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动态瓦斯地质预测算法研究与可视化应用

中国安全生产科学技术 2022年第6期18卷 65-69页

作者：廖巍中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

为实现煤矿瓦斯地质动态精准预测与可视化,基于煤层埋深、厚度、倾角、地质构造等多种因素,通过将相似的地质模块定义为同一微单元,在此基础上将反距离权重插值算法和递归邻域搜索策略与数据优化处理算法相结合,应用于瓦斯地质动态预测... 详细信息

为实现煤矿瓦斯地质动态精准预测与可视化,基于煤层埋深、厚度、倾角、地质构造等多种因素,通过将相似的地质模块定义为同一微单元,在此基础上将反距离权重插值算法和递归邻域搜索策略与数据优化处理算法相结合,应用于瓦斯地质动态预测可视化系统开发。研究结果表明:根据递归邻域搜索算法模型开发的多级瓦斯地质图动态分析系统利用瓦斯地质基础数据可对矿井瓦斯含量、压力、涌出量等瓦斯赋存参数进行实时分析和计算,动态绘制散点图、等值线和区域预测图,使瓦斯区域预测图过渡更加平缓,显著提高预测的精准性及整体的显示效果,同时其制图耗时也无明显增加,可为高瓦斯矿井安全生产提供决策依据。

关键词：瓦斯地质微单元插值动态预测精准性

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彬长低阶煤高瓦斯矿区瓦斯地质及其涌出特征

煤炭学报 2019年第7期44卷 2151-2158页

作者：蔺亚兵秦勇王兴段中会马东民中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221116 国土资源部煤炭资源勘查与综合利用重点实验室陕西西安710021 西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054

针对近年来低煤阶煤矿区高瓦斯矿井数量增多,但瓦斯赋存规律及涌出特征知之甚少的问题,以陕西省黄陇煤田彬长矿区为例,依据勘查阶段和煤矿生产过程中测试的瓦斯参数及抽采数据,总结分析低煤阶煤矿区矿井瓦斯参数及瓦斯富集规律,讨论地... 详细信息

针对近年来低煤阶煤矿区高瓦斯矿井数量增多,但瓦斯赋存规律及涌出特征知之甚少的问题,以陕西省黄陇煤田彬长矿区为例,依据勘查阶段和煤矿生产过程中测试的瓦斯参数及抽采数据,总结分析低煤阶煤矿区矿井瓦斯参数及瓦斯富集规律,讨论地质因素对低煤阶煤矿区瓦斯涌出特征的影响及其机理。研究表明,低阶煤煤化程度低,孔隙度较高,游离气含量高,煤层透气性好,瓦斯富集规律和涌出特征明显区别于中、高阶煤。彬长矿区发育大佛寺瓦斯富集区、小庄-亭南瓦斯富集区、胡家河瓦斯富集区3个瓦斯富集区。地质构造是控制低煤阶煤矿区矿井瓦斯富集的主要因素,煤质特征决定了低煤阶矿区瓦斯赋存状态。瓦斯涌出量同时受控于开采层瓦斯含量、煤厚、煤层底板标高、地质构造等地质因素。开采煤层原位瓦斯含量越高,煤层厚度越大,煤层底板标高越大,回采工作面瓦斯涌出量越大。褶曲翼部瓦斯涌出量明显要大于向斜轴部宽缓区域,翼部地层倾角越大,回采工作面瓦斯涌出量越大,褶曲对煤层倾角的影响控制了低阶煤瓦斯涌出特征。断层附近受游离气含量的影响,易造成回采工作面瓦斯涌出量突然增大。综采放顶煤采煤工艺在显著提高煤炭产量的同时,也造成了近年来低煤阶煤矿区高瓦斯矿井数量增多。

关键词：低阶煤高瓦斯矿区瓦斯地质瓦斯涌出地质因素彬长矿区

高瓦斯矿井采煤工作面瓦斯地质分级评价方法与实践

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煤炭学报 2019年第8期44卷 2409-2418页

作者：郭晨夏玉成孙学阳王生全王社荣杜荣军解海军许珂西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 陕西省煤炭绿色开发地质保障重点实验室陕西西安710054 西安科技大学煤炭绿色开采地质研究院陕西西安710054 西安科技大学地质资源与地质工程博士后科研流动站陕西西安710054 陕西煤业化工集团韩城矿业有限公司陕西韩城715400

