钻孔瓦斯涌出初速度q的数学模型建立
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瓦斯涌出量预测方法瓦斯涌出是煤矿井下常见的危险事件之一,如果未能及时控制,将严重危及煤炭生产和矿工生命安全。
因此,科学地预测瓦斯涌出量,对于煤矿安全生产至关重要。
本文将介绍几种不同的瓦斯涌出量预测方法。
经验公式法经验公式法是较为常用的瓦斯涌出量预测方法。
该方法需要根据实际的井下工作面情况和地质环境,选择相应的经验公式进行计算。
经验公式中一般含有以下几个变量:•采掘井工作面长度•采掘巷道截面积•煤层厚度•挡土层厚度•煤层自然吸附系数•煤层含气量•预期采出煤层瓦斯含量选择合适的经验公式进行计算,可以得到较为准确的瓦斯涌出量预测结果。
但是,由于经验公式适用范围较为狭窄,因此在具体应用中需要谨慎选择,并根据实际情况进行修正。
数值模拟法数值模拟法是一种较为常用的瓦斯涌出量预测方法。
该方法基于采用计算机对煤层内的瓦斯流动进行数值模拟,通过模拟得到瓦斯涌出量预测结果。
数值模拟法需要进行以下几个步骤:1.建立数学模型根据实际煤层环境和井下开采工况,建立数学模型,将煤层内的瓦斯流动过程模拟出来。
2.数据处理将所得模拟结果进行数据处理,得到相应的瓦斯涌出量预测结果。
3.验证和修正将预测结果与实测结果进行比较,进行验证。
如果有偏差,可以根据实际情况进行适当修正。
数值模拟法具有较高的准确性,适用于较为复杂的煤层环境和开采工况。
灰色模型法灰色模型法是一种较为简便的瓦斯涌出量预测方法。
该方法基于灰色理论,根据已知数据,建立灰色模型,预测未来的瓦斯涌出量。
灰色模型法需要进行以下几个步骤:1.观测数据的序列化将观测数据进行序列化,使其成为一个一维向量。
2.数据要素分析基于数据要素分析,确定预测模型的输入和输出变量。
3.建立灰色模型建立灰色模型,对数据进行分析和预测。
灰色模型法适用于瓦斯涌出量预测问题中,具有较为广泛的应用。
结论瓦斯涌出量预测是煤炭生产中的一个关键问题。
本文探讨了几种不同的瓦斯涌出量预测方法,分别为经验公式法、数值模拟法和灰色模型法。
一种数学方法对矿井突出后的瓦斯涌出量计算
张再殚;杨胜强;张丽;王成
【期刊名称】《煤矿安全》
【年(卷),期】2008(039)007
【摘要】当矿井发生煤与瓦斯突出后,由于瓦斯涌出量大,瓦斯扩散快,现场破坏严重,瓦斯涌出量无法准确计算,错失瓦斯资料的收集及事故的分析处理.本文利用高等数学中的微积分思想及数学模型推导出了两个数学公式.结合矿井实例,利用其系统本身的封闭性和已有的监测系统,在中远距离布点对突出点瓦斯涌出量进行了计算,取得了良好效果.
【总页数】4页(P20-23)
【作者】张再殚;杨胜强;张丽;王成
【作者单位】中国矿业大学,煤炭资源与开采国家重点实验室,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,煤炭资源与开采国家重点实验室,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,应用技术学院,江苏,徐州,221008;中国矿业大学,煤炭资源与开采国家重点实验室,江苏,徐州,221008
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
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一.区域预测在使用区域预测的地区,由于还未进行开拓,只能通过地质钻孔或专门的考察钻孔取样分析得出煤层或采区突出危险结论.1.单一指标法预测煤层突出危险性的指标可用煤的破坏类型、瓦斯放散初速度指标(△P)、煤的坚固性系数(f )和煤层瓦斯压力(P ),其判断煤层突出危险性的临界值,应根据矿井的实测资料确定,如无实测资料时,可参考表5、表6 所列数据划分,只有全部指标达到或超过其临界值时方可划为突出煤层。
2.瓦斯地质统计法采用瓦斯地质统计法进行区域预测时,应根据已开采区域确切掌握的煤层赋存和地质构造条件与突出分布的规律,划分出突出危险区域与突出威胁区域。
