综放工作面瓦斯涌出量预测方法及工程实践

分源预测法是我国目前应用最广泛的瓦斯涌出量预测方法,但不适用于应用综放工作面的矿井。由于综放工作面矿井瓦斯涌出来源和涌出强度与一般综采工作面有所不同,矿井瓦斯涌出量差别较大。基于分源预测法,提出了综放工作面的瓦斯涌出量预测方法,应用于山西大远煤业综放工作面瓦斯涌出量预测,并与实际观测结果对比。结果表明:改进的综放工作面瓦斯涌出量预测方法符合综放工作面的实际情况,对综放开采工作面的瓦斯涌出量预测具有一定意义。     

基于瓦斯涌出分源预测选择瓦斯抽放方法的研究

煤矿瓦斯抽放是瓦斯治理、降低瓦斯涌出量的有效方法和手段，要充分发挥瓦斯抽放的效用就必须合理选择抽放方法。利用瓦斯分源涌出预测的结果，按照瓦斯分源治理的思想，研究一种选择瓦斯抽放源的分析方法，避免生产中单纯依靠经验选择瓦斯抽放方法的传统模式，以改善抽放效果，提高矿井瓦斯事故防治水平，为安全生产提供保障。     

回采工作面瓦斯涌出特征及其灰色预测模型

在分析回采工作面瓦斯涌出特征的基础上 ,分别建立了回采工作面瓦斯涌出量与采深和工作面产量关系灰色预测 GM(1,1)改进模型 ,以预测工作面在不同采深与产量时的瓦斯涌出量。实际应用表明 ,预测模型可信 ,精度能满足要求。     

基于瓦斯涌出时间序列的煤与瓦斯突出预测方法研究

基于瓦斯涌出时间序列(简称G序列),研究了利用G线图、移动平均线模型和综合法进行煤与瓦斯突出预测的方法.研究表明:G序列G线图法可实时反映瓦斯涌出的细小变化情况,从而可对瓦斯突出前的异常变化特征及时辨识,但是由于瓦斯涌出影响因素复杂,短期内的异常波动并不一定是突出信号,从而容易造成误判.而移动平均线模型以均线系统为基础,通过判别瓦斯涌出浓度在一定时期内的总体变化趋势,揭示煤体中影响煤与瓦斯突出的各因素与突出之间的关系.综合法利用G线图结合移动平均线模型进行突出预测,除G线图和移动平均线本身提供的信息外,结合G线与不同周期的移动平均线的相互穿越发出的一些反转信号,能够更为准确地预报瓦斯突出.     

分层充填开采煤层瓦斯运移方式及涌出规律研究*

为了探究使用分层充填法采煤过程中煤层瓦斯的运移方式及涌出规律,以高河煤矿E1302工作面为研究对象,采用实验室试验、理论分析、数值模拟相结合的方法建立数学模型,利用数值模拟软件对煤层瓦斯的运移方式及涌出规律进行求解。研究结果表明:使用分层充填法采煤时,充填体渗透率远大于煤体,下分层煤体中的瓦斯会以充填体为媒介向工作面涌入;开采过程中,工作面瓦斯压力随开采时间逐渐降低,开采30 d后,煤层最大瓦斯压力下降18.75％,最大瓦斯渗流速度始终位于充填体、工作面、下分层煤体交界处;工作面绝对瓦斯涌出量随着开采时间的推移呈波动式下降。     

基于瓦斯地质图的瓦斯含量和瓦斯涌出量的定量预测

在分析煤矿所属矿区地质构造演化及分布特征的基础上,绘制了邻水煤矿瓦斯含量及瓦斯涌出量等值线图,初步掌握了该矿的瓦斯分布规律;同时对该矿瓦斯含量大小和瓦斯涌出量状况作出了有效的定量分析,为该矿的瓦斯综合治理提供了有效数据,也为保障矿井安全生产作出了贡献.     

基于随机搜索优化XGBoost的瓦斯涌出量预测模型*

为防治瓦斯灾害,解决井下瓦斯涌出量在预测过程中因影响因素繁多带来的精度较低问题,提出1种基于套索(Lasso)回归与随机搜索优化极限梯度提升(XGBoost)的模型进行瓦斯涌出量预测。以沈阳某煤矿综采面瓦斯涌出量历史数据为例,综合考虑影响瓦斯涌出量的影响因素。首先利用Lasso回归提取对瓦斯涌出量有重要影响的特征数据,作为预测输入;采用随机搜索算法对XGBoost模型4种主要参数进行寻优,选取最优参建立预测模型获得预测指标并分析比较其他模型。研究结果表明:Lasso回归筛选出的影响因素结合随机搜索获得的最优参数组合优化XGBoost比其他模型预测精度更高,平均相对误差为1.53%,均方根误差为0.140 3 m3/min,希尔不等系数为0.013 2,研究结果可为现场瓦斯管理提供参考依据。     

