研究生课程论文封面
（2012—2013学年第2学期）
课程名称： 现代通风理论与技术
授课教师：
批阅意见：
论文题目： 基于matlab的采空区自燃 “三带”的研究
姓名： 学号：
年级： 专业： 学院：
注意事项：
1、 以上各项由研究生本人认真填写；
2、 研究生课程论文应符合一般学术规范，具
有一定学术价值，严禁抄袭或应付；凡学校检查或抽查不合格者，一律取消该门课程成绩和学分，并按有关规定追究相关人员责任；
3、 论文得分由批阅人填写，并签字确认；批
阅人应根据作业质量客观、公正的签写批阅意见（原则上不少于50字）；
4、 原则上要求所有课程论文均须用A4纸打
印，加装本封面，左侧装订；
5、 课程论文由学生所在学院（系）统一保存，
以备查用。
基于matlab的采空区自燃“三带”的研究
摘要：为了更好的划分采空区自燃“三带”的宽度，利用matlab软件对束管系统检测到的采空区氧气浓度数据进行处理，首先在氧气浓度指标法前提下采用残差图剔除掉不可靠点，然后对其可靠点进行数据拟合，得到采空区走向、倾向和氧气浓度的三维分布图，通过分布图可以直观的观测到采空区自燃“三带”的范围。最终通过等值线观测得到采空区氧化带宽度大致为：31.1m～156m。
关键词：采空区“三带”；氧气浓度；数据拟合；等值线
Abstract: In order to better the width of the goaf spontaneous combustion "three zones" division, detecting the oxygen concentration data from the tube system were processed with software Matlab.First out the unreliable points using residual figure which premise in oxygen concentration index method,Then data fitting the reliable points,tend to get mined-out area and the oxygen concentration in the 3 d map, Through map can intuitive observation to the range of goaf spontaneous combustion "three zones". Finally by contour observations regarding the oxidation zone width for roughly:31.1m～156m.
Key words: three zones of goaf; the concentration of oxygen; data fitting; contours
0 引言
随着煤矿开采机械化程度的不断提高，综采放顶煤这种高产高效的工艺得到了广泛的应用[1]。但是，在煤矿效率得到提高的同时，却也加大了其它方面的危险因素，比如采空区漏风、遗煤的增大，这些给煤矿工作面的安全生产带来了自燃发火的隐患。因此，对采空区自燃“三带”的准确预测对预防采空区的自燃发火和保障工作面的安全有着重大的意义。
划分采空区自燃“三带”的范围主要有以下三种方法：氧气浓度指标法、漏风风速指标法和温升率指标法[2]。目前氧气浓度指标法的应用最为普遍[3]。
研究表明：当6%≤c(o2)≤18%时，为氧化升温带；c(o2)18%时，为散热带。
1 采空区自燃“三带”的现场试验
1.1 工作面概况
本试验采用某矿1511工作面走向长度为800m，倾向长度为150m，煤层倾角
7
~10
，煤的平均厚度为5.7m。工作面采用长壁式综合机械化低位放顶煤全
部垮落采煤法。 1.2 试验各测点的布置
沿着工作面倾向方向布置5（1测点、2测点、3测点、4测点、5测点）个测点，其中：1测点距进风巷外帮5m；2测点距1测点35m；3测点距2测点35m；4测点距3测点35m；5测点距4测点35m且距回风巷外帮5m（见图1）。
在回风巷安置抽气泵，通过束管抽取气样，对抽取气体中氧气浓度数据加以记录。具体数据如表1。
图1 束管采样布置图
表1 各测点氧气浓度值
工作面长度/m
7.5 14.5 23.8 30.5 35.9 42.8 55.1 60.6 70.9 82.8 90.5 102.5 113.9 125.8 132.2 137.9 144.1 150.5 160
各测点氧气浓度/%
1测点 20.8 20.1 19.2 18.4 17.7 17.1 16.2 15.5 14.4 13.6 12.7 11.8 10.9 10.1 9.3 8.3 6.9 6.2 5.3
2测点 20.9 20.2 19.4 18.4 17.9 17.3 16.3 15.7 14.8 13.9 13.1 12.1 10.8 10.2 9.5 8.7 7.5 6.4 5.5
3测点 20.5 19.9 19.0 17.9 17.1 16.5 16.0 15.2 14.1 13.3 12.6 12.1 11.1 9.9 9.1 8.2 7.3 6.0 5.1
4测点 20.4 19.7 18.9 18.0 17.1 16.6 15.9 15.1 13.9 13.1 12.3 11.6 10.5 9.8 9.1 8.3 7.3 5.9 5.0
5测点 20.6 20.0 19.2 18.1 16.9 16.6 16.1 15.3 14.6 13.5 12.5 11.7 10.8 10.0 9.2 8.5 7.2 6.1 5.2
2 基于matlab的三维数据处理
