瓦斯涌出量一般预测方法研究
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【摘 要】我国是世界产煤大国，同时也是事故发生最多的国家，其中瓦斯事故占特大事故的绝大部分，造成国家经济损失严重，社会影响恶劣。为了很好的防止瓦斯事故带来的灾害，必须对瓦斯涌出量进行准确的预测，才能制作出治理瓦斯的良好对策，本文介绍了瓦斯涌出量预测的一般方法及发展趋势。
1 引言
一直以来，煤炭是我国最主要的能源，支撑着我国快速发展的工业需求，随着经济与采煤技术的发展，我国煤炭产量由建国的3243 万吨增长到2012年的37亿吨。百万吨死亡率由22.54下降到的0.35，曾经一段时间与美国相差100多倍，在安全管理上取得了较大的进步，也缩小了与欧美发达国家的差距。但较欧美发达国家还存在较大的差距，像美国的吨煤死亡率大约是0.03，与我国相差10倍多。据国家有关资料统计显示建国到2000年特大事故中瓦斯事故占到87.6%，曾经被我国从事煤炭行业的相关人员称为“煤矿第一杀手”，可见瓦斯严重威胁到我国煤矿生产安全。
煤矿安全历来是我国安全生产的重中之重，国家投入大量的人力与物力。煤矿自然条件差是煤矿伤亡事故多的主要原因。我国33.09%煤矿的地质构造属复杂或极复杂；我国几乎所有井工矿井均为瓦斯矿井，国有重点煤矿高瓦斯矿井占26%，煤与瓦斯突出矿井占17.6%；煤尘爆炸危险普遍存在，国有重点煤矿有煤尘爆炸险的矿井占87.4%；矿井煤层自然发火危险性严重，国有重点煤矿中有自然发火危险矿井占51.3%。煤矿瓦斯事故多发的另一重要原因是煤矿安全技术及基础研究难以适应当前煤矿安全高效生产的需求。
目前，世界上对煤与瓦斯突出机理仍然停留在假说阶段；对瓦斯爆炸、煤尘爆炸等事故的成灾及致灾机理认识不清；突出与构造的关系尚未完全认知；对小构造的探测缺乏有效的手段，利用瑞利波、地质雷达、弹性波等多种方法进行井下超前探测仍处在试验阶段等。所以瓦斯涌出量的预测是目前减少此类事故发生的重要措施，为制作出相应的瓦斯治理对策做有力的支撑。近年来，在国家的大力支持下预测方法发展较快，也取得了许多成果，但基本上还不能进行全面有效的预测。
2 瓦斯涌出量一般预测方法
瓦斯涌出量预测是煤矿安全生产中十分重要的课题。国内许多专家学者结合煤矿的实际情况，探讨了许多瓦斯涌出量预测方法。例如，通过瓦斯地质规律研究得到了有关瓦斯涌出量的变化规律和主要影响因素，在此基础上根据矿井己采区域的瓦斯涌出量实测数据和相关的地质资料，综合考虑各种影响因素，采用一定的数学方法，建立预测瓦斯涌出量的多变量数学模型，并对矿井未采区域的瓦斯涌出量进行预测[1]。
三维灰趋势面分析法，因为瓦斯作为地质实体中的一部分，它的生成运移和赋存必然受到地质条件的控制和支配。趋势面分析法是用数学方法研究地质变量的空间分布与瓦斯变量变化规律间相互关系的一种多元统计分析方法。在矿井瓦斯涌出量的预测中，可以从矿井己采区瓦斯涌出量调查中获得瓦斯涌出量这一变量随地质变量变化的空间分布规律[2]。
最小二乘法的矿井深部区域瓦斯涌出量预测方法运用最小二乘法建立了工作面开采深度与相对瓦斯涌出量之间的一元线性回归方程，利用此方程对深部区域的瓦斯涌出量进行预测。
