瓦斯大數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)在東曲礦的研究與實(shí)踐

摘 要：瓦斯賦存、地質(zhì)和生產(chǎn)等條件要素的差異性導(dǎo)致礦井瓦斯涌出的不均衡性，故瓦斯整治是一個(gè)復(fù)雜、全面的系統(tǒng)工程。本文利用大數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)，變革傳統(tǒng)粗放式管理思維和方式，從碎片化地大數(shù)據(jù)中找尋解決問題的新途徑，充分利用大數(shù)據(jù)去分析與處理各類問題，實(shí)現(xiàn)高效及時(shí)準(zhǔn)確地處理瓦斯問題的新管理模式。

關(guān)鍵詞：瓦斯;大數(shù)據(jù);發(fā)掘技術(shù)

礦井各煤層、各水平、各采區(qū)、各工作面，甚至是單個(gè)工作面的不同區(qū)域的瓦斯普遍存在差異性，且關(guān)鍵影響因素也不是一成不變的。因此，礦井各系統(tǒng)復(fù)雜多變、且存在差異性，瓦斯整治的難度系數(shù)大。礦井各系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生海量的、碎片化的、毫不相聯(lián)的、隨機(jī)的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)就是對瓦斯大數(shù)據(jù)的深度發(fā)掘和深刻分析，發(fā)掘出瓦斯的內(nèi)在規(guī)律特征，洞察提煉大數(shù)據(jù)中隱藏的、解決問題的信息，找尋解決問題新途徑的全過程。

1 事實(shí)數(shù)據(jù)

事實(shí)數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)重要組成部分，通過生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況、現(xiàn)場視頻圖像數(shù)據(jù)、生產(chǎn)實(shí)際中發(fā)現(xiàn)的疑難問題，從中提取大量的事實(shí)數(shù)據(jù)。

2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)主要包括井下測點(diǎn)測定瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，主要包括瓦斯含量（W）、瓦斯壓力（P）、煤的堅(jiān)固性系數(shù)（f）、瓦斯放散初速度（△P）、瓦斯解析指標(biāo)K1、鉆屑量S和煤的工業(yè)分析（吸附常數(shù)a、b值、水分、灰分、揮發(fā)分、真密度、視密度、孔隙率）等;還有通過瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)測定井下各地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛鹊取?/p>

2.1 瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)

①主采煤層每個(gè)采區(qū)垂深每增加50m和突出危險(xiǎn)工作面實(shí)施卸壓抽采、預(yù)抽煤層瓦斯前后;②采掘揭露或探測到大于5m的斷層及大于40m的陷落柱;突出危險(xiǎn)煤層頂?shù)装鍘r巷掘進(jìn)工作面每推進(jìn)150-200m;突出危險(xiǎn)工作面實(shí)施消突措施前后;井巷揭煤工作面;③突出危險(xiǎn)工作面每推進(jìn)50m、無突出危險(xiǎn)工作面每推進(jìn)100m必須進(jìn)行一次煤體結(jié)構(gòu)觀測;④全礦每月出具參數(shù)測定分析報(bào)告，對瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行初步整理和分析。同時(shí)工作面掘進(jìn)前、回采前和回采后均出具瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定報(bào)告。

2.2 瓦斯監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

礦井安裝使用KJ90X瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)，瓦斯數(shù)據(jù)可以全天不間斷地產(chǎn)生，主要包括瓦斯、通風(fēng)、風(fēng)向、溫度等數(shù)據(jù)。

2.3 突出預(yù)警數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

突出預(yù)警系統(tǒng)通過對井下瓦斯、風(fēng)向、風(fēng)速等監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，利用獨(dú)特的指標(biāo)模型，及時(shí)判斷突出事故發(fā)生的時(shí)間、區(qū)域等。系統(tǒng)每10-30秒采集一次監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，發(fā)布預(yù)警信息。

3 大數(shù)據(jù)分析與處理

3.1 大數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)

大數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)主要關(guān)注三個(gè)方面的瓦斯特征數(shù)據(jù)，一是瓦斯量化指標(biāo)，主要反映煤體瓦斯含量等瓦斯指標(biāo)是否超過規(guī)定的安全臨界值;二是瓦斯波動指標(biāo)，主要反映瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)在一定外在條件下數(shù)值出現(xiàn)較大變化，需找出波動的主要原因;三是瓦斯趨勢指標(biāo)，主要反映工作面生產(chǎn)過程中即將出現(xiàn)的瓦斯變化趨勢。下圖為24808軌順瓦斯含量變化趨勢圖，進(jìn)度為32-332m，瓦斯含量有波動現(xiàn)象，但整體趨勢下降，且數(shù)值已降到4.1569m3/t。經(jīng)大數(shù)據(jù)發(fā)掘分析原因：從事實(shí)數(shù)據(jù)找尋：工作面前210上覆2#煤層為實(shí)體，工作面即將出該段實(shí)體煤時(shí)瓦斯含量明顯下降，說明該段實(shí)體煤是造成以下數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的真實(shí)原因。

