可能是煤层瓦斯含量发生了变化的结果；有可能是地应力作用导致煤层的透气型发生变化的结果，有可能是煤层厚度或地质结构、赋存条件发生了变化的结果；也有可能是其中2个因素或三个因素共同作用的结果；对于这种情况我们可以用模糊综合评价的方法求出复合型煤岩动力灾害的综合指标。这五种复合型煤岩动力灾害都各有特点，各自在发生前、发生过程中状态和前兆信息各不相同，这些都为识别和综合分析复合型煤岩动力灾害提供了依据。
复合型煤岩动力灾害危险性分析模糊向量如下：
A＝{Qi、Ci、V30i，Ai、Li、Ei}…………………………………………………(10)
式中：
Qi——第i时间间隔内的瓦斯涌出量
Ci——第i时间间隔内瓦斯浓度
V30i——第i时间间隔内的放炮瓦斯涌出量
Ai——第i时间间隔内的小事件数
Li——第i时间间隔内的大事件数
Ei——第i时间间隔内的能量
模糊关系矩阵：
Figure BDA0002446224280000151
EiQi EiCi EiV30i EiAi Eili EiEi
式中：为两因素作用的结果，如QiAi——瓦斯涌出量与小事件总数作用的关系。
复合型煤岩动力灾害模糊判据指标为：
Figure BDA0002446224280000161
上式可以用两种方法求解：
(1)主要因素突出型：
Bj＝max{min(QiQi,QiCi),…,min(QiLi,QiEi)}…………………………………(13)
(2)加权平均型
Bj＝QiQi+QiCi+QiV30i+QiAi+QiLi+QiEi………………………………………(14)
模糊综合判据分析方法适合计算机模拟运算，采用人工智能技术，通过实际结果和预报结果反馈对比、逐步求精的方法，得出在特定环境下个因素之间的模糊对应关系，建立适合安装矿井实际条件的复合型煤岩动力灾害综合判断数学模型。
本发明的有益效果是：该装备应用人工智能技术，解决了对复合型煤岩动力灾害的逻辑判断、判据指标自动寻找及校核的难题；简单、智能、实用性化程度高。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的复合型煤岩动力灾害预警系统结构示意图；
图2是本发明的复合型煤岩动力灾害预警分站功能和逻辑运行关系；
图3是本发明的正常区危险综合分析曲线；
图4是本发明的威胁区危险综合分析曲线一；
图5是本发明的威胁区危险综合分析曲线二；
图6是本发明的工作面接近断层构造带的危险分析曲线；
图7是本发明的断层处停止掘进30小时恢复掘进危险综合分析曲线；
图8是本发明的地应力影响瓦斯涌出量危险综合分析曲线；
图9发生瓦斯微小型动力现象危险综合分析曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-9本发明的实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的方法，采用三级数据实时采集分析：
1)监测数据采集预警(第一级井下工作面)：该分站通过安装微震传感器、瓦斯、风速传感器，实现了对导致矿井复合型动力灾害发生的动力源地应力和瓦斯数据的实时采集、分析预警和实时控制，并通过井下环网将实时数据和分析结果实时传输到了矿井复合型动力灾害地面中心站；
2)矿井复合型煤岩动力灾害中心站(第二级监控室)，该中心除了本身具有的实时分析功能外，承担着数据和分析结果及控制功能的上传下达的任务，具体方法如下：
a.显示原始数据、查阅危险综合分析、地应力分析、工作面危险程度分析、通风状态分析、瓦斯浓度分析、瓦斯涌出量分析数据表及其曲线。
b.定义监测点参数：输入煤层编号、煤层厚度、煤层倾角、顶地板岩性，该矿前期统计的周期来压步距、主要承载层的厚度及强度以及距煤层的距离(这些都是最原始的资料，仅需要输入1次)，下发给该装备，作为分析依据。
