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考虑煤体粒度的落煤瓦斯涌出预测模型研究

中国安全生产科学技术 2022年第7期18卷 61-67页

作者：成小雨龚选平尉瑞高涵赵刚中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中煤华晋集团有限公司王家岭分公司山西运城043300 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083

为了探究不同煤体粒度对于工作面瓦斯涌出的影响规律,以王家岭煤矿为研究对象,通过现场测试分析采落煤与放落煤的粒度分布,采用数值模拟计算不同粒度煤体的瓦斯涌出特征;并推导采落煤和放落煤的瓦斯涌出预测模型,对模型进行现场应用。... 详细信息

为了探究不同煤体粒度对于工作面瓦斯涌出的影响规律,以王家岭煤矿为研究对象,通过现场测试分析采落煤与放落煤的粒度分布,采用数值模拟计算不同粒度煤体的瓦斯涌出特征;并推导采落煤和放落煤的瓦斯涌出预测模型,对模型进行现场应用。研究结果表明:王家岭煤矿采落煤粒度分布范围更广,存在较高比例的微小粒度和大粒度煤体;煤体粒度越小,则瓦斯涌出速度越快。采落煤和放落煤的综合涌出强度均可以用指数函数来描述,模型计算结果与现场实际数据误差在合理范围内。

关键词：煤体粒度瓦斯涌出综放开采暴露时间

“截割-放落”煤体瓦斯解吸粒度效应及动态预测模型

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煤炭技术 2023年第4期42卷 103-107页

作者：成小雨程成陈龙赵刚中煤能源研究院有限责任公司西安710054 西安科技大学安全科学与工程学院西安710054

为了进一步探究综放开采落煤瓦斯涌出规律,通过理论分析、物理实验和现场测试,分析了截落和放落煤体粒度分布特征,揭示了落煤瓦斯涌出强度变化特征,构建了综放开采落煤瓦斯涌出动态预测模型,并对模型进行了验证。结果表明:王家岭矿1230... 详细信息

为了进一步探究综放开采落煤瓦斯涌出规律,通过理论分析、物理实验和现场测试,分析了截落和放落煤体粒度分布特征,揭示了落煤瓦斯涌出强度变化特征,构建了综放开采落煤瓦斯涌出动态预测模型,并对模型进行了验证。结果表明:王家岭矿12302综放工作面落煤粒度分布主要集中在2~20 mm及40 mm以上,占比总和达到60%以上;随着煤体粒度减小,瓦斯解吸强度增高,达到解吸平衡的速度增快;构建的截落和放落煤瓦斯涌出动态预测模型平均误差不大于10%,能够较好地表征现场实际落煤瓦斯涌出规律,为综放开采条件下瓦斯涌出预测及防控提供了可靠基础支撑。

关键词：综放开采煤体粒度瓦斯解吸瓦斯涌出预测

含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统的研发及应用

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煤矿安全 2022年第12期53卷 115-120页

作者：成小雨程成陈龙高涵赵刚中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 西安科技大学陕西西安710054

为了改进含瓦斯煤多场耦合条件下的基础实验研究,自主研发了含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统,主要由恒压自动充气吸附单元、煤样瓦斯“面扩散”渗流解吸装置、瓦斯抽采单元、应力加卸载单元、非接触式应变测量单元、声发射监测单元、... 详细信息

为了改进含瓦斯煤多场耦合条件下的基础实验研究,自主研发了含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统,主要由恒压自动充气吸附单元、煤样瓦斯“面扩散”渗流解吸装置、瓦斯抽采单元、应力加卸载单元、非接触式应变测量单元、声发射监测单元、多参监测单元和实验系统管理软件组成;并应用该系统进行了煤体甲烷吸附解吸实验和含瓦斯煤受载过程中应力-应变-渗透规律研究。研究表明:煤体的吸附和解吸均符合指数函数,解吸率先快速增大后缓慢增加最终达到了平衡状态;同一时刻,随着粒径的减小,煤体吸附平衡时间越短、解吸率和解吸总量越大;含瓦斯煤应力-应变-渗透过程呈阶段特性,煤体渗透率在压密阶段快速降低;弹性变形阶段应变快速增大,渗透率缓慢降低并达到最小值;屈服阶段渗透率缓慢增加,峰后软化阶段渗透率快速增大。

关键词：多场耦合瓦斯渗流应力-应变声发射实验系统

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不同粒径混合煤样瓦斯解吸动力特性研究

工矿自动化 2023年第8期49卷 142-147页

作者：马兴莹龚选平成小雨程成李德波中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中煤新集能源股份有限公司安徽淮南232000

目前关于瓦斯解吸动力特性的研究主要集中在单一粒径煤样,而对于不同粒径混合煤样瓦斯解吸动力特性的研究较少。针对该问题,利用含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统,将(0,0.25)mm、[0.25,0.5)mm、[0.5,1]mm 3种粒径煤样按照不同比例混合... 详细信息