2.1 各测点数据的可靠性分析
通过表1可以看出，5个试验测点在工作面走向方向共收集到95组样本，在这些样本数据中可能会存在偏离置信区间很大的点，它们的存在会影响着实际曲线拟合的效果，所以我们要想法将之剔除[4]。
关于这些点的剔除，我们可以采用最小二乘法算法方式，运用多元线性回归对它们进行残差处理。
图2 置信区间及其残差图
从图2中可以看出试验样本数据中有5个点的残差偏离了置信区间，这五个点对应的位置分别为33、56、75、81、94，即2测点处的点（125.8,10.2）、3测点处的点（150.5,6.0）、4测点处的点（150.5,5.9）、5测点处的点（35.9,16.9）和测点5处的点（150.5,6.1），为了得到更好的拟合曲线，应该将这5个点去除掉以后再进行数据的拟合处理。 2.2 拟合曲线的实现
剔除偏离置信区间的样本点后，对剩余的90组样本数据进行matlab的三维图象处理。
算法的伪代码如下： scatter3(x,y,z) figure
[X,Y,Z]=griddata(x,y,z,linspace(min(x),max(x))',linspace(min(y),max(y)),'v4');
pcolor(X,Y,Z);shading interp figure,[C,h]=contourf(X,Y,Z,3) clabel(C,h)
figure,contourf(X,Y,Z) figure,mesh(X,Y,Z)
其中x为工作面走向长度；Y为工作面倾向长度；z为氧气浓度。
图3 采空区氧气分布三维图
图4 采空区氧气分布等值线图
综合图3、4可以看出：随着工作面的推进氧气浓度呈下降趋势，在距离工作面31.1m时，氧气浓度达到18%，在距离工作面156m时，氧气浓度下降到6%。从而得出此时采空区自燃“三带”范围：散热带0m~31.1m；氧化带31.1m~156m；窒息带>156m。
3 结论
1）通过matlab对试验样本数据进行三维模拟最终得出采空区自燃“三带”范围，分别为：散热带0m～31.1m;氧化带31.1m～156m；窒息带>156m。而且氧气等值线分布图的生成更便于直观观测氧气分布情况。
2)运用matlab对试验数据进行残差处理可以有效去除不可靠点，增加了曲线模拟的真确性。
3）matlab软件的使用可以任意读取拟合三维图象的数值，为研究其余点的数值提供了很大的便利，可以有效地预测实验中无法测到地方的氧气含量。
参考文献：
[1] 杜计平.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009年：165—169. [2] 张国枢，戴广龙.煤炭自燃理论与防治时间[M].国防工业出版社，2002. [3] 宋万新，袁树杰等.基于matlab自燃“三带”的分析[J].煤炭学报，2011. [4] 基于matlab的非线性曲线拟合[J].计算机与现代化，2008年15（5）.
研究生课程论文封面
（2012—2013学年第2学期）
课程名称： 现代通风理论与技术
授课教师：
批阅意见：
论文题目： 基于matlab的采空区自燃 “三带”的研究
姓名： 学号：
年级： 专业： 学院：
注意事项：
1、 以上各项由研究生本人认真填写；
2、 研究生课程论文应符合一般学术规范，具
有一定学术价值，严禁抄袭或应付；凡学校检查或抽查不合格者，一律取消该门课程成绩和学分，并按有关规定追究相关人员责任；
3、 论文得分由批阅人填写，并签字确认；批
阅人应根据作业质量客观、公正的签写批阅意见（原则上不少于50字）；
4、 原则上要求所有课程论文均须用A4纸打
印，加装本封面，左侧装订；
5、 课程论文由学生所在学院（系）统一保存，
以备查用。
基于matlab的采空区自燃“三带”的研究
摘要：为了更好的划分采空区自燃“三带”的宽度，利用matlab软件对束管系统检测到的采空区氧气浓度数据进行处理，首先在氧气浓度指标法前提下采用残差图剔除掉不可靠点，然后对其可靠点进行数据拟合，得到采空区走向、倾向和氧气浓度的三维分布图，通过分布图可以直观的观测到采空区自燃“三带”的范围。最终通过等值线观测得到采空区氧化带宽度大致为：31.1m～156m。
关键词：采空区“三带”；氧气浓度；数据拟合；等值线
Abstract: In order to better the width of the goaf spontaneous combustion "three zones" division, detecting the oxygen concentration data from the tube system were processed with software Matlab.First out the unreliable points using residual figure which premise in oxygen concentration index method,Then data fitting the reliable points,tend to get mined-out area and the oxygen concentration in the 3 d map, Through map can intuitive observation to the range of goaf spontaneous combustion "three zones". Finally by contour observations regarding the oxidation zone width for roughly:31.1m～156m.
