煤自燃氧化过程气体温度非线性特征及预测研究
詹平1
雷昌奎2
程仁辉3
1.山西潞安集团司马煤业有限公司,山西 长治 0471002.太原理工大学 安全与应急管理工程学院,山西 太原 0300243.西安科技大学 安全科学与工程学院,陕西 西安 710054
摘要：为了研究煤自燃氧化过程中气体和温度的变化规律,实现煤自燃高温点的准确预测,采集大佛寺煤矿煤样开展了煤自然发火试验研究.分析了煤氧化过程中高温点迁移、气体体积分数变化、耗氧速率与气体产生率等特征指标,建立了煤温非线性预测的随机森林(RF)模型,并通过现场监测数据进行了应用验证.结果表明:煤体升温呈现阶段性变化特征和贫氧氧化特性,即使氧气体积分数在 4%～5%之间依然会出现持续温升现象,在保持供风稳定的情况下,氧化反应依然能够急剧发生;耗氧速率和气体产生率整体呈指数增长趋势,临界温度之前增长缓慢,超过干裂温度后急剧增大;在煤氧化升温过程中,炉内高温点呈现出向进风口动态迁移的规律,由试验初期的 45 cm位置逐渐移动到进风口处的 5 cm位置;RF模型预测性能远高于同等条件下的支持向量回归(SVR)和多元线性回归(MLR)模型,预测结果的平均绝对百分误差(MAPE)小于 2.39%,决定系数(R2)大于 0.99;而SVR和MLR模型预测结果的MAPE则均大于 5%,MLR模型预测效果最差,测试阶段预测结果的MAPE达 9.53%,说明线性模型不适宜挖掘煤自燃气体产物与温度之间的非线性关系;进一步采用现场监测数据进行验证,RF模型依旧体现出优越的性能,测试阶段预测结果的MAPE仅为 1.796%,而SVR和MLR模型的MAPE则分别为3.825%和 5.169%.
关键词：煤自燃氧化过程标志气体非线性特征随机森林
分类号：TD75+2.2(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(52204229)
论文发表日期：2025-08-20
在线出版日期：2025-08-18（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：10( 59-68 )
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