c.该中心站有四级分析软件，分别为分钟、小时、班、天数据分析模块；分析模块通过对小事件Ai、大事件Li、能量Ei、同有率η、Qi、Ci、Q30变化趋势的分析，确定可能发生复合型煤岩动力灾害的类型、规模及其危险程度等级；矿井中心站把分析的结果与井下数据采集分析专用分站的结果进行比较；如果分析一致，在终端显示器上进行显示，通过预警平台向有关工作人员发出报警提示，如果分析不一致，矿井中心站通过互联网向远程预警中心发出申请，请求远程预警中心分析人员进行进一步的核实求助。
d.在矿井中心站上建有短信平台和语音播放器，通过语音播放器对值班室人员进行语音提示；根据危险等级划分的矿井安全人员等级通过短信平台危险预警发送给有关人员。
e.同时该系统开发了手机APP软件，通过互联网，用户能够查阅原始数据、分析结果、危险程度等级以及可能发送复合型煤岩动力灾害的类型。
f.矿井中心站定时或接收远程预警中心的指令给数据采集分析专用分站发送校时指令，以便于把整个预警系统统一在同一个时空空间上。
g.矿井中心站担负着矿井服务器的任务，通过中心站的计算机与矿上有关部门的信息系统进行联网，共享预警信息。
3)远程预警服务中心(第三级)：该中心作为复合型煤岩动力灾害的预警中心，承担着下述功能：
a.远程专家组辅助分析：煤矿现场缺少专业的复合型煤岩动力灾害防治的专家，有经验的专家又很难及时得到现场的第一手资料。本发明将有经验的专家作为系统的一个组成部分；通过Internet网络将煤矿实时监测的数据和井下第一级、地面第二级的分析结果传递到向远程预警中心发出复核申请，同步传输到专家分析中心供专家进行实时辅助分析判断，又将诊断的意见迅速反馈给用户，必要时专家马上去现场调研危情，处理危；该方式能提高的防治复合型煤岩动力灾害的效果，大大地提高和加强预测的准确性和实时性。
b.远程监控中心服务器实时跟踪分析：该服务器上安装着复合型煤岩动力灾害跟踪分析专家诊断系统软件摸块。该软件模块完成数据的处理、归纳、分析、判断、预警、建立专家数据库、输出各种报表、发出各种提示功能。
c.远程监控中心信息平台：该平台将远程预警中心分析的结果和远程专家分析组核实的结果以信息滚屏或电话方式通知给用户。
d.远程预警中心校时功能：定时给所有联网的矿井发送校时命令，使整个系统统一在同一个时间空间上。
e.远程预警中心站纠错功能：可以监控矿井中心站和井下数据采集分析专用分站的运行情况，通过远程操作给监控矿井中心站和井下数据采集分析专用分站发送参数或修改升级软件。
f.远程预警中心站控制功能：在危险预警十分紧急的情况下，给监控矿井中心站和井下数据采集分析专用分站发送控制指令，进行远程控制。
g.远程预警中心站的教学功能：的服务器做为复合型动力灾害预警的根服务器，向参与该系统的用户开放，成为数据查询、事故实例教学、分析的平台，提高矿井管理人员对复合型煤岩动力灾害的管理、防治水平。
本发明的矿井复合型煤岩动力灾害的数据处理及其分析方法如下：：1)地应力信号的分析方法
从诱发复合型煤岩动力灾害的动力学观点，分类了井下煤岩动力灾害的类型；其中煤与瓦斯突出动力灾害的类型多，产生的机理比较复杂，公认的观点认为：“煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯、煤体强度综合作用的结果”；近几年KJ918矿井煤与瓦斯突出预测参数监测系统的推广应用中获得的资料都证明：地应力起着激发突出的作用，瓦斯起着驱动突出的作用；地应力是导致发生复合型煤岩动力灾害的首要能量，只有在地应力的作用下，破坏了煤层的原始结构，压碎了煤岩，使得煤层透气性增高，促使煤体中的吸附瓦斯快速转变为游离瓦斯，在煤体中突然膨胀，形成自由瓦斯压力(瓦斯压力是在地应力的激发下产生的)，当这种瓦斯压力超过煤体的约束强度时，突出就发生了。如果地应力的破坏没有激发产生瓦斯的膨胀能，复合型煤岩动力灾害就显示出了冲击地压的特征。
