基于机器学习的多气体指标煤自燃温度预测

采空区煤自燃是诱发矿井火灾的主要因素之一,在矿井火灾中的占比高达90%。为实现采空区自燃的精准防治,需要准确获得采空区内部的高温点温度,以砚北煤矿为工程背景,分析其煤样氧化升温过程中产生的指标气体,建立煤自燃温度预测的指标体系,进而开展基于深度学习的多指标气体煤自燃温度预测研究。首先对砚北煤矿采集的煤样进行煤氧化升温实验,根据实验结果划分为单一气体指标与复合气体指标,分析各指标随温度上升的变化规律,进而确定合适的指标作为煤自燃温度预测指标;使用多源数据处理方法对煤自燃温度预测指标进行处理,应用库克距离法和多重插补法对数据进行清洗,并结合灰色关联度分析法建立煤自燃温度预测指标体系;使用Elman神经网络构建预测模型,确定模型结构与超参数后,进而建立煤自燃温度预测模型,获得煤氧化升温过程中温度的准确预测。

基于集对分析联系数模型的矿井火灾安全评价

针对煤矿火灾发生的不确定性和各项影响因素的模糊性,将集对分析法引入矿井火灾风险评价,建立基于集对分析的四元联系数模型,从内因火灾、外因火灾、防火管理和救灾系统3个方面建立2级共11个评价指标,采用层次分析法判断各级指标权重;利用该评价模型对宿州某矿火灾风险进行评价。结果表明:基于集对分析的四元联系数评价模型具有操作简单、克服系统中模糊因素难以量化的优势,不仅可对当前安全态势进行分析,还能对风险趋势做出合理的预测。

火成岩侵入条件下煤体微观结构变化研究

为了深入研究火成岩侵入对煤体氧化的影响规律,应用电子扫描镜、比表面积测定仪以及压汞仪对火成岩侵入前后的煤样进行试验研究,通过对比分析火成岩侵入前后煤样的扫描电镜图、比表面积以及孔容,研究火成岩侵入前后煤的微观结构变化和孔隙率变化规律。结果表明:火成岩侵入后煤样表面孔隙结构发生变化,孔隙率增大,吸附氧气的能力增强;煤分子结构发生变化,导致了火成岩侵入后的变质煤更容易被氧化,并且变质程度越大,氧化越容易。

基于程序升温实验的煤低温氧化特性数值模拟研究

为了更细致地理解煤低温氧化特征及其物理过程,采用程序升温实验研究了不同煤样粒径的低温氧化过程关键参数的演变规律,并采用数值模拟方法进一步阐释了煤低温氧化过程的多物理场演化细节特征,依据实验结果对数值模拟的正确性进行了验证,基于实验与数值模拟结合的方式探究了程序升温实验仓内煤样的温度、反应物与生成物质量分数和流体流动等特征。结果表明:数值模拟可以很好地表征煤低温氧化过程,并展示了各物理场时序的变化特性;根据煤氧化过程的气体排放与氧气消耗,可以将煤低温氧化划分为2个阶段,70℃为其临界值;随着煤低温氧化的发展,煤氧化反应的前沿是向高氧气体积分数区域移动。

近距离煤层群外延火区灭火技术

为了消灭由4238工作面发泡材料充填不当导致发火并蔓延成状态极其复杂的+1030水平四采火区,根据矿井正压通风与倾斜近距离煤层群赋存特点,制订了"先闭后缩再治、先降温再充填、先核心后外围、以隔离火区保障生产接替为优先目标"的综合灭火方针,采用正压火区远距离封闭与逐步缩封、新型无机材料巷道充填与小断面恢复、移动式液态二氧化碳井下直注、核心火区下施工措施巷等一系列灭火措施对该种外延火区进行治理。结果表明:火势得到了有效地控制,取得了阶段性灭火成果,但外延火区状态依然较为脆弱,后续进一步采取粉煤灰复合胶体灌注措施,逐次充填火区核心与外围区域内巷道,隔离火区掩护下水平掘进与接替,达到了火区治理的最终目的。