大气压力变化对工作面瓦斯涌出的影响研究

为降低大气压变化造成矿井发生安全事故的可能性,将地面大气压变化数据与某矿工作面瓦斯浓度变化数据进行分析,研究地面大气压的变化规律与传播规律及其对矿井气压的影响,分析大气压变化对工作面瓦斯涌出的作用影响。结果表明：该地区海拔高度每增高1m气压降低大约10 Pa,大气压力发生变化会传递到井下空间,其传递方式与声波相同,且井下压力的变化滞后于大气压力。大气压力的下降速度越快则工作面瓦斯浓度的增加速度也越快,与大气压力下降的具体值关系不大。研究结果可为瓦斯异常涌出预警及相关治理措施的制订提供参考依据。     

不同粒度煤的瓦斯解吸扩散规律实验研究

为了证实和完善极限粒度理论,制备了煤粒度毫米级至厘米级(>10 mm)的5种粒度煤样,利用H-Sorb 2600T高温高压气体吸附分析仪对不同粒度的煤样进行等温吸附-解吸实验,并采用动扩散系数模型计算了煤粒瓦斯解吸扩散系数,分析不同粒度煤的扩散系数变化特征。研究结果表明:粒度毫米级煤样单位瓦斯解吸量和瓦斯解吸率随粒度的增大呈现逐渐减小的趋势;粒度厘米级煤样单位瓦斯解吸量和瓦斯解吸率随粒度的增大降幅较小;煤粒度在毫米级范围内,初始有效扩散系数D0e和平均有效扩散系数Dae随粒度的增大快速下降;煤粒度为厘米级时,初始有效扩散系数D0e和平均有效扩散系数Dae随粒度的增大基本保持不变;极限粒度理论正确可靠,煤的极限粒度小于10 mm。     

基于QPSO-RBF的瓦斯涌出量预测模型

为了提高径向基(RBF)网络预测瓦斯涌出量的泛化能力,提出QPSO-RBF模型。该模型采用量子粒子群(QPSO)算法优化RBF网络隐层基函数中心、扩展系数以及输出权等初始参数,将网络参数编码为QPSO学习算法中的粒子个体,在全局空间中搜索最优适应值参数。其中,RBF网络选取5-3-1的精简结构,采用5个变量作为影响因子预测瓦斯涌出量。结果表明,经QPSO优化后的RBF网络模型预测结果稳定且唯一,其泛化指标平均相对变动值(ARV)为0.012 2。与PSO-RBF、RBF模型预测结果比较,QPSO-RBF模型的泛化能力和网络训练速度优于前2种;预测精度约为PSO-RBF模型的1.5倍、RBF模型的4倍。     

煤体初始瓦斯涌出规律预测煤巷突出危险性研究

为提高煤巷突出危险性预测的准确性,基于摩尔库伦准则,建立煤巷突出平衡方程,探究煤巷突出发生条件;通过COM-SOL Multiphysics模拟软件探究钻孔瓦斯涌出量和瓦斯压力的关系;利用ZTL20/1000-Z型矿用隔爆型连续流量法煤层巷道突出预测装置,以薛湖煤矿二煤层为试验对象,进行煤巷突出危险性预测试验研究.结果...     

深部煤层钻屑粒度随钻进深度分布规律

为了研究煤层钻屑粒度随钻进深度分布规律,选取具有冲击危险性的平煤八矿己15煤作为研究对象,采取钻屑量测试和孔口瓦斯浓度监测,通过筛分实验煤样并应用Rosin Rammler分布模型,探究了钻屑粒度和钻屑量大小随孔深变化关系,分析不同点钻屑粒度分布特征。结果表明:小于0.075 mm钻屑粒度分布随孔深变化与钻屑量变化规律相吻合;不同钻孔随深度变化分别对应不同Rosin Rammler分布函数,随着应力过渡越平缓,粒径分布宽度系数n值越小,煤体应力越大粒径相关系数D越大;不同范围钻屑粒度占比大小也会影响钻屑量大小;在钻屑量较大时,孔口瓦斯体积分数会出现增高现象。通过对钻屑粒度分布规律分析,更好地了解深部煤体应力分布,有助于冲击危险的预警。     