微震传感器原理就是监测煤岩的破坏过程，只有在煤岩在地应力的作用下发生破坏，才释放出弹性应力波，才能检测到微震信号；地应力在持与平衡的状态下的状态下，只要不发生破坏，就没有微震信号产生；地应力集中的程度在增加，达不到平衡状态，不断地有煤岩发生破坏，微震信号就越连续；一般来说，由于煤岩是脆性的、非均值体，煤岩中富含节理、裂隙和软分层，在承受相同的应力条件下，弱者先破坏，此时破坏是释放的能量最小，微震信号越多；应力的集中点在向次坚硬的岩层转移，当次坚硬的岩体倍被地应力压碎时，由于集中应力的程度增加，释放的微震信号的强度就越大；这时集中应力点就会向更加坚硬的岩体转移，当煤岩体中主要承载支撑作用的岩层被破坏时，强大集中应力突然释放的冲击力就会作用在整个煤体上，压碎煤体突然改变煤层的赋存状态。
正常区信号特征(如图3)
威胁区信号特征，图4、图5是威胁区危险分析曲线，从图中矿压看出威胁区微震信号和瓦斯浓度以及涌出量具有以下特征：
(1)工作面开始出现比较密集的、长时间的集中应力活动，但释放的能量较小。没有大事件发生。
(2)开始出现集中应力活动与瓦斯因素有互动关系，地应力活动导致瓦斯涌出量增大，瓦斯浓度增加。
(3)在打排放钻孔时，开始出现喷孔现象。
危险区信号特征
a.工作面接近断层构造带的信号特征
如图6为工作面接近断层构造带的危险分析曲线(距正断层不到3.5m处)；
图7所示为工作面(工作面处于断层处)停止掘进30小时后危险综合分析曲线，夜班03:02放炮后出现断续的矿压活动，7小时后出现比较连续的矿压活动，活动期间瓦斯浓度和瓦斯涌出量出现明显起伏变化；建议矿方立即停止工作面的掘进，待工作面应力逐渐减少直至达到新的平衡后，采取抽放瓦斯和打卸压钻孔的方式消除突出危险性后，再恢复掘进工作。
b.工作面在地应力作用下改变了瓦斯涌出量
图8为地应力影响瓦斯涌出量危险综合分析曲线图。从图中可以看出：
a)早上8～10:30工作面有地应力活动，瓦斯浓度发生变化，瓦斯涌出量起伏变化明显；
b)打排放钻孔期间发生连续喷孔现象，并且伴有地应力信号出现。
(4)发生瓦斯微小型动力现象时信号特征
如图9为发生瓦斯微小型动力现象危险分析实时曲线。
a.夜班02:30进行放炮作业，放炮后延时1小时35分，出现长达6个多小时的集中应力活动，瓦斯涌出量先减少，再增加；
b.早班11:25再进行了放炮作业，放炮后出现了地应力延时活动现象，有大事件发生，引发了该工作面最为强烈的矿压活动，能量突然大幅度增加；瓦斯浓度达1.29％，超限时间长达6个小时。
发生冲击地压型动力灾害时的信号特征
a.冲击地压发生前小事件数连续不断，预示着地应力活动十分紧张。
b.这次冲击地压释放的能量很大，达到了19400×104焦耳，整个矿压活动期间都有大事件发生；
b.这次矿压活动范围大，事件数同有率很高，在整个矿压活动期间，几乎所有的传感器都接收到了信号。
从危险趋势分析来看：
1)在发生冲击地压前，有地应力活动但瓦斯浓度接近0.0％。
2)在矿压活动期间，瓦斯涌出量没有变化，瓦斯浓度几乎仍然是一条直线；
3)在强烈的矿压活动期间，矿压与瓦斯没有互动关系，没有发生突出的危险性。
2019年11月1日位于西安的远程分析中心监测到十二矿己15-31020回采工作面于早班8:57分开始，到11:01止；8:57分矿压活动释放的能量十分巨大，有大量大事件出现，已达到67800×104焦耳，据此判断应该是己15-31020工作面顶板主要承载层发生了破坏，此后己15-31020工作面从回风巷向下150多米的煤壁发生片帮(有明显的压出的粉煤状特征)。
上述案例可以看出一次发生在突出矿井中典型的复合型煤岩动力(冲击地压)灾害。瓦斯参数自始至终没有参与驱动。
