一直以来,我国煤矿事故不断,给人民生命财产造成了重大损失,与当前正提倡的和谐社会建设严重不符。因此急需建立一个全面、准确的模型来对矿井瓦斯系统进行描述。模型建好之后就能在一定时间周期内对煤矿系统的瓦斯规律进行模拟仿真,提前预测。这样,当出现风险趋势时为相关工作人员及时预警,真正实现“预防为主、安全第一”的目标。首先,本论文分析了各掘进工艺(如炮采、割煤等)对瓦斯涌的影响,同时对煤壁、落煤的瓦斯涌动态规律进行模型化,并建立了掘进工作面风流和采煤进度与瓦斯浓度关系的数学建模。其次,考虑到建立的数学模型要具有精确性以及动态特性的要求,提出了基于指数拟合的概率预测模型来对复杂瓦斯系统进行建模预测,并与改进的灰色-概率模型进行了比较,模型的建立为采煤工作时调节工作面瓦斯浓度提供准确、定量的数学依据。建模预测的结果显示该方法预测精度较高。最后,由于复杂混沌瓦斯系统的简化模型具有明显的局限性,难以对瓦斯进行长期准确预测,本文引入了分形理论对瓦斯系统进行分析研究。利用分形理论中最常用的R/S分析法,通过计算Hurst参数来确定该瓦斯系统的持久相关性(目前所表现出的变化趋势在将来的一段时间仍然保持该特性),计算结果表明持久相关性时间周期的过度期瓦斯浓度有突变可能,因此,在一个周期即将结束时就应该多加注意。本文所求出的时间序列的分形维D反应出了瓦斯时间序列的参差不齐的程度。本文的创新点:提出基于指数拟合的概率预测模型对瓦斯系统进行研究;在研究瓦斯序列时引入了周期T,并给出了确定方法;在运用取得了良好预测效果。