分突出危险区一般应符合下列要求:①在上水平发生过一次突出的区域,下水平的垂直对应区域应预测为突出危险区;②根据上水平突出点分布与地质构造的关系,确定突出点距构造线两侧的最远距离线,并结合地质部门提供的下水平或下部采区的地质构造分布,按照下水平构造线两侧的最远距离线向下推测下水平或下部采区的突出危险区域(图1)③末划定的其他区域为突出威胁区。
3. 采用综合指标法对煤层进行区域预测时应符合下列要求:(1)、在岩石工作面向突出煤层至少打两个测压钻孔,测定煤层瓦斯压力。
测压方法见附录三;(2)、在打测压孔的过程中,每米煤孔采取一个煤样,测定煤的坚固性系数(f );(3)、将两个测压孔所得的坚固性系数最小值加以平均作为煤层软分层的平均坚固性系数;(4)、将坚固件系数最小的两个煤样混合后,测定煤的瓦斯放散初速度指标(△P )。
煤层区域性突出危险性,可按下列两个综合指标判断:)2()1()74.0)(30075.0(--------------------∆=----------=f P K P f H D式中D ———煤层的突出危险性综合指标;K----------煤层的突出危险性综合指标;H----———开采深度,m;P----———煤层瓦斯压力,取两个测压钻孔实测瓦斯压力的最大值,Mpa;△P--———软分层煤的瓦斯放散初速度指标;f--- ———软分层煤的平均坚固性系数。
瓦斯含量、涌出量、抽放量、衰减系数(一)1、单孔瓦斯流量(m 3/min )(钻孔瓦斯抽放量)Q=K 1.S=K πDL K 1------瓦斯涌出速度或强度以(m 3/min.m 2)D----钻孔直径L-----钻孔长度K 1值计算方法 K 1=q 0e -αtq 0-----钻孔瓦斯涌出初速度 m 3/min.m 2α- 钻孔瓦斯流量衰减系数t---时间q 0计算方法 q 0=aX[0.0004V ad 2+0.16] m 3/min.m 2式中a 取0.026X 为煤层瓦斯含量V ad 煤层挥发分或者:q 0=0.59/1440 X钻孔瓦斯涌出衰减系数可以通过实测进行计算而得3、钻孔抽放时间决定因素①采掘布置允许的抽放时间,要达到抽采掘平衡②瓦斯抽放率。
与瓦斯涌出量有关系,国家有相应规定4、计算瓦斯含量两种方法:①直接法 采用钻孔取芯的地质钻孔取煤样方法采用解 吸仪进行计算。
②间接法。
利用实测某处瓦斯压力用公式反推瓦斯含量X=bp 1abp +×e 31.011W+n(t s -t) +k 10KP(二)第一节:瓦斯含量计算1.1 主要原理是利用瓦斯压力计算瓦斯原始含量瓦斯压力利用和深度的关系公式:P=(2.03-10.13) H (开采垂深及压力系数) 计算: 开采垂深取550m,,压力系数取2.6通过间接法公式计算得在最低水平时:1#煤的瓦斯含量为:12.29m 3/min第二节:区域抽采前的瓦斯含量2.1回采工作面瓦斯涌出量计算:q 采=q 1+q 2开采层相对瓦斯涌出量q 1=K 1 ×K 2 ×K 3 ×m(W 0-W C )/MW0由上式可得;W C残存瓦斯含量由公式计算而得,它与原煤的水分、灰分有直接关系K1和K2和K3由围岩瓦斯涌出、工作面丢煤系数、采区内准备巷道预排瓦斯有关残存瓦斯量为:W C为4.2m3/t (1#);2.25 m3/t(2#);2.37 m3/t(3#)q1=9.21m3/t邻近层瓦斯:开采1#煤时2#煤层涌入吨煤瓦斯量为: 3.26m3/t√√开采1#煤层时,3#煤层涌入吨煤瓦斯量为:4.41m3/t开采1#煤层时,围岩涌入瓦斯量为:9.21×15%=1.38m3/t邻近层总计:q2= 3.26+4.41+1.38=9.05m3/t累计:q采=18.26m3/t另外考虑瓦斯涌出不均匀性取回采工作面涌出系数为1.3总相对瓦斯涌出量为:1.3×18.26=23.74m3/t(与产量大小无关)折合绝对瓦斯涌出量:23.74×910/1440=15m3/min(与产量大小有直接关系)2.2掘进工作面瓦斯涌出量:(1)掘进煤壁瓦斯涌出量q3=D×V×q0 ×2(√L/V-1)=0.95m3/min(2)落煤瓦斯涌出量q4=S.V.r(W0-W c)=0.59m3/min绝对瓦斯涌出量总计q掘=1.54m3/min相对瓦斯涌出量总计1.54×1440/63.2=35.09m3/t(掘进的产量每天推算按63.2T)2.3采区的瓦斯涌出量计算(工作面和2个掘进面)q区=K’(∑q回Ai+1440∑q掘i)/A0此处K’瓦斯采区涌出不均匀系数1.3q回采面相对瓦斯涌出量Ai为采面平均日产量q掘为掘进面瓦斯相对涌出量A0为采区产量.