初步结论：己15-31020工作面在2019年10月27日开始回采，到11月31日，工作面推进不到3米，就发生如此强大的矿压动力现象，工作面煤壁片帮十分严重，整个工作面长度为208m，靠近回风巷有大约150m的煤壁经冲击地压后压出，采煤机组被弹出的煤炭掩埋，工作面沿倾向方向顶板断裂。
上述数据表明：本装备现场应用效果十分良好；该装备准确地捕获了复合型煤岩动力灾害的前兆信息及其发生冲击地压型煤岩动力灾害的全过程，达到了设计要求。
在本发明专利中，我们采用了主要因素突出型模糊判据分析方法。4)模糊综合分析在本发明中的应用
在系统建立的时空关系上，我们把分析时间间隔划分成了4个空间；天数据模糊综合分析、班数据模糊综合分析、小时数据模糊综合分析、分钟数据模糊综合分析。一般来说，我们把天和班数据作为长时指标，把小时和分钟数据作为短时指标。短时指标建立在长时指标的基础上就能够提高本系统的准确性和及时性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的方法，其特征在于，采用三级数据实时采集与分析：
1)监测数据采集预警(第一级井下工作面)：该分站通过安装微震传感器、瓦斯、风速传感器，实现了对导致矿井复合型动力灾害发生的动力源地应力和瓦斯数据的实时采集、分析预警和实时控制，并通过井下环网将实时数据和分析结果实时传输到了矿井复合型动力灾害地面中心站；
2)矿井复合型煤岩动力灾害中心站(第二级监控室)，该中心除了本身具有的实时分析功能外，承担着数据和分析结果及控制功能的上传下达的任务，具体方法如下：：
a.显示原始数据、查阅危险综合分析、地应力分析、工作面危险程度分析、通风状态分析、瓦斯浓度分析、瓦斯涌出量分析数据表及其曲线；
b.定义监测点参数：输入煤层编号、煤层厚度、煤层倾角、顶地板岩性，该矿前期统计的周期来压步距、主要承载层的厚度及强度以及距煤层的距离，下发给该装备，作为分析依据；
c.该中心站有四级分析软件，分别为分钟、小时、班、天数据分析模块；分析模块通过对小事件Ai、大事件Li、能量Ei、同有率η、Qi、Ci、Q30变化趋势的分析，确定可能发生复合型煤岩动力灾害的类型、规模及其危险程度等级；矿井中心站把分析的结果与井下数据采集分析专用分站的结果进行比较；如果分析一致，在终端显示器上进行显示，通过预警平台向有关工作人员发出报警提示，如果分析不一致，矿井中心站通过互联网向远程预警中心发出申请，请求远程预警中心分析人员进行进一步的核实求助；
d.在矿井中心站上建有短信平台和语音播放器，通过语音播放器对值班室人员进行语音提示；根据危险等级划分的矿井安全人员等级通过短信平台危险预警发送给有关人员；
e.同时该系统开发了手机APP软件，通过互联网，用户能够查阅原始数据、分析结果、危险程度等级以及可能发送复合型煤岩动力灾害的类型；
f.矿井中心站定时或接收远程预警中心的指令给数据采集分析专用分站发送校时指令，以便于把整个预警系统统一在同一个时空空间上；
g.矿井中心站担负着矿井服务器的任务，通过中心站的计算机与矿上有关部门的信息系统进行联网，共享预警信息；
3)远程预警服务中心(第三级)：该中心作为复合型煤岩动力灾害的预警中心，承担着下述功能：
a.远程专家组辅助分析：煤矿现场缺少专业的复合型煤岩动力灾害防治的专家，有经验的专家又很难及时得到现场的第一手资料；本发明将有经验的专家作为系统的一个组成部分；通过Internet网络将煤矿实时监测的数据和井下第一级、地面第二级的分析结果传递到向远程预警中心发出复核申请，同步传输到专家分析中心供专家进行实时辅助分析判断，又将诊断的意见迅速反馈给用户，必要时专家马上去现场调研危情，处理危情；
b.远程监控中心服务器实时跟踪分析：该服务器上安装着复合型煤岩动力灾害跟踪分析专家诊断系统软件摸块；该软件模块完成数据的处理、归纳、分析、判断、预警、建立专家数据库、输出各种报表、发出各种提示功能；