瓦斯灾害是制约我国煤矿安全生产的主要灾害类型,在当前煤炭精准开采背景下,如何在工作面尺度实现瓦斯地质分级评价与风险精准识别,成为保障高瓦斯矿井安全、高效生产的关键。韩城矿区位于鄂尔多斯盆地东南缘渭北石炭—二叠纪煤田,构造... 详细信息

瓦斯灾害是制约我国煤矿安全生产的主要灾害类型,在当前煤炭精准开采背景下,如何在工作面尺度实现瓦斯地质分级评价与风险精准识别,成为保障高瓦斯矿井安全、高效生产的关键。韩城矿区位于鄂尔多斯盆地东南缘渭北石炭—二叠纪煤田,构造条件复杂,瓦斯含量高且瓦斯动力现象频发,但工作面尺度瓦斯地质及致灾风险缺乏精细研究,对实际生产指导性不足。基于此,本文立足韩城矿区瓦斯地质条件,基于适用性与可行性原则优选煤层埋深、厚度、煤体结构、构造变形、绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量共6个参数作为基本指标,厘定其分级评价阈值标准;基于多层次模糊数学评价原理,提出了包括评价参数体系确立与分级、隶属函数与权重确定、数学模型构建、地质成图与分区评价等流程的工作面瓦斯地质分级评价方法。在此基础上,以桑树坪矿4321回采工作面为例,对其进行网格剖分,耦合单因素地质指标计算瓦斯地质分级评价指数,结果显示该工作面瓦斯地质条件差异显著,可划分为Ⅰ型有利区、Ⅱ型相对有利区、Ⅲ型相对不利区和Ⅳ型不利区,分区结果与实际地质条件具有较好的一致性,煤层构造变形及煤体结构破碎是制约工作面安全回采的主要地质因素。建立的工作面多层次模糊数学瓦斯地质分级评价方法符合当前煤炭精准、安全开采的现实需求,对其他高瓦斯矿井和构造煤区瓦斯地质保障具有借鉴意义。

关键词：瓦斯地质工作面分级评价层次分析构造煤

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构造复杂矿区煤与瓦斯突出瓦斯地质分析

中国安全科学学报 2019年第1期29卷 119-124页

作者：高魁乔国栋刘健张树川安徽理工大学能源与安全学院安徽淮南232001 安徽理工大学煤矿安全高效开采省部共建教育部重点实验室安徽淮南232001

为深入认识地质构造带煤与瓦斯突出事故的发生机制,以芦岭矿为例,运用瓦斯地质理论,论述矿区的构造特征和瓦斯地质特征,分析压扭性断层形成过程中构造运动对煤体结构和瓦斯赋存的影响。研究发现,芦岭矿位于逆冲断裂地质构造带上盘,构造... 详细信息

为深入认识地质构造带煤与瓦斯突出事故的发生机制,以芦岭矿为例,运用瓦斯地质理论,论述矿区的构造特征和瓦斯地质特征,分析压扭性断层形成过程中构造运动对煤体结构和瓦斯赋存的影响。研究发现,芦岭矿位于逆冲断裂地质构造带上盘,构造松软煤层发育,压扭性断层和层滑构造对矿区影响明显;在挤压应力作用下,压扭性封闭性逆断层区域煤体裂隙发育,应力控制着瓦斯向裂隙发育区运移和聚集,使其成为高压瓦斯富集区;受采掘等作业影响,在煤层暴露的瞬间,压扭性逆断层构造带附近区域煤体内储存的大量承压状态瓦斯和构造松软煤岩混合物被疾速抛出,从而形成煤与瓦斯突出。

关键词：煤与瓦斯突出瓦斯地质构造演化地质构造带松软煤层

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瓦斯地质动态分析技术体系在杨河煤业的应用

能源与环保 2020年第6期42卷 69-72,76页

作者：覃木广瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

通过对杨河煤业建立的信息化、智能化、科学化瓦斯地质动态分析技术体系进行分析,杨河煤业实现了矿区瓦斯灾害防治的过程化预控,巩固了矿井煤与瓦斯突出防治基础工作。从其应用效果来看,瓦斯地质动态分析技术体系实现了瓦斯灾害防治从... 详细信息

通过对杨河煤业建立的信息化、智能化、科学化瓦斯地质动态分析技术体系进行分析,杨河煤业实现了矿区瓦斯灾害防治的过程化预控,巩固了矿井煤与瓦斯突出防治基础工作。从其应用效果来看,瓦斯地质动态分析技术体系实现了瓦斯灾害防治从“区域”到“局部”的全过程把控,从“宏观”上掌握了矿井瓦斯的赋存规律及主控因素和矿井瓦斯地质动态分析技术,为实现高效区域瓦斯治理提供了技术支撑;从“局部”防控技术角度建立了工作面突出危险动态分析技术,可高效支撑采掘工作面日常防突工作。