与回采面的日产量相同.经计算二采区相对瓦斯涌出量为34.03m3/t2.4矿井瓦斯涌出量计算(矿井以一个采区二个掘进面达产)瓦斯除了本身一个采面之外,和两个掘进面之外,另还要考虑其它采区涌入瓦斯q=K’’’’(∑q区Ai)/∑A i矿井相对涌出量为:1.3×(34.3×910)/910=44.24m3/t(考虑其它涌入系数)矿井绝对涌出量:44.24×910/1440=27.96m3/min2.5抽采率的确定:因矿井绝对瓦斯涌出量为27.96m3/min在20-40之间故选择矿井抽采率达到35%为目标。
基于钻孔瓦斯涌出规律的突出危险性预测模型
陈诚;田世祥;赵佳佳;刘正堂
【期刊名称】《中国科技论文》
【年(卷),期】2024(19)1
【摘要】为提高急倾斜煤层上山掘进过程中煤与瓦斯突出危险性预测的准确性,首先,基于Mohr-Coulomb准则建立钻孔瓦斯流动模型;其次,通过数值模拟定量分析钻孔瓦斯初始涌出量和瓦斯压力之间的关系;最后,使用ZTL20/1000-Z型矿用隔爆预测装置对贵州洪兴煤矿111707上山掘进面进行现场试验。
结果表明:钻孔初始瓦斯涌出量与瓦斯压力呈正相关关系,其相关系数为0.977 3,钻孔初始瓦斯涌出量可以作为预测煤与瓦斯突出的一项参考指标;随着钻孔深度的增加,钻孔初始瓦斯流量会经历“稳定—增加—降低—稳定”4个阶段,钻孔瓦斯流量峰面积可以反映煤与瓦斯突出危险性。
【总页数】7页(P43-49)
【作者】陈诚;田世祥;赵佳佳;刘正堂
【作者单位】贵州大学矿业学院;六盘水恒鼎实业有限公司盘县乐民镇洪兴煤矿【正文语种】中文
【中图分类】TD713
【相关文献】
1.关于钻孔瓦斯涌出初速度法预测煤巷掘进工作面突出危险性的探讨
2.不同突出情况下钻孔瓦斯涌出规律研究
3.煤体初始瓦斯涌出规律预测煤巷突出危险性研究
4.
突出煤层卸压前后钻孔瓦斯涌出初速度的变化规律5.基于AE-CLSSA-ELM的煤与瓦斯突出危险性预测模型
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《提高瓦斯涌出初速度测定钻孔深度的实验研究及应用》篇一一、引言瓦斯涌出是煤矿生产中常见的现象,其初速度的测定对于矿井安全生产至关重要。
然而,如何准确、有效地测定瓦斯涌出初速度以及与之相关的钻孔深度,一直是煤矿安全生产领域亟待解决的问题。
本文旨在通过实验研究,探讨提高瓦斯涌出初速度测定准确性的方法,并分析其在煤矿生产中的应用。
二、实验研究1. 实验材料与方法本实验采用煤矿实际生产中的瓦斯样品,利用钻孔设备进行瓦斯涌出实验。
通过改变钻孔深度、钻孔速度、钻孔角度等参数,观察瓦斯涌出初速度的变化,并记录相关数据。
2. 实验过程与数据分析在实验过程中,我们分别对不同钻孔深度下的瓦斯涌出初速度进行了测定。
通过分析数据,我们发现钻孔深度对瓦斯涌出初速度具有显著影响。
随着钻孔深度的增加,瓦斯涌出初速度呈现先增后减的趋势。
这一现象表明,存在一个最佳的钻孔深度,使得瓦斯涌出初速度达到最大值。
为了进一步提高测定的准确性,我们采用了多种方法对数据进行处理和分析。
首先,我们利用统计学方法对数据进行筛选和去噪,以消除实验过程中的干扰因素。
其次,我们采用曲线拟合的方法,建立了钻孔深度与瓦斯涌出初速度之间的数学模型。
通过该模型,我们可以更加准确地预测不同钻孔深度下的瓦斯涌出初速度。
三、结果与讨论通过实验研究,我们得出以下结论:1. 存在一个最佳的钻孔深度,使得瓦斯涌出初速度达到最大值。
这一发现对于优化煤矿生产过程中的瓦斯治理具有重要意义。
2. 通过采用统计学方法和曲线拟合方法,可以显著提高瓦斯涌出初速度测定的准确性。
这将有助于更好地监测煤矿生产过程中的瓦斯涌出现象,及时发现潜在的安全隐患。