煤矿瓦斯涌出时序预测的自组织数据挖掘方法

为分析煤矿瓦斯涌出复杂系统时间序列预测方法,提出自组织数据挖掘(SODM)与相空间重构(PSR)相结合的预测建模方法。首先应用C-C方法计算时间序列的最佳嵌入维数和延迟时间后进行PSR;然后以二元二次方程为传递函数,以嵌入维数变量为自变量,以延迟时间后的时间序列为因变量,通过内准则确定传递函数系数和外准则选择最优传递函数,并以最优传递函数的输出为下层迭代传递函数的输入,最后获得最优复杂度预测模型。算例结果表明:该方法对煤矿瓦斯涌出量预测的相对误差为-5.751 7% ~6.049 3%,平均相对误差2.145 7%,预测结果能满足煤矿安全生产实际工程应用要求。     

煤粒筛分现象与粒度分布特性的试验研究

在求解煤的物性参数时,为探究煤粒平均粒径对参数求解的影响,以5种不同粒级的煤粒为研究对象,系统研究筛分现象和粒度分布;以煤粒瓦斯扩散系数求解为例,分析算术平均值、体积加权平均体积粒径对计算结果的影响.研究结果表明:煤颗粒在筛分过程中会出现特殊分选现象,目标粒级粒度分布仅占真实粒度分布的33.37％～49.32％;算术平...     

基于经典扩散模型不同粒径粒煤瓦斯扩散特征实验研究

为了获取多尺度粒煤在不同初始吸附平衡压力条件下的甲烷扩散特征,完成了0.25～1.00 mm,＞1.00～3.00 mm,＞3.00～6.00 mm和＞6.00～10.00 mm这4种粒径粒煤在1.0 和3.0 MPa初始吸附平衡压力下的甲烷扩散实验,并考察了经典扩散模型对各实验在0～10 min,0～60 min,0～180 min时间段的扩散拟合效果。研究结果表明:同实验时间,扩散率表现为随着粒径的减小呈增大趋势,0.25～1.00 mm相较＞6.00～10.00 mm粒径粒煤最大增大了73%;经典扩散模型不适用于描述甲烷在粒煤中的全阶段扩散,粒径越小拟合精度越低,仅对于初始扩散阶段（0～10 min）拟合效果较好;同初始吸附平衡压力,初始扩散系数D值随着粒径的增大呈递增趋势,＞6.00～10.00 mm相较0.25～1.00 mm粒煤扩散系数增大至7倍。不同尺度粒煤的瓦斯扩散特征,为煤层气达产、稳产、增产提供了储层改造方向。     

采空区瓦斯涌出的回采速度效应分析

为了深入了解煤层开采时工作面回采速度对采空区瓦斯涌出的影响,提高矿井采空区瓦斯治理能力,保障矿井安全生产,通过建立数学模型并采用COMSOL有限元分析软件建立不同回采速度采空区瓦斯涌出模型,开展数值模拟试验,研究不同回采速度下采空区瓦斯涌出规律及分布情况。结果表明:不同回采速度下采空区相同深度的瓦斯浓度呈梯度增长;通过对现场采空区回采速度数据进行归类平均后,降低其他因素对采空区瓦斯涌出的影响后,采空区瓦斯涌出量与回采速度线性相关性从0.60提高至0.94,表明回采速度越快,采空区瓦斯涌出速度越快,采空区瓦斯涌出量越大。研究结果揭示了煤层开采过程中回采速度对采空区瓦斯涌出的影响规律,为现场优化回采速度及抽采参数提供了理论指导。     

基于撞击法的喷雾射流粒径研究*

为解决我国光学法仪器价格昂贵,操作复杂,在消防领域未能大范围应用的问题。基于撞击法的采样原理,提出新测试方法,并将其应用于消防领域喷雾射流现场测试。在不同的喷孔数量条件下,通过改变喷雾射流出口压力,观察并统计水雾携带的雾滴在载玻片上留下的印记,根据其直径和数量得出雾滴粒径的分布。研究结果表明:喷雾射流雾滴粒径值与平均直径预测模型的预测值和马尔文粒度仪测得的粒径值相近,水雾粒径随着出口压力的增大而减小,研究结果可为喷雾水枪性能测试和优化改造提供技术支持。     

煤与瓦斯突出气体逆流影响模式研究

为预防井下瓦斯气体逆流引起瓦斯爆炸等二次伤害,促进煤矿安全生产,建立瓦斯逆流运移扩散模型,采用相似试验研究不同风速和气体量影响下的气体逆流运移规律,根据试验系统的巷道模型,运用Fluent软件建立几何模型,模拟不同风速和涌出量对气体逆流的影响模式,观察同一测点或时间下2种因素对瓦斯浓度变化的影响,并以过往案例验证结论....