c.远程监控中心信息平台：该平台将远程预警中心分析的结果和远程专家分析组核实的结果以信息滚屏或电话方式通知给用户；
d.远程预警中心校时功能：定时给所有联网的矿井发送校时命令，使整个系统统一在同一个时间空间上；
e.远程预警中心站纠错功能：可以监控矿井中心站和井下数据采集分析专用分站的运行情况，通过远程操作给监控矿井中心站和井下数据采集分析专用分站发送参数或修改升级软件；
f.远程预警中心站控制功能：在危险预警十分紧急的情况下，给监控矿井中心站和井下数据采集分析专用分站发送控制指令，进行远程控制；
g.远程预警中心站的教学功能：的服务器做为复合型动力灾害预警的根服务器，向参与该系统的用户开放，成为数据查询、事故实例教学、分析的平台，提高矿井管理人员对复合型煤岩动力灾害的管理、防治水平。
2.实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的系统，其特征在于，包括监测数据采集预警(第一级井下工作面)、交换机、矿井复合型煤岩动力灾害中心站(第二级监控室)、Internet远程数据传输、远程预警服务中心(矿井复合煤岩动力灾害远程专家分析组)；所述监测数据采集预警通过交换机电性连接矿井复合型煤岩动力灾害中心站，所述矿井复合型煤岩动力灾害中心站信号连接Internet远程数据传输，所述Internet远程数据传输信号连接远程预警服务中心，所述监测数据采集预警内置微震传感器、瓦斯传感器、风速传感器，所述微震传感器、瓦斯传感器、风速传感器电性连接监控分站，所述监控分站电性连接交换机。
3.实时跟踪预警矿井复合型煤岩动力灾害的分析方法，其特征在于：方法如下：
在地应力分析方面
在复合型煤岩动力灾害中，微震信号普遍存在下述规律和特性：
(1)当应力强度小于煤岩强度时或达到应力平衡状态时，没有微震信号；
(2)在所有的复合型煤岩动力灾害中，都存在小事件有先时性，大事件有之后性的现象；这是由煤岩结构的特性所决定的；
(3)信号的密集度越大，越意味着地应力在不断的活动，煤岩在地应力的作用不断的破坏；集中应力程度在增加，集中应力的着力点在不断地发生转移(微震信号不会在已破坏的煤岩中重复产生)；
(4)接收的信号有无大事件，能量是否突然增加，是预测即将发生复合型煤岩动力灾害的关键所在；一般来说，当有复合型煤岩动力灾害发生时，大事件会大量出现，释放的能量会发生突变，以威胁状态时的成千或万倍的数量级进行增长；
因此对于地应力参数——小事件数Ai、大事件数Li、能量Ei的分析不能采用模拟量信号——瓦斯浓度、瓦斯涌出量、30分钟放炮瓦斯涌出量的分析方法；主要要看下述几点：
(1)产生的微震信号的数量Ai、Li、Ei；
(2)微震信号活动的频度(密集度)或时长Ti、同有率η；
(3)释放的能量的大小，能量的突变性，释放的能量达到的数量级β；
地应力信号在现场使用中是这样分析的：
正常区信号特征
正常区微震信号有下述特点：
(1)几乎没有微震信号或仅有零散微震信号；
(2)放炮后产生的微震信号单一，没有引起集中应力活动；
(3)即使有集中应力活动，但是与瓦斯无互动关系(放炮时除外)；瓦斯浓度和瓦斯涌出量变化不大；
威胁区信号特征
在威胁区微震信号具有下述特征：
(1)工作面开始出现比较密集的、长时间的集中应力活动，但释放的能量较小；没有大事件发生；
(2)开始出现集中应力活动与瓦斯因素有互动关系，地应力活动导致瓦斯涌出量增大，瓦斯浓度增加；
(3)在打排放钻孔时，开始出现喷孔现象；
危险区信号特征
(1).工作面接近断层构造带的信号特征
a)放跑前工作面有集中应力活动，放炮后，出现了长达近8个小时的矿压活动，全为小事件，没有大事件；释放的能量不大，但持续的时间长，说明煤岩在集中应力作用下不断地在发生破坏；
b)放炮后有延时产生大量的微震信号，能量达到1.5*107焦耳，远比放炮释放的能量要大的多；
