煤层透气性系数的优化和简化计算方法

煤层透气性系数是用以考察保护层开采效果和设计瓦斯抽采系统的重要参数之一,钻孔径向流量法是求取该系数最常用的算法。利用理论推导和图形分析方法,探讨流量准数、时间准数、煤层透气性系数与参数A,B间的关系。在此基础上,针对科研工作和现场管理的实际情况,提出求解透气性系数的2种新算法及其算法流程,并对时间准数-参数A,B函数关系中的间断点问题进行讨论和分析,解决此区间内求解透气性系数相应计算公式等问题。理论和实例分析表明:算法1在不更改最终计算公式和结果的前提下,省去了繁琐的试算过程,既保证了可靠性也优化了计算流程;算法2以稍减精度的代价对计算流程进行进一步的简化,其结果仍有较高精度。     

钻孔抽采瓦斯量影响因素分析与工程实践

为了提高钻孔抽采瓦斯量,基于煤层瓦斯流动和层次分析法等理论,研究了钻孔抽采瓦斯量的影响因素及各影响因素重要度,同时现场考察了透气性系数变化对钻孔瓦斯抽采量的影响。结果表明:钻孔抽采瓦斯量影响因素有煤层透气性系数、煤层原始瓦斯压力、煤层厚度、抽采钻孔孔径和抽采时间等,其中煤层透气性系数是对其起决定影响作用的参数;重要度上煤层透气性系数对钻孔瓦斯抽采量的影响是抽采负压和钻孔半径的7.1倍;被保护层的透气性系数增大可大幅度提高了钻孔抽采瓦斯量。     

朱集矿13-1煤瓦斯参数规律研究

为了采取合理的瓦斯抽采技术,实现矿井安全高效开采,对朱集矿13-1煤瓦斯基本参数进行了现场和实验室测定,得出了瓦斯含量、瓦斯压力、放散初速度,透气性系数、坚固性系数等参数,并对测定结果进行了理论分析,得出了这些参数的基本规律.结果表明:随着开采深度的增加,在一定深度范围内,其瓦斯压力、瓦斯含量呈线性增长,瓦斯压力与瓦斯含量都比较大；煤层钻孔瓦斯衰减系数较大,该煤层的透气性系数较小,D、K值小于其临界值,可判断出该煤层为难抽煤层且有突出危险性.     

井下液态CO2爆破增透工业试验研究

为了增加煤层透气性、提高瓦斯抽采效率,选取七台河矿区进行液态CO2爆破煤层增透工业试验。研究液态CO2爆破过程中主管内高压气体P-T曲线,考察不同地应力下的液态CO2爆破有效影响半径和煤层透气性系数,监测爆破前后瓦斯抽采参数。试验结果表明:采用压缩气体与水蒸气容器爆破方法计算液态CO2爆破的当量为180 gTNT;爆破后瓦斯抽采浓度提高3.16倍,瓦斯抽采混合流量提高1.71倍;煤层液态CO2爆破有效影响半径随地应力的增加近线性减小,随爆破压力的增加非线性增加,确定液态CO2爆破时最佳爆破压力范围160~280 MPa;爆破前后对比,煤层透气性系数提升17.49~22.76倍。井下煤层液态CO2爆破技术的实施,有助于降低爆破成本、提高增透效果和瓦斯抽采利用率。     

高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破增透技术研究及应用*

为解决高瓦斯矿井开采过程中煤体透气性差、瓦斯预抽周期长、抽采效果不佳的难题,提出利用深孔预裂爆破技术提高煤体裂隙发育度,增加煤体透气性,从而提高瓦斯抽采率的方法。通过现场调研、理论分析、数值模拟及工业性试验等方法,分析深孔预裂爆破卸压增透内在机理,确定爆破影响半径为4.5~5.3 m,并在A110605工作面进行现场应用,同时考察煤层增透效果。研究结果表明:煤层爆破致裂后,平均瓦斯抽采浓度提高了2.17倍,平均瓦斯抽采纯量提高了2.02倍,煤层透气性系数提高了近5.3倍,煤层卸压增透效果显著,很大程度上消除了煤与瓦斯突出危险性,为实现工作面的安全开采及正常接替提供了保障。     