关键词：瓦斯地质动态分析瓦斯灾害

瓦斯地质及瓦斯涌出动态预测可视化系统研究及应用

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煤炭工程 2016年第4期48卷 62-64,67页

作者：李晓华周炳秋韩真理贵州省矿山安全科学研究院贵州贵阳550025 贵州省煤矿设计研究院贵州贵阳550025

为了防止工作面瓦斯异常涌出引起瓦斯事故的发生,采用瓦斯地质分析方法和GIS空间分析技术,实现对矿井瓦斯地质的动态分析;同时结合工作面瓦斯抽采动态信息,采用分源预测的方法实现对工作面前方煤体瓦斯涌出量动态预测的可视化;在对系统... 详细信息

为了防止工作面瓦斯异常涌出引起瓦斯事故的发生,采用瓦斯地质分析方法和GIS空间分析技术,实现对矿井瓦斯地质的动态分析;同时结合工作面瓦斯抽采动态信息,采用分源预测的方法实现对工作面前方煤体瓦斯涌出量动态预测的可视化;在对系统模块及架构设计的基础上,运用Map GIS开发平台、采用其关键技术实现了可视化功能,并在林华煤矿得到了成功运用。

关键词：瓦斯地质瓦斯涌出动态预测可视化

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瓦斯地质动态分析及瓦斯涌出实时预警系统

工矿自动化 2015年第3期41卷 5-9页

作者：崔俊飞瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室重庆400037 中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆400037

为了防止煤与瓦斯突出事故,提高矿井的安全保障能力,结合新元公司实际情况,建立了瓦斯地质动态分析及瓦斯涌出实时预警系统。在统计和分析该公司矿井瓦斯地质相关资料的基础上,创建了瓦斯地质空间数据库,采用动态分析技术筛选出了影响... 详细信息

为了防止煤与瓦斯突出事故,提高矿井的安全保障能力,结合新元公司实际情况,建立了瓦斯地质动态分析及瓦斯涌出实时预警系统。在统计和分析该公司矿井瓦斯地质相关资料的基础上,创建了瓦斯地质空间数据库,采用动态分析技术筛选出了影响瓦斯赋存的主控因素,自动绘制了瓦斯参数等值线并划分出突出危险区。对突出危险区内的工作面进行重点关注,考察其瓦斯涌出特征及预警指标,并与瓦斯监测系统无缝连接,实现了非接触式连续预警。

关键词：煤与瓦斯突出瓦斯地质瓦斯涌出实时预警

低中煤阶构造煤的纳米级孔隙分形特征及瓦斯地质意义

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天然气地球科学 2017年第1期28卷 173-182页

作者：李凤丽姜波宋昱汤政中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116 中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008

利用低温液氮吸附实验,研究不同类型构造煤的孔隙结构和分形特征。研究表明:低中煤级构造煤的低温液氮吸附回线分为Ⅰ—Ⅲ类,Ⅰ类为碎裂煤孔隙,主要由一端开口及两端开口的圆筒形孔构成;Ⅱ类为片状煤和鳞片煤孔隙,主要由两端开口的圆筒... 详细信息

利用低温液氮吸附实验,研究不同类型构造煤的孔隙结构和分形特征。研究表明:低中煤级构造煤的低温液氮吸附回线分为Ⅰ—Ⅲ类,Ⅰ类为碎裂煤孔隙,主要由一端开口及两端开口的圆筒形孔构成;Ⅱ类为片状煤和鳞片煤孔隙,主要由两端开口的圆筒形孔构成,含少量墨水瓶形孔和狭缝平板形孔;Ⅲ类为揉皱煤孔隙,主要由墨水瓶形孔和狭缝平板形孔构成。从原生结构煤到揉皱煤,大孔(>50nm)比表面积逐渐降低,介孔(2~50nm)比表面积变化不大,微孔(2.9)的揉皱煤,构造变形强,孔隙形态复杂,比表面积大;分形维数较低(2.6瓦斯突出机制进行了探讨。