c)打钻有比较明显的喷孔现象；
b.工作面在地应力作用下改变了瓦斯涌出量
a)工作面在地应力活动作用下，瓦斯浓度发生变化，瓦斯涌出量起伏变化明显；
b)打排放钻孔期间发生连续喷孔现象，并且伴有地应力信号出现；
(2)发生瓦斯微小型动力现象时信号特征
a)放炮后延时产生长达6个多小时的集中应力活动，瓦斯涌出量先减少，再增加；
b)放炮后出现了地应力延时活动现象，有大事件发生，引发了该工作面最为强烈的矿压活动，能量突然大幅度增加；瓦斯浓度超限，时间长达6个小时；
(3)发生冲击地压型动力灾害时的信号特征
a)冲击地压发生前小事件数连续不断，预示着地应力活动十分紧张；
b)冲击地压发生时释放的能量很大，达到了19400×104焦耳，整个矿压活动期间都有大事件发生；
c)这次矿压活动范围大，事件数同有率很高，在整个矿压活动期间，几乎所有的传感器都接收到了信号；
从瓦斯参数分析发生冲击地压时信号的特征：
a)在发生冲击地压前，有地应力活动但瓦斯浓度接近0.0％；
b)在矿压活动期间，瓦斯涌出量没有变化，瓦斯浓度几乎仍然是一条直线；
c)在强烈的矿压活动期间，矿压与瓦斯没有互动关系，没有发生突出的危险性；
2)瓦斯参数的分析方法：瓦斯参数主要以瓦斯浓度Ci、瓦斯涌出量Qi、放炮瓦斯涌出量V30为分析样本Xi，如下式：
Xi＝{Qi、Ci、V30}…………………………………………………(1)
(1)寻找正常值
要找到煤层的瓦斯参数完全相同的两个矿井是完全不可能的，即就是在同一个煤矿、同一个煤层、在不同的采深，煤层的瓦斯特性也不相同；在煤矿井下真正有危险的区域仅占5％左右，绝大多数区域都是没有动力灾害的正常区域；要寻找危险判据临界值无非是要用这个临界值区分工作面是否处于危险地段，想知道危险程度的大小；既然正常值容易获得，我们把采集的数据与正常值比较，照样能够达到区分危险区域的目的；代表煤层基本特性的正常值
Figure FDA0002446224270000071
我们是这样获得的：
a.计算样本平均值
Figure FDA0002446224270000072
Figure FDA0002446224270000073
式中：n——为自数据采集以来，采集的数据个数
Xi——为某监测参数的瞬时值
当n→∝时，
Figure FDA0002446224270000081
(参数真值)，因此，监测的时间足够长，采集的数据足够多时，
Figure FDA0002446224270000082
能够充分反映监测煤层某参数的基本性能特征；
正常值中不包括下述两种数据：
a.测定中由于传感器故障或作也等其他原因，明显偏大或偏小与绝大多数测定值的数据，即离群值；
b.在异常区测定的数据；
上述两种数据，在利用公式(1)计算反映煤层特性的正常区基本性能特征
Figure FDA0002446224270000083
时，需要舍弃；
数理统计中的拉依达检验准则认为：如果离群值Xi与总体均值
Figure FDA0002446224270000084
之差的绝对值大于α倍的标准差：
Figure FDA0002446224270000085
则认为Xi是离群值，应该将Xi从该组测定值中舍弃；
式中：
Figure FDA0002446224270000086
——一定时间间隔内的平均值
α——随机误差范围系数，α取2
S——标准差
Figure FDA0002446224270000087
滤去异常值和离群值后，再求
Figure FDA0002446224270000088
能够使
Figure FDA0002446224270000089
加速趋于真值；随着工作面推进，采集的数据增加，能够在较短的时间内，统计出反映监测煤层特性的正常值基本判据指标
Figure FDA00024462242700000810
(2)判断威胁区和危险区