3.2 影響大數(shù)據(jù)發(fā)掘的主要因素

①進(jìn)行大數(shù)據(jù)發(fā)掘前，首先確定所使用的數(shù)據(jù)是否真實(shí)有效，必須剔除失真數(shù)據(jù)，否則將大大影響發(fā)掘結(jié)果;②在解決實(shí)際問題時(shí)，需選擇正確的方法和分析方向，否則將事倍功半;③數(shù)據(jù)發(fā)掘是一個(gè)對數(shù)據(jù)全方位、系統(tǒng)地分析和處理，需要各區(qū)科、隊(duì)組技術(shù)人員合作，利用已掌握數(shù)據(jù)發(fā)掘有價(jià)值的信息;④在分析過程中會產(chǎn)生大量的結(jié)論，對分析得出的結(jié)論進(jìn)行評價(jià)，需要剔除與目標(biāo)結(jié)果失真的結(jié)論。通過這一步的濾化，大數(shù)據(jù)發(fā)掘的結(jié)論才能更接近目標(biāo)結(jié)論。

4 大數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)應(yīng)用案例

以28814回風(fēng)措施巷為例，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法和基礎(chǔ)計(jì)算，分析預(yù)抽達(dá)標(biāo)時(shí)間，并提出補(bǔ)充完善措施。

4.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

事實(shí)數(shù)據(jù)：28814回風(fēng)措施巷400m處設(shè)計(jì)施工澳鉆鉆孔10個(gè)（8#、9#煤各5個(gè)），孔深550，而施工實(shí)際孔深為501-504m，均為下行鉆孔，8#煤層巷道高度落差約60m，9#煤層巷道高度落差約70m。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：瓦斯含量7.91-10.24 m3/t，K1max值為0.48mL/g·min1/2。

4.2 基礎(chǔ)計(jì)算

4.2.1 預(yù)抽區(qū)域原始瓦斯量

預(yù)抽區(qū)域瓦斯總儲量=預(yù)抽面積×煤厚×煤層容重×原始瓦斯含量=1371370m3

計(jì)算預(yù)抽區(qū)域原始瓦斯總儲量為137.14萬m3。

4.2.2 瓦斯預(yù)抽量

該區(qū)域于2018年3月30日開始預(yù)抽，6月29日因巷道掘進(jìn)停止預(yù)抽，預(yù)抽時(shí)間91天。預(yù)抽期間，單孔平均流量0.08m3/min，單孔平均抽采濃度約為60%。在預(yù)抽時(shí)間內(nèi)，抽采總瓦斯量10.46萬m3。

4.2.3 殘余瓦斯量計(jì)算

殘余瓦斯含量計(jì)算公式如下：

WCY=（W0G-Q）/G

式中：WCY-煤的殘余瓦斯含量，m3/t;W0-煤的原始瓦斯含量，m3/t;取11m3/t;Q-區(qū)域內(nèi)抽排瓦斯量，m3;取10.46萬m3;G-預(yù)抽區(qū)域煤炭儲量，t;取約12.47萬t。

經(jīng)計(jì)算，預(yù)抽區(qū)域內(nèi)殘余瓦斯含量10.1612m3/t。與計(jì)算得出的殘余瓦斯含量10.2431m3/t基本相符。

4.2.4 抽采達(dá)標(biāo)規(guī)劃

將原始瓦斯含量降低2.3m3/t以上，方可使殘余瓦斯含量降至8m3/t以下，預(yù)抽總瓦斯量為20.93萬m3。按目前抽采現(xiàn)狀，僅剩6個(gè)右側(cè)鉆孔能夠連續(xù)預(yù)抽，每天抽采總瓦斯量約691.2m3。

4.3 數(shù)據(jù)分析

①瓦斯賦存條件方面，工作面可解析瓦斯含量中破碎解析約占60%，說明該區(qū)域內(nèi)瓦斯吸附量大;②瓦斯地質(zhì)條件方面，該工作面緊靠白家山大斷層，底板標(biāo)高最小為771m，埋深達(dá)446m，埋深在礦井生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)最深，工作面下山掘進(jìn)，埋深逐步增大，造成瓦斯含量增大;③抽采時(shí)間方面，按照原始瓦斯含量降低3m3/t計(jì)算，預(yù)抽時(shí)間需要237天;從開始預(yù)抽到工作面掘進(jìn)僅91天，鉆孔抽采時(shí)間僅為設(shè)計(jì)時(shí)間的38%;④抽采空間方面，該面是八采區(qū)下組煤白家山斷層西南首個(gè)掘進(jìn)工作面，瓦斯預(yù)抽空間有限;⑤鉆孔布置方面，預(yù)抽區(qū)域煤層下山，所有鉆孔均為下行孔，落差約為60m。

4.4 決策部署

工作面停止掘進(jìn)，在工作面正前施工順層條帶鉆孔，孔深120m，覆蓋25m區(qū)域鉆孔參數(shù)：鉆孔19個(gè)，總進(jìn)尺1490m，設(shè)計(jì)瓦斯預(yù)抽量為1.192m3/min，預(yù)抽時(shí)間為87天。

5 結(jié)語

①大數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)能夠提高決策的準(zhǔn)確度，針對性解決瓦斯治理難題;②需改進(jìn)方面：一是不斷完善、歸檔、整理事實(shí)數(shù)據(jù)庫和瓦斯數(shù)據(jù)庫，避免人為的遺失，為大數(shù)據(jù)發(fā)掘提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫支持。二是各單位技術(shù)人員需不斷提高本專業(yè)認(rèn)識、現(xiàn)場和技術(shù)管理水平，提升大數(shù)據(jù)發(fā)掘技術(shù)處理問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：

萬明亮（1986- ），男，漢族，吉林農(nóng)安人，大學(xué)本科，通安工程師。