煤田地质与勘探

作者：马砺, 高文博, 拓龙龙, 张鹏宇, 郑州, 郭睿智,

关键词：西蒙矿区, 深部开采, 自燃特性, 随机森林, CPO优化, 煤温预测,

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。

来源：2025年第2期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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