关键词：低温液氮吸附孔隙结构分形特征瓦斯地质

阳泉矿区瓦斯地质特征与CO2相变致裂瓦斯治理研究

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阳泉矿区瓦斯地质特征与CO2相变致裂瓦斯治理研究

作者：杨百舸河南理工大学

学位级别：硕士

阳泉矿区是我国煤与瓦斯突出较为严重的矿区,突出矿井数量较多,煤矿瓦斯灾害严重。CO相变致裂技术是一种新兴的煤矿瓦斯治理技术,目前已在全国多个矿区开展应用,应用效果良好。但阳泉矿区具有独特的瓦斯地质特征,与之适配的CO相变致裂... 详细信息

阳泉矿区是我国煤与瓦斯突出较为严重的矿区,突出矿井数量较多,煤矿瓦斯灾害严重。CO相变致裂技术是一种新兴的煤矿瓦斯治理技术,目前已在全国多个矿区开展应用,应用效果良好。但阳泉矿区具有独特的瓦斯地质特征,与之适配的CO相变致裂瓦斯治理模式尚未得到充分研究。鉴于此,借助CO相变致裂技术,研究阳泉矿区瓦斯地质特征及瓦斯治理技术难题,综合采用煤样冲击实验、数值模拟、瓦斯治理现场实验方法,完成孔裂隙尺度变化情况分析、煤层裂缝扩展规律研究、掘进工作面瓦斯治理效果考察,分析不同技术参数下CO相变致裂对煤层的破坏规律,探究适配于阳泉矿区的CO相变致裂瓦斯治理模式,形成如下主要研究结论。(1)查明了阳泉矿区瓦斯地质特征与瓦斯治理难题。阳泉矿区主体位于区域单斜构造,区内小型正断层、背斜和向斜发育,瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯涌出量、突出危险性大,并随采深增加而增大。瓦斯赋存不均衡,构造软煤发育,煤层透气性差,瓦斯抽采和瓦斯治理难度大。矿区目前采用的密集钻孔掘进防突技术效果不明显,瓦斯抽采效率和巷道掘进效率低下,K值和瓦斯涌出量持续超限,瓦斯动力现象频繁发生,严重影响了煤矿采掘衔接。(2)揭示了“造缝扩孔”效应,该效应随致裂压力增大而增强。扫描电子显微镜观测及高压压汞实验显示:相比120MPa致裂冲击煤样,150MPa致裂冲击煤样孔裂隙增加,最大裂缝宽度从3.29μm提高到3.84μm,提高了17%;100 nm以上孔的孔容从0.0141 m L/g提高到0.0165 m L/g,提高了17%;100 nm以上孔的孔比表面积从0.0200 m/g提高到0.0315 m/g,提高了58%,孔容中值孔径从33.80 nm提高到82.20nm,提高了143%。(3)150 MPa双孔致裂模式下,煤层裂缝扩展尺度和损伤面积大。借助ANSYS开展不同压力单孔/双孔CO相变致裂煤层裂缝扩展数值模拟,结果显示:“150 MPa双孔致裂”模式下,卸压范围10.50 m,损伤面积26.82 m,形成的裂缝更发育,可有效覆盖掘进巷道及两帮范围,更加具有现实意义。(4)实际验证了“150 MPa双孔致裂”模式下,增透、卸压、均化瓦斯涌出、防突效果显著。150 MPa双孔致裂模式相比密集钻孔技术,瓦斯抽采单孔浓度从36%提高到69%,提高了0.9倍;百米钻孔纯流量从31 m/d提高到122 m/d,提高了2.9倍;K值超标率从39.1‰降低到1.9‰,降低了95%;K值方差从0.0108降低到0.0012,降低了89%;动力现象从18次降低到0次;掘进月进尺从47 m提高到90 m,提高了91%。(5)阳泉矿区煤的透气性差,易发生煤与瓦斯突出,瓦斯抽采难度大,巷道掘进效率低下,K值和瓦斯涌出量持续超限,瓦斯动力现象频繁,严重影响了煤矿采掘衔接。CO相变致裂对煤层具有“造缝扩孔”的综合作用效应,该效应随致裂压力的增大而增强。150 MPa双孔致裂模式下,煤层裂缝扩展尺度和损伤面积大,增透、卸压、均化瓦斯涌出、防突效果显著,在阳泉矿区得到了工程化验证,形成了适配于阳泉矿区突出煤层掘进工作面的高效抽采、卸压均压、均化瓦斯涌出、防突消突和快速掘进的瓦斯治理模式。图59幅,表26个,参考文献116篇。

关键词：瓦斯地质 CO2相变致裂煤矿瓦斯治理煤与瓦斯突出阳泉矿区煤巷掘进数值模拟