采用t检验可以判断煤层特性是否已进入威胁区或危险区，计算公式如下：
Figure FDA0002446224270000091
Figure FDA0002446224270000092
——一定时间间隔内数据的平均值
Figure FDA0002446224270000093
——反映监测煤层特性的正常值基本判据指标
Figure FDA0002446224270000094
——一定时间间隔内测定值的均值标准差
Figure FDA0002446224270000095
式中：
S——一定时间间隔内测定数据的标准差
n——一定时间间隔内测定数据个数
t检验认为：
当计算的|t|＜t(α,n-1)时，一定时间间隔内数据的平均值
Figure FDA0002446224270000096
与反映监测煤层特性的正常值基本判据指标
Figure FDA0002446224270000097
相比较，没有发生显著变化；
当计算的|t|＞t(α,n-1)时,一定时间间隔内数据的平均值
Figure FDA0002446224270000098
与反映监测煤层特性的正常值基本判据指标
Figure FDA0002446224270000099
相比较，发生了变化，t的绝对值越大，这种变化就越显著；
这里的t(α,n-1)是t检验的临界值，矿可以根据α和(n-1)的值查表得到；α为显著性水平，物理含义是把没有发生实质性变化的一组测定值误判为发生显著性变化的概率有多大；对于复合型动力灾害而言，即把正常区误判危险区的概率有多大；α值越小随机误差的范围就越小，预测复合型动力灾害准确性精度越高；对复合型动力灾害而言，可以取α＝0.01，表示把正常误判的危险的概率不会大于1％；
如果我们把煤层参数(瓦斯涌出量Qi、瓦斯浓度Ci、30分钟放炮瓦斯涌出量V30)的正常区基本判据取代
Figure FDA0002446224270000101
某一时间间隔内，煤层的参数统计的平均值取代
Figure FDA0002446224270000102
显然公式(4)的物理含义十分明确：
a.当
Figure FDA0002446224270000103
时，|t|＜t(α,n-1)时，公式(4)的分子部分为零或近似为零，也就是说单位时间间隔内，煤层某参数其特性没有发生显著性变化，工作面仍然处于正常区；
b.当
Figure FDA0002446224270000104
时，|t|＞t(α,n-1)时，公式(4)的分子部分绝对值为有效数据，也就是说某一单位时间间隔内，煤层某参数其特性已发生显著性变化，工作面已进入威胁区；
c.当
Figure FDA0002446224270000105
时，|t|＞＞t(α,n-1)时，公式(4)的分子部分绝对值数据很大，也就是说某一单位时间间隔内，煤层某参数其特性已发生实质性的变化，工作面已进入危险区；
对
Figure FDA0002446224270000106
取不同的时间间隔，能够建立不同时间间隔的判据指标，这些判据指标反映了不同时间间隔内监测煤层的危险程度状态；
(3)复合型动力灾害的危险性判定方法
反映监测煤层特性的正常区指标
Figure FDA0002446224270000107
乘以危险倍率系数a，可以作为判断复合型动力灾害危险性的临界值Xw的初始值：
Figure FDA0002446224270000108
危险倍率系数a，对于瓦斯参数一般取3～5，具体取多大的a值合理，应该在实际的应用中，结合安装矿井的瓦斯参数进行探索；
当反映某一时间间隔内煤层特性的统计平均值
Figure FDA0002446224270000109
满足下式：
Figure FDA00024462242700001010
判断监测的工作面有发生复合型煤岩灾害的危险，发出二级危险预报；
(4)预测不准确的校正方法