模糊分形神经网络法，将模糊控制技术、分形理论中的时间序列分析方法与神经网络技术有机地结合起来，并运用于矿井瓦斯涌出量的预测中；通过对矿井瓦斯涌出量数据进行分形处理，根据结构分维值的大小并结合神经网络，自适应地调整模糊控制参数，最终建立矿井瓦斯涌出量的模糊分形神经网络预测模型，对矿井瓦斯涌出量做出精确预测。
国内学者还探讨了矿井瓦斯涌出量预测的分源预测法。通过对地质构造带瓦斯赋存规律、不同采煤方法的瓦斯涌出规律、煤的残存瓦斯量、围岩和采空区瓦斯涌出规律及掘进巷道瓦斯涌出和瓦斯排放带宽度的研究，提出了地质构造单元分源预测矿井瓦斯涌出量的思路；分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据各瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，计算出回采工作面、掘进工作面、采区及矿井的瓦斯涌出量。
3 预测技术的发展方向
目前，煤矿安全工作面临两大的挑战，一是产业结构的调整，生产高效集约化程度的提高，瓦斯涌出量倍增，产尘强度大幅度上升，通风压力增大，瓦斯煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等灾害事故的预防难度增大；二是矿井生产水平的逐年延伸，地应力增大，瓦斯涌出量也增大、煤与瓦斯突出和冲击地压危险性增加，恶化了煤矿生产条件，增大了生产中的不安全性。
煤炭是我国国民经济发展的基础能源，煤矿安全是煤炭工业走新型工业化道路、可持续发展的前提和保证。瓦斯灾害治理是煤矿安全工作的重点。对煤矿瓦斯灾害进行监测监控、预警防治等瓦斯综合治理技术措施，是减少煤矿伤亡事故，提高安全生产水平的重要手段。对国内国外的预测方法认真研究，瓦斯预测方法的发展大致向以下三个方面发展。
预测技术方法化、规范化；俄罗斯早在二十世纪八十年代初制定了针对不同类型矿井及煤层赋存条件与生产条件的矿井瓦斯涌出量预测规范，以法规形式规定煤层在开采时必须进行瓦斯预测工作；其它主要产煤国也研究建立适合各自国情的预测方法，如英国的艾黎（Airey）法，德国的文特（Winter）法，美国的匹茨堡矿业研究院法等。
预测方法动态化；由于瓦斯涌出是一个含多因素的复变函数，受时间、空间及煤层赋存条件的影响很大，具有多变性，国外一些主要产煤国研究建立了瓦斯涌出动态预测方法，例如：英国建立了考虑有时间和开采技术条件影响因素的艾黎法，德国提出了采掘工作面时空序列瓦斯动态预测法，这些方法可以根据开采技术条件和赋存条件的变化超前准确预测采掘工作面瓦斯涌出变化动态值，并可根据预测结果随时调整工作面的风量并采取合理的瓦斯处理技术措施，取得了良好的应用效果。
预测内容多元化、综合化；如俄罗斯在瓦斯预测时，不但预测煤层瓦斯含量、涌出量，而且还预测煤层瓦斯分区分带特性、瓦斯储量丰度，并且对矿井中长期瓦斯涌出态势及防治对策作出评价。
4 结语
随着我国矿井的采深越来越深，瓦斯事故越来越频繁，瓦斯预测方法与治理越来越难。加上矿井开采方法、采掘工艺、开采范围、开采深度、抗灾能力的不同和从事预测专业人员不多等因素同样会在一定程度上影响着预测效果。为此预测方法应向预测技术方法化、规范化、方法动态化、内容多元化、综合化转变才能适应多变的环境因素，为下一步的煤矿治理瓦斯灾害提供有力的支撑。
参考文献：
[1]申恩福. 矿井瓦斯涌出量预测研究[D].辽宁工程技术大学，2001.
作者简介：
陈旭（1987.7-），男，汉族，贵州盘县人，毕业于贵州大学采矿工程专业，现任织金县安全生产监督管理局工作员。