保护层开采效果测评指标及应用研究

为深入分析保护层开采的实施效果,依据煤岩卸压变形理论和瓦斯运移特性,建立保护层开采测评指标体系,并选择淮南矿区对指标现场应用方法进行分析。研究结果表明:测评体系包括保护范围和保护效果两部分,其中,瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数、煤层顶底板相对变形、瓦斯抽放量、突出指标的变化等因素可作为效果考察的现场测评指标。保护层开采后,应首先明确其保护范围,然后再对保护效果分别从煤体力学特性、煤层瓦斯特性和煤层开采动力特性3方面进行综合分析,按照现场实测值与指标临界值的对比,即可系统地定量评价保护层开采的效果。     

深孔预裂爆破在深井高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为解决潘一东矿深井低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽采率低的问题,提出了运用深孔预裂爆破技术提高煤层透气性,进行瓦斯预抽,进而提高瓦斯抽采率,降低煤层突出危险性的方法。通过数值模拟阐述了深孔预裂爆破技术的作用机理,并对潘一东矿应用效果进行了现场考察。研究表明:在低透气性煤层实施深孔预裂爆破技术后,煤层透气性得以提高,平均瓦斯抽采量提高了3倍,有效地提高了瓦斯抽采率,降低了煤体瓦斯压力和含量,从而在一定程度上降低了煤与瓦斯突出的危险性。     

深孔预裂爆破技术在低透气性回采工作面中的试验研究

为解决低透气性回采工作面采煤过程中,瓦斯抽采困难、施工周期长等问题,提出了利用深孔预裂爆破技术,增加煤层裂隙,提高煤层透气性的方法,并研究了深孔预裂爆破技术的作用机理,阐述了深孔预裂爆破技术的工艺流程,对增透效果进行了现场考察.研究表明:深孔预裂爆破后与爆破前相比,平均瓦斯抽采量提高了2.32倍,平均煤层透气性系数提高了5.6倍,最大提高了11.5倍,有效提高了瓦斯抽采率;工作面回采周期大幅度缩短,为安全、快速回采提供了保障.     

基于熵权灰色关联法的煤与瓦斯突出主控因素分析

煤与瓦斯突出主控因素的科学确定是突出预测及防治的重要前提条件。根据突出综合作用假说及瓦斯地质理论确定了平顶山东部矿区的突出影响因素为开采深度、瓦斯、煤的物理力学性质、地质构造、煤层和构造煤厚度及煤层透气性系数。建立了熵权灰色关联分析模型,分析得出平顶山东部矿区突出影响因素的熵权灰色关联序为开采深度、瓦斯压力、断层特征系数、煤厚特征系数、f、Δp、煤体破碎程度、透气性系数。结合平顶山东部矿区的实际情况分析突出影响因素的重要性,验证了熵权灰色关联法计算得到的关联序结果是正确的。结果表明,熵权灰色关联方法具有模糊、随机、灰色等特征,对数据要求较低且计算量小,应用该方法分析突出主控因素是可行和有效的。     

深孔预裂爆破在低透性高突煤层中的应用与分析

为提高低透气性高突出煤层瓦斯抽放率,达到预防瓦斯突出的效果,将深孔预裂爆破技术运用于某煤矿低透性高突煤层,考察了这种爆破对煤层透气性系数、百米钻孔瓦斯流量、瓦斯抽放量、抽放浓度、瓦斯抽放率以及突出预测敏感指标的影响。试验结果表明:采用深孔预裂爆破技术后,煤层透气性增强,瓦斯抽放率提高,各项预测指标在回采期间没有出现超标情况,同时也没有发生过瓦斯动力现象和煤与瓦斯突出。     