Key words: three zones of goaf; the concentration of oxygen; data fitting; contours
0 引言
随着煤矿开采机械化程度的不断提高，综采放顶煤这种高产高效的工艺得到了广泛的应用[1]。但是，在煤矿效率得到提高的同时，却也加大了其它方面的危险因素，比如采空区漏风、遗煤的增大，这些给煤矿工作面的安全生产带来了自燃发火的隐患。因此，对采空区自燃“三带”的准确预测对预防采空区的自燃发火和保障工作面的安全有着重大的意义。
划分采空区自燃“三带”的范围主要有以下三种方法：氧气浓度指标法、漏风风速指标法和温升率指标法[2]。目前氧气浓度指标法的应用最为普遍[3]。
研究表明：当6%≤c(o2)≤18%时，为氧化升温带；c(o2)18%时，为散热带。
1 采空区自燃“三带”的现场试验
1.1 工作面概况
本试验采用某矿1511工作面走向长度为800m，倾向长度为150m，煤层倾角
7
~10
，煤的平均厚度为5.7m。工作面采用长壁式综合机械化低位放顶煤全
部垮落采煤法。 1.2 试验各测点的布置
沿着工作面倾向方向布置5（1测点、2测点、3测点、4测点、5测点）个测点，其中：1测点距进风巷外帮5m；2测点距1测点35m；3测点距2测点35m；4测点距3测点35m；5测点距4测点35m且距回风巷外帮5m（见图1）。
在回风巷安置抽气泵，通过束管抽取气样，对抽取气体中氧气浓度数据加以记录。具体数据如表1。
图1 束管采样布置图
表1 各测点氧气浓度值
工作面长度/m
7.5 14.5 23.8 30.5 35.9 42.8 55.1 60.6 70.9 82.8 90.5 102.5 113.9 125.8 132.2 137.9 144.1 150.5 160
各测点氧气浓度/%
1测点 20.8 20.1 19.2 18.4 17.7 17.1 16.2 15.5 14.4 13.6 12.7 11.8 10.9 10.1 9.3 8.3 6.9 6.2 5.3
2测点 20.9 20.2 19.4 18.4 17.9 17.3 16.3 15.7 14.8 13.9 13.1 12.1 10.8 10.2 9.5 8.7 7.5 6.4 5.5
3测点 20.5 19.9 19.0 17.9 17.1 16.5 16.0 15.2 14.1 13.3 12.6 12.1 11.1 9.9 9.1 8.2 7.3 6.0 5.1
4测点 20.4 19.7 18.9 18.0 17.1 16.6 15.9 15.1 13.9 13.1 12.3 11.6 10.5 9.8 9.1 8.3 7.3 5.9 5.0
5测点 20.6 20.0 19.2 18.1 16.9 16.6 16.1 15.3 14.6 13.5 12.5 11.7 10.8 10.0 9.2 8.5 7.2 6.1 5.2
2 基于matlab的三维数据处理
2.1 各测点数据的可靠性分析
通过表1可以看出，5个试验测点在工作面走向方向共收集到95组样本，在这些样本数据中可能会存在偏离置信区间很大的点，它们的存在会影响着实际曲线拟合的效果，所以我们要想法将之剔除[4]。
关于这些点的剔除，我们可以采用最小二乘法算法方式，运用多元线性回归对它们进行残差处理。
图2 置信区间及其残差图
从图2中可以看出试验样本数据中有5个点的残差偏离了置信区间，这五个点对应的位置分别为33、56、75、81、94，即2测点处的点（125.8,10.2）、3测点处的点（150.5,6.0）、4测点处的点（150.5,5.9）、5测点处的点（35.9,16.9）和测点5处的点（150.5,6.1），为了得到更好的拟合曲线，应该将这5个点去除掉以后再进行数据的拟合处理。 2.2 拟合曲线的实现
剔除偏离置信区间的样本点后，对剩余的90组样本数据进行matlab的三维图象处理。
算法的伪代码如下： scatter3(x,y,z) figure
[X,Y,Z]=griddata(x,y,z,linspace(min(x),max(x))',linspace(min(y),max(y)),'v4');
pcolor(X,Y,Z);shading interp figure,[C,h]=contourf(X,Y,Z,3) clabel(C,h)
figure,contourf(X,Y,Z) figure,mesh(X,Y,Z)
其中x为工作面走向长度；Y为工作面倾向长度；z为氧气浓度。
图3 采空区氧气分布三维图
图4 采空区氧气分布等值线图
综合图3、4可以看出：随着工作面的推进氧气浓度呈下降趋势，在距离工作面31.1m时，氧气浓度达到18%，在距离工作面156m时，氧气浓度下降到6%。从而得出此时采空区自燃“三带”范围：散热带0m~31.1m；氧化带31.1m~156m；窒息带>156m。
3 结论
1）通过matlab对试验样本数据进行三维模拟最终得出采空区自燃“三带”范围，分别为：散热带0m～31.1m;氧化带31.1m～156m；窒息带>156m。而且氧气等值线分布图的生成更便于直观观测氧气分布情况。
2)运用matlab对试验数据进行残差处理可以有效去除不可靠点，增加了曲线模拟的真确性。
3）matlab软件的使用可以任意读取拟合三维图象的数值，为研究其余点的数值提供了很大的便利，可以有效地预测实验中无法测到地方的氧气含量。
参考文献：
[1] 杜计平.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009年：165—169. [2] 张国枢，戴广龙.煤炭自燃理论与防治时间[M].国防工业出版社，2002. [3] 宋万新，袁树杰等.基于matlab自燃“三带”的分析[J].煤炭学报，2011. [4] 基于matlab的非线性曲线拟合[J].计算机与现代化，2008年15（5）.