西蒙矿区深部开采煤自燃特性及预测方法研究

作     者：马砺 高文博 拓龙龙 张鹏宇 郑州 郭睿智 

作者机构：西安科技大学安全科学与工程学院 西安科技大学煤火灾害防治重点实验室 内蒙古昊盛煤业有限公司 

出 版 物：《煤田地质与勘探》 (Coal Geology & Exploration)

年 卷 期：2025年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52174206) 新疆维吾尔自治区重点研发项目(2022B01034-2) 中国博士后科学基金项目(2024MD753976) 

主　　题：西蒙矿区 深部开采 自燃特性 随机森林 CPO优化 煤温预测 

摘      要：【目的】鄂尔多斯盆地西蒙矿区深部开采煤层受地应力高、涌水量大、漏风严重等复杂环境条件影响，煤自燃危险性增强，自燃预测难度大。【方法】选取该矿区营盘壕和石拉乌素煤矿的煤样开展自燃程序升温实验，测定不同含水率、不同硫质量分数条件下的煤自燃特征参数，结合工业分析等煤质参数建立预测数据库，采用冠豪猪优化算法(CPO)对随机森林(RF)超参数进行优化，建立CPO-RF模型预测煤自燃程度。【结果和讨论】结果表明：营盘壕和石拉乌素矿井煤样氧化升温过程中的气体浓度、耗氧速率变化规律相似，CO为主要指标气体，初现温度约30℃，气体产生量随着硫质量分数的增加而增大，随着水分质量分数的增加则呈现先减后增的动态变化规律，煤自燃临界温度为67.5～70.5℃，干裂温度为113.5～115.4℃。通过CPO算法高效的全局搜索能力自动寻得RF模型的最优树深度与树个数，避免了设置不当导致的局部最优解，增强了其泛化性与鲁棒性；所构建的CPO-RF模型能够有效提高煤自燃预测的精度，测试集预测温度与真实值重合度良好，平均绝对误差和均方根偏差分别为0.762℃和1.014，决定系数达到0.9994。CPO-RF模型所预测结果与煤自燃特征温度对比，能够实现煤自燃危险性的高效判别，据此可以采取针对性的防灭火方法，研究结果可为矿区深部开采煤自燃预防提供参考。