The method for leakage detection of urban natural gas pipeline based on the improved ITA and ALO

To solve the problems of the difficulty in early leakage monitoring and larger positioning error for urban hazardous chemicals pipelines, the optimized method based on the improved Inverse Transient Analysis (ITA) and Ant Lion Optimizer (ALO) was proposed. Firstly, based on the obtained experiment's results of leakage of natural gas in the non-metallic pipeline, the segment classification method was incorporated into the pressure gradient calculation. The modified method can adapt to the multi-node characteristics of urban pipe networks and help to obtain the preliminary positioning calculation results after optimization. Then the calculation results were embedded in the ITA calculation model. The input parameters of the gas pipeline such as boundary conditions, leakage rate and friction coefficient were used to establish the characteristic linear equations. Then the objective function of the least-squares criterion was defined, and the improved ITA model suitable for leakage detection of urban natural gas pipeline networks was constructed. Finally, the ALO was used to optimize the calculation process of the improved ITA model, and iteratively optimize the optimal friction coefficient and its corresponding minimum objective function (OF) value. As a result, a more precise location of the leakage source was calculated. The validation of the modified method is conducted by comparing the calculated values with the experiment's results. The results show that the method can accurately predict the location where the pipeline leakage occurs. The minimum error is 3.17%. Compared with the traditional ITA, this method not only accelerates the convergence speed of the objective function, but also improves the accuracy of location calculation.     

天然气钻井井口安全距离研究分析

分析天然气钻井井场可能发生的事故类型及事故的破坏程度,选择适合的事故后果模型,对天然气井井喷失控后可能发生的蒸气云爆炸及硫化氢扩散的后果进行量化分析,根据超压-冲量准则、热剂量准则和硫化氢扩散行为规律,计算出爆炸波、爆炸火球及硫化氢扩散的危害范围。笔者建立了天然气钻井井口安全距离的计算模型,并提出一种确定安全距离的方法。通过计算给出不同无阻流量、不同硫化氢体积含量的20种条件下的天然气钻井井口安全距离,并应用该模型对某含硫气井井口安全距离进行了计算。实例表明,该方法具备实用性,值得在天然气井选址规划中推广和使用。     

油气管道剩余强度评价方法适用性研究

为了研究油气管道剩余强度评价方法的适用性,介绍了完整管道失效压力的计算方法以及NG-18,B31G,DNV RP-F101和PCORCC等4种计算含缺陷管道剩余强度的方法。对4种方法中的流变应力和膨胀系数进行了分析,同时采用4种计算方法计算了30组不同钢级管道的剩余强度。结果表明:流变应力的选取对中低强度钢管的影响较大,对中高强度钢管的影响较小,当管道钢级为X80及以上时,流变应力对剩余强度计算结果的影响可以忽略不计;各评价方法中,改进的B31G中的膨胀系数表达形式更加接近实际情况; NG-18和B31G适用于评价中低强度的钢管,其中,改进的B31G结果更为准确;DNV RP-F101和PCORCC适用于评价中高强度的钢管,其中,DNV RP-F101的计算结果优于PCORCC的计算结果;对于高钢级管道的评价方法还需要进一步研究和改进。     

煤与瓦斯突出危险性的未知权重多属性综合评价模型

将集对分析理论和变异系数法相结合,构建煤层突出危险性综合评价模型。首先,模型选取煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标△P、煤的坚固性系数f、煤层瓦斯压力队综合指标D和综合指标K作为评价指标。其次,为避免权重赋值的主观性,采用变异系数法确定指标权重,以提高权重的客观性和适应性。然后,利用综合评价准则判断煤与瓦斯突出危险性等级。研究结果表明：采用该模型的评价结果与实际情况基本一致,从而验证了模型的合理性与可行性。     