对瓦斯参数预测不准确时，将查询突出危险判据规则库得到最小的实际危险倍率系数at，赋予a:
a＝at………………………………………………………………………(8)
此时，复合型煤岩动力灾害瓦斯参数危险临界指标Xw等于了灾害发生时的最小危险临界指标Xtw
Xw＝Xtw……………………………………………………………………(9)
(5)预测准确的校正方法
为了进一步提高预测的准确性，在判据指标准确地预测到复合型煤岩动力灾害时，可以把当前的危险判据指标Xw和危险倍率系数a与查询判据规程库中得到的最小危险临界指标Xtw和危险倍率系数at进行比较，根据比较结果调整复合型煤岩动力灾害的临界值；
a.Xw＜Xtw，a＜at时，说明当前的零件判据指标Xw和危险倍率系数a的灵敏度好，能够发现比现有复合型煤岩灾害危险倾向更不明显的灾害，应该保持当前的危险判据指标Xw和危险倍率系数a不变；
b.Xw＞Xtw，a＞at时，分别把Xtw和at分别赋予Xw和a，用复合型煤岩动力灾害最小危险临界值Xtw和at，取代当前的危险判据指标Xw和危险倍率系数a；
上述校核方法，建立在复合型动力灾害发生的实际统计数据的基础上，以实际发生灾害的最小危险临界指标Xtw和最小的危险倍率系数at为校核依据；因此，可以不断地提高预测的准确率；
3)模糊综合判据指标
以上单一指标建立的方法；但是大量的研究表明：对于复合型煤岩动力灾害来说，如果仅以单一参数进行分析、预测，忽略了各因素之间的相互关系，对复合型煤岩动力灾害而言不够全面和准确；
复合型煤岩动力灾害中，煤与瓦斯突出就是一种复杂的动力现象，比较统一的观点认为：突出是瓦斯、地应力、煤质综合作用的结果；综合作用就是一种十分模糊的观点，它说明三因素之间有影响，有关系，但这种关系很难用一种给定的公式或函数来描述，这就是因素作用的模糊性；
Qi瓦斯涌出量的变化，就是与瓦斯、地应力、煤层赋存条件三因素有关联，Qi发生变化有可能是煤层瓦斯含量发生了变化的结果；有可能是地应力作用导致煤层的透气型发生变化的结果，有可能是煤层厚度或地质结构、赋存条件发生了变化的结果；也有可能是其中2个因素或三个因素共同作用的结果；对于这种情况我们可以用模糊综合评价的方法求出复合型煤岩动力灾害的综合指标；这五种复合型煤岩动力灾害都各有特点，各自在发生前、发生过程中状态和前兆信息各不相同，这些都为识别和综合分析复合型煤岩动力灾害提供了依据；
复合型煤岩动力灾害危险性分析模糊向量如下：
A＝{Qi、Ci、V30i，Ai、Li、Ei}…………………………………………………(10)
式中：
Qi——第i时间间隔内的瓦斯涌出量
Ci——第i时间间隔内瓦斯浓度
V30i——第i时间间隔内的放炮瓦斯涌出量
Ai——第i时间间隔内的小事件数
Li——第i时间间隔内的大事件数
Ei——第i时间间隔内的能量
模糊关系矩阵：
Figure FDA0002446224270000131
式中：为两因素作用的结果，如QiAi——瓦斯涌出量与小事件总数作用的关系；
复合型煤岩动力灾害模糊判据指标为：
Figure FDA0002446224270000132
上式可以用两种方法求解：
(1)主要因素突出型：
Bj＝max{min(QiQi,QiCi),…,min(QiLi,QiEi)}…………………………………(13)
(2)加权平均型
Bj＝QiQi+QiCi+QiV30i+QiAi+QiLi+QiEi………………………………………(14)
模糊综合判据分析方法适合计算机模拟运算，采用人工智能技术，通过实际结果和预报结果反馈对比、逐步求精的方法，得出在特定环境下个因素之间的模糊对应关系，建立适合安装矿井实际条件的复合型煤岩动力灾害综合判断数学模型。
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