目前关于瓦斯解吸动力特性的研究主要集中在单一粒径煤样,而对于不同粒径混合煤样瓦斯解吸动力特性的研究较少。针对该问题,利用含瓦斯煤多场耦合渗流解吸实验系统,将(0,0.25)mm、[0.25,0.5)mm、[0.5,1]mm 3种粒径煤样按照不同比例混合,开展了不同粒径混合煤样瓦斯解吸实验,分析了不同粒径煤样占比条件下的瓦斯解吸量、扩散系数及解吸衰减系数等瓦斯解吸动力学参数变化特征。结果表明:(1)不同粒径混合煤样瓦斯解吸过程中,前期影响瓦斯解吸量的主要因素是粒径大小,后期影响瓦斯解吸量的主要因素是煤样中不同粒径煤样占比大小;小粒径煤颗粒占比越大,煤样瓦斯解吸量越大。(2)不同粒径混合煤样瓦斯扩散系数具有时变性,随着瓦斯解吸时间增加,瓦斯扩散系数呈衰减态,最终趋近0;初始瓦斯扩散系数随小粒径颗粒煤占比的增加而减小;(3)小粒径颗粒煤占比越大,瓦斯解吸衰减系数越大。因此,在井下瓦斯含量测定过程中,获取的煤样中应尽可能提高大粒径颗粒煤的占比,以降低取样过程中瓦斯损失量,提高瓦斯含量测定的准确度。

关键词：瓦斯解吸粒径解吸量扩散系数解吸衰减系数

考虑推进速度效应的高位定向钻孔优势布置与效果分析

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煤矿安全 2022年第5期53卷 157-163页

作者：陈龙龚选平白廷海成小雨程成中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中煤华晋集团有限公司山西河津043300 西安科技大学陕西西安710054

为了提高采空区的瓦斯抽采能力,控制工作面的瓦斯涌出,以王家岭矿12302工作面为试验对象,研究了煤层开采后覆岩采动裂隙的演化规律;根据矿井的实际抽采效果研究了不同日推进速度下钻孔层位和平距的定量关系,并对高位钻孔进行了设计和抽... 详细信息

为了提高采空区的瓦斯抽采能力,控制工作面的瓦斯涌出,以王家岭矿12302工作面为试验对象,研究了煤层开采后覆岩采动裂隙的演化规律;根据矿井的实际抽采效果研究了不同日推进速度下钻孔层位和平距的定量关系,并对高位钻孔进行了设计和抽采效果考察。结果表明:覆岩的裂隙的发育范围和数量随着工作面的推进逐渐增大增多,多次来压后,采空区覆岩中部形成了明显的压实区,瓦斯富集区在进、回风巷20~50 m,煤层顶板以上25~50 m范围内,覆岩垮落带高度为28.2 m,裂隙带为118.6 m;不同日推进速度下钻孔的优势层位和平距符合一次线性方程关系y=ax±b,依据研究结果设计的高位钻孔实施后,对比孔的抽采纯量低于其余4个钻孔,最大单孔瓦斯抽采纯量较其它钻场的最大单孔瓦斯抽采纯量提高了51%,高位定向钻孔的平均瓦斯抽采率为68%,有效的提高了工作面的瓦斯抽采效果,控制了工作面的瓦斯涌出,抽采期间上隅角和回风流最大瓦斯体积分数均保持在0.8%以下,能够保证矿井的安全生产。

关键词：物理相似模拟采动裂隙高位钻孔优化瓦斯抽采日推进距离

高强综放开采覆岩破断与瓦斯涌出微震响应规律及应用

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中国矿业 2022年第9期31卷 124-131页

作者：赵刚成小雨尉瑞中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中煤华晋集团有限公司王家岭分公司山西运城043300

为了解决高强度综放开采条件下的工作面卸压瓦斯治理问题,本文以王家岭矿12302综放工作面为研究对象,采用微震监测技术对工作面推进过程中产生的微震事件进行监测记录,配合工作面瓦斯涌出量监测,对工作面在推进过程中上覆岩层的破断情... 详细信息

为了解决高强度综放开采条件下的工作面卸压瓦斯治理问题,本文以王家岭矿12302综放工作面为研究对象,采用微震监测技术对工作面推进过程中产生的微震事件进行监测记录,配合工作面瓦斯涌出量监测,对工作面在推进过程中上覆岩层的破断情况和裂隙演化进行了分析,得出了微震事件发生与瓦斯涌出定量的表征关系,然后对工作面高位钻孔布置参数进行了调整,并对调整后的钻孔抽采效果进行了检验。研究结果表明:12302工作面周期来压步距在21 m左右,采动覆岩裂隙带主要分布在采空区顶板两侧,高度在55 m左右。工作面瓦斯涌出量和微震事件的频次呈线性相关,拟合公式为y=4.82+0.0037 x,可以根据此公式和监测所得的微震事件频次来预测工作面的瓦斯涌出量。调整布置参数后的高位钻孔瓦斯平均抽采浓度为7.9%和抽采纯量为1.16 m^(3)/min,表明抽采效果较好。

