图1瓦斯传感器校验

瓦斯传感器故障受井下复杂环境的影响，瓦斯传感器时常发生故障，如瓦斯传感器掉落、碰撞、进水等，导致瓦斯传感器内部出现接线松动等故障，或者瓦斯传感器因为老化而导致故障。瓦斯传感器一旦发生故障，会向地面监控系统反馈失真数据甚至错误数据，使值机人员无法准确掌握井下瓦斯的真实信息。因此，及时识别瓦斯传感器故障，采取修复或替换措施具有重要意义。

图2漂移型传感器故障

煤矿井下布置的传感器位置根据井下工作需要会不定期改变，尤其是回采工作面瓦斯传感器。由于瓦斯传感器实时向煤矿监控系统上传瓦斯浓度数据，在传感器位置移动的瞬间或者过程中，瓦斯数据就会出现异常波动，典型的传感器位移期间瓦斯监测数据如3所示，瓦斯传感器位移期间，瓦斯监测数据首先快速上升至相对较高的值，随后在平稳状态维持了较短的时间，最后快速下降，回落至正常值。

图3 传感器位移

在采煤工作面整个回采过程中，煤体受采动的影响和上覆岩层矿压的作用，顶板将发生移动、垮落。表现为直接顶首先冒落，然后是基本顶的初次来压垮落，之后是基本顶的周期性来压垮落。当顶板垮落时，瓦斯突然被压出，使得瓦斯涌出量增加，瓦斯浓度急速上升，达到峰值，随后在较短时间内迅速回落至正常值。典型的顶板垮落期间瓦斯监测数据时间序列如图4所示，顶板垮落期间，瓦斯监测数据首先快速上升，于23:42:10达到峰值0.84%，随后快速下降，回落至正常值。

图4顶板垮落 

采煤机在割煤过程中，煤体受采动影响发生破裂，造成瓦斯涌出。经研究发现工作面采煤机牵引速率和瓦斯浓度之间的关系，发现二者近似呈二次多项式关系，随着采煤机牵引速率的增加，瓦斯浓度分数也随之上升，同时上升速率也在加快。因此，控制采煤机牵引速率，有助于降低采煤工作面瓦斯体积分数超限的风险。典型的采煤机割煤速度过快过程中瓦斯监测数据时间序列如图5所示，瓦斯浓度于4:02:17上升峰值1.13%，随后开始下降，回落至正常值。瓦斯浓度在上升过程中，上升速率总体上随着瓦斯浓度的上升而增加。

图5采煤机割煤速度过快

在巷道掘进过程中，如果局部通风机出现故障或者正在检修，掘进工作面会出现风量不足，导致掘进工作面瓦斯浓度上升从而引发瓦斯传感器报警。当恢复通风后，瓦斯浓度快速回落至正常值。典型的局部停风期间瓦斯监测数据如图6所示，局部停风期间，瓦斯监测数据首先缓慢上升至相对较高的值，随后在平稳状态维持了一段时间，恢复通风后，瓦斯浓度快速下降，回落至正常值。

图6 局部停风

对采掘工作面的安全生产构成了极大威胁，研究煤与瓦斯突出监测数据形态特征，有助于煤与瓦斯突出灾害预警。煤与瓦斯突出机理及影响因素比较复杂，但灾害发生之前普遍存在征兆现象，煤与瓦斯突出灾前征兆通常表现为瓦斯长时间缓慢涌出，并且瓦斯涌出量较大。典型的煤与瓦斯突出灾前征兆瓦斯监测数据时间序列如图7所示，瓦斯浓度呈现缓慢上升的特征，且瓦斯浓度上升速率基本保持不变，峰值大于1%。

图7 煤与瓦斯突出征兆 

在掘进工作面，因为放炮作业，使得崩落煤体中的大量吸附态瓦斯迅速解吸释放，并改变其周边的应力分布状态，降低区内的瓦斯泄压而大量涌出，从而导致掘进工巷道内瓦斯涌出量会在短期内出现较大幅度波动。瓦斯趋势呈现一个不对称的“抛物线”形，上升速率大于下降速率。掘进工作面根据工作面地点和措施的不同，炮后瓦斯的上升速率以及最大值的变化范围较大。典型的放炮作业之后瓦斯监测数据时间序列如图8所示，瓦斯监测数据首先快速上升至峰值，随后在平稳状态维持了极短时间，最后瓦斯浓度缓慢下降，回落至正常值。同时瓦斯浓度在上升过程中，瓦斯浓度的上升速率总体上随瓦斯浓度的上升而增加。

图8 炮后瓦斯

在煤巷开掘的过程中，煤岩壁会涌出大量瓦斯，为了改善掘进工作面的工作环境，井下一般采用局部通风的措施，利用风筒对掘进工作面供风。受井下复杂环境的长时间影响，风筒的涂覆布容易发生撕裂破损，接头容易发生脱节，从而导致风筒漏风；在掘进工作面向前推移的过程中，如果风筒没有及时续接，风筒端头与掘进工作面之间的距离就会逐渐增大，造成掘进工作面风筒滞后的现象，在局部通风机功率不变的情况下由于风筒端头的风流射程是不变的，风筒滞后导致输送到掘进工作面的风量减少。一旦掘进工作面发生风筒滞后或漏风，那么输送到掘进工作面的风量将会减少，从而导致瓦斯浓度增加。典型的风筒滞后或漏风期间瓦斯监测数据时间序列如图9所示，瓦斯监测数据首先缓慢上升，瓦斯浓度的上升速率随着瓦斯浓度的上升而逐渐增加，随后瓦斯浓度在平稳状态维持了较短短时间，最后瓦斯浓度下降，回落至正常值。

图9  风筒滞后或漏风

在煤矿开采中得到了广泛应用，分析综采放顶落煤瓦斯的涌出特征有利于准确掌握综采工作面的回采和安全状态。典型的综采放顶期间瓦斯监测数据时间序列如图10所示，综采放顶期间，放顶煤工作面在矿压和人工松动的作用下发生垮落，瓦斯浓度通常经历多个快速上升和快速下降。

图10  综采放顶