建筑物走廊型通道中火灾烟气流动特性的研究

应用网络模型方法,将建筑物走廊型通道合理地划分为多个节点,在火源为10kg木材的情况下,利用已开发成功的烟流性状预测软件对四川消防科研所的一座实体建筑物进行了模拟计算,获得了各节点烟流性状的发展变化规律。经比较,模型计算结果与实验数据十分符合。证明走廊型通道的多节点划分方法正确、预测软件实用可靠。根据烟气侵入走道中两节点的时间差及两节点间距,提出了烟气弥漫速度的计算方法。该算法与实测结果间的相对误差小于3%,实例应用及研究的成果,为建筑物火灾时安全疏散动态模拟研究提供了理论依据。     

基于LBM的风窗流场数值模拟与PIV实验研究

风窗流场分布规律对于粉尘、瓦斯、有毒有害气体运移规律以及风窗局部阻力计算具有一定的影响,而常用的CFD方法在模拟风窗后阶湍流流场这类问题上存在计算复杂度高的问题,针对此问题,结合格子玻尔兹曼(LBM)方法在流场模拟方面具有求解精度高、计算复杂度小的特点,采用多松弛格式的格子玻尔兹曼方法(MRT-LBM)对巷道风窗流场进行模拟研究。为验证格子玻尔兹曼方法对风窗流场模拟的有效性,利用粒子图像测速仪(PIV)对风窗流场分布规律进行实验验证研究。研究结果表明:LBM模拟风窗流场回流区长度为340 mm,风窗主流风速最高达19.1 m/s;PIV实验测试风窗流场回流区长度为320 mm,风窗主流风速最高达18.4 m/s,在相同模型条件下,LBM模拟结果与PIV实验测试结果基本保持一致。LBM与Fluent模拟进行对比,模拟精度、运行速度和操作便捷性要优于Fluent模拟。     

供水管网震后流量监测点的动态分级优化布局研究

为了提高管网地震监测点布局的准确性和合理性,基于管网微观水力计算模型和动态分级法,提出供水管网震后流量监测点的动态分级优化布局模型。首先,利用管网微观水力计算模型计算管段流量的影响系数,构建管段的影响系数矩阵,并利用信息熵确定管段权重;其次,标准化处理影响系数矩阵,通过聚类迭代提出供水管网地震流量监测点优化布局的动态分级方法,对供水管网震后流量监测点进行优化布置分级评定;最后,根据工程实例进行方法实践,结果表明:供水管网中的管线分类较为科学合理,地震监测点在供水管网上分布也比较均匀,而且该模型在一定程度上消除了人为因素的影响,保障了震时管网的监控效果和日常建设的合理性。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道围岩松动圈分析

分析松动圈的分布范围对优化隧道支护参数,确保隧道施工安全有重要的理论价值,以弹塑性理论计算为基础,利用H-B强度准则推导了理想状态下围岩松动圈厚度的计算公式。当侧压力系数不等于1时,将实测竖直方向和水平方向的初始地应力分别带入,并考虑实际支护力的影响,得到较为准确的围岩松动圈分布规律。在铜旬高速某公路隧道中该方法计算所得围岩松动圈分布范围与围岩深部位移监测所得结果较为接近,验证了基于H-B强度准则的围岩松动圈计算公式的准确性,为确定围岩松动圈半径提供了新的有效方法。     

The influence of gas storage parameters on gas emission rate from borehole

Gas emission rate from borehole is one of the most important indexes for the coal and gas outburst prediction. The mathematical model of gas flow in the coal seam, gas flow into the measuring chamber, gas pressure change in the measuring chamber, and gas flow out of the chamber through the pipe is established. Gas migration in the coal seam, gas pressure in borehole chamber and gas flow in pipe is simulated using the finite difference method. Gas emission rate is obtained under dynamic boundary conditions. The influence of gas storage parameters on gas emission rate from borehole is analyzed. Results show that: the gas pressure and the permeability coefficient have great impacts on the value of gas flow quantity in borehole. The larger the original gas pressure of coal seam and the permeability coefficient of coal seam are, the greater the maximum value of gas emission rate form borehole and the later the maximum appears.