关键词：微震监测技术裂隙演化瓦斯涌出高位钻孔

单轴压缩岩石相似材料损伤特性及时空演化规律

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煤炭学报 2017年第S1期42卷 104-111页

作者：李树刚成小雨刘超程成杨铭扬西安科技大学安全学院陕西西安710054 西安科技大学西部矿井开采及灾害防治教育部重点实验室陕西西安710054

为了研究岩石相似材料的损伤特性和损伤时空演化规律,利用自主研发的YYW-Ⅱ应变控制式无侧限压缩仪及PCIE-8型声发射(AE)监测系统,监测了岩石相似材料试样在单轴压缩过程中的应力应变变化和AE事件活动,建立了基于AE事件累计数的单轴压... 详细信息

为了研究岩石相似材料的损伤特性和损伤时空演化规律,利用自主研发的YYW-Ⅱ应变控制式无侧限压缩仪及PCIE-8型声发射(AE)监测系统,监测了岩石相似材料试样在单轴压缩过程中的应力应变变化和AE事件活动,建立了基于AE事件累计数的单轴压缩岩石相似材料损伤模型,进一步分析了岩石相似材料在单轴压缩过程中的损伤发展阶段,研究了单轴压缩下岩石相似材料的损伤时空演化过程。结果表明:岩石相似材料试样在单轴压缩过程中,AE事件活动大致经历了初始压密少量段、弹性变形稳定增长段、塑性变形和破坏剧烈增长段3个阶段;损伤过程可分为初始损伤阶段、损伤稳定发展阶段和损伤加速发展阶段;损伤时空演化过程较好地反映了损伤特性,以1号试样为例:损伤由试样底部开始发展集中,而后中部和上部出现损伤并向底部和顶部稳定发展,随后中部和上部损伤迅速增多并与底部损伤区连通,最终试样发生破坏。研究成果可为相似材料模型损伤演化规律的研究提供一定的参考。

关键词：声发射相似材料单轴压缩损伤特性损伤演化

基于“管网解算-遗传算法寻优”的瓦斯抽采管网优化技术

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煤矿安全 2022年第10期53卷 120-125页

作者：龚选平周爱桃范席辉成小雨朱立成中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 中煤新集刘庄矿业有限公司安徽阜阳236200

为实现矿井瓦斯抽采管网管径优化方案智能决策,基于图论原理构建瓦斯抽采管网图论模型,以管网瓦斯-空气混合流动模型为基础,实现具体管径管网解算;以最小管网投资为目标函数,管径为决策变量,建立瓦斯抽采管网管径优化模型;基于整数编码... 详细信息

为实现矿井瓦斯抽采管网管径优化方案智能决策,基于图论原理构建瓦斯抽采管网图论模型,以管网瓦斯-空气混合流动模型为基础,实现具体管径管网解算;以最小管网投资为目标函数,管径为决策变量,建立瓦斯抽采管网管径优化模型;基于整数编码的遗传算法,得到了刘庄煤矿西侧抽采区域管径优化方案。结果表明:通过遗传算法优化后的管径组合在经济性和抽采效果上都优于流速法,优化后抽采端的抽采负压满足抽采要求,管网成本减少48.3万元。

关键词：瓦斯抽采图论模型管网解算遗传算法管径优化

基于随机森林与支持向量机的回采工作面瓦斯涌出量预测方法

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煤矿安全 2022年第10期53卷 205-211页

作者：成小雨周爱桃郭焱振程成李德波中煤能源研究院有限责任公司陕西西安710054 中国矿业大学(北京)应急管理与安全工程学院北京100083 中煤新集刘庄矿业有限公司安徽阜阳236200

针对当前回采工作面瓦斯涌出量预测方法选取不合理及预测精度不佳问题,借助机器学习方法对其展开研究,以交叉验证法处理现有数据,构建了支持向量回归模型与随机森林回归预测模型,并对输入数据降维前后2种模型的预测表现进行了对比分析... 详细信息

针对当前回采工作面瓦斯涌出量预测方法选取不合理及预测精度不佳问题,借助机器学习方法对其展开研究,以交叉验证法处理现有数据,构建了支持向量回归模型与随机森林回归预测模型,并对输入数据降维前后2种模型的预测表现进行了对比分析。测试表明:经交叉验证及数据降维后2种预测模型趋于稳定、预测精度均有大幅提高,SVR模型的整体预测性能稍优于RFR模型,SVR模型每轮测试耗时约0.015 s,远低于后者;筛选后的SVR模型平均绝对误差约为0.18 m^(3)/min,平均相对误差约3.26%,优于RFR预测模型;建立的回采工作面瓦斯涌出量预测模型均表现良好,经随机森林筛选的SVR预测模型耗时较短、误差较小、稳定性更好,可实现对瓦斯涌出量的有效预测,对简化数据采集工作及科学制定瓦斯防治措施起到参考作用。

关键词：瓦斯涌出量预测交叉验证随机森林支持向量机特征选择