3. 在实际应用中,我们可以根据煤矿生产实际情况,结合本文提出的数学模型,合理设定钻孔深度,以实现瓦斯涌出初速度的有效控制。
这将有助于提高煤矿生产的安全性,降低事故发生的概率。
然而,本文的研究仍存在一定局限性。
例如,实验过程中可能存在其他影响因素未被充分考虑,如瓦斯成分、温度、压力等。
精心整理一、预测原则1、根据矿井瓦斯涌出量预测方法(AQ1018-2006标准)。
2、本矿井处于基建阶段,瓦斯涌出主要来源为回采工作面、煤巷掘进面及煤壁涌出。
3、岩巷瓦斯涌出量一般按照工作面配风量和工作面瓦斯浓度进行计算。
4、全矿井的瓦斯涌出量由煤、岩巷掘进工作面、其他巷道或硐室和瓦斯抽采量组成。
二、预测依据1、回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达,以24h 为一个预测圆班,采用式(1-1)计算。
21q q q +=采式(1-1)式中:q 采一回采工作面相对瓦斯涌出量,m 3/t ;q 1一开采层相对瓦斯涌出量,m 3/t ;q 2一邻近层相对瓦斯涌出量,m 3/t 。
开采层和邻近层相对瓦斯涌出量计算方法如下:a.不分层开采时,开采层瓦斯涌出量由式(1-2)计算:()c W W Mm k k k q -∙∙∙∙=03211式(1-2) 式中:q 1一开采层相对瓦斯涌出量,m 3/t ;K 1一围岩瓦斯涌出系数,取1.2;K 2—工作面丢煤瓦斯涌出系数,取1.18;K 3—采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数,取0.83;m 一开采层厚度,6m ;M 一工作面采高,3.5m ;W 0—煤层原始瓦斯含量,m 3/t ;Wc —运出矿井后煤的残存瓦斯含量,m 3/t 。
精心整理 b.未开采邻近层,故不计算邻近层瓦斯涌出量。
2、掘进工作面煤壁和落煤瓦斯涌出量a.掘进巷道煤壁瓦斯涌出量掘进巷道煤壁瓦斯涌出量采用式(1-1)计算。
30q (21)L D v q v=∙∙∙-(1-1) 式中:q 3—掘进巷道煤壁瓦斯涌出量,m 3/min ;D —巷道断面内暴露煤壁面的周边长度,m ;本矿主采3#煤层,煤层平均厚度为6.27m ;对于厚煤层,D =2h+b ,h 及b 分别为巷道的高度及宽度。
υ—巷道平均掘进速度,m /min ;L —巷道长度,m ;q 0—煤壁瓦斯涌出强度,m 3/(m 2?min ),如无实测值可参考式(1-2)计算。
瓦斯参数与钻孔瓦斯涌出速度的关系探讨摘要:钻孔瓦斯涌出初速度与煤层的瓦斯压力、瓦斯含量的大小有关,钻孔长度和直径以及钻孔的位置,导气管的阻力也会对钻孔瓦斯涌出初速度有相当大的影响。
本文在钻孔内变化的压力边界条件下解算钻孔附近瓦斯流动时利用有限差分方法、得到钻孔瓦斯涌出量以及速度随时间的变化规律。
结果表明:煤层透气性系数及煤层瓦斯压力的大小对钻孔瓦斯涌出初速度和瓦斯涌出的时间有较大的影响。
关键字:瓦斯涌出初速度;钻孔;瓦斯流量1引言煤层的原始瓦斯压力大小、煤层渗透率大小等相关参数对钻孔瓦斯涌出初速度究竟影响有多大,随着瓦斯压力及透气性系数的变化,钻孔瓦斯涌出初速度会发生多大的变化呢?本文在考虑导气管和流量计阻力、测压室瓦斯压力变化动态边界条件下,研究了煤层瓦斯压力和透气性系数变化对钻孔瓦斯涌出初速度的影响程度。
2钻孔瓦斯涌出初速度的数学模型2.1利用数学模型建立计算方程煤层是一个非常复杂的多空介质,煤层内瓦斯的流动过程非常复杂,可以假设这个过程符合几个基本的条件:1、煤层中的瓦斯流动符合达西定律和理想气体方程;2、瓦斯压力均匀分布,顶底板处于密闭状态;3、瓦斯含量中的吸附瓦斯量符合朗格缪尔方程;4、钻孔密封性好,钻孔基本不受采动影响。
根据以上假设可推得煤层瓦斯流动的控制方程:(1)其中:式中:—煤的容重,t/m3;—煤层中瓦斯压力,MPa;—煤层渗透率,m2;—瓦斯动力粘度,MPa·s;—标准大气压力,MPa;—孔隙率,%;—吸附常数;—吸附常数;—煤的容重,t/m3。
2.2钻孔瓦斯含量及瓦斯压力计算由于煤层内部与新暴露煤壁处瓦斯压力梯度使得瓦斯由煤层内部向煤壁不断的流动。
根据达西定律建立测量室质量平衡方程,可以计算出钻孔煤壁单位面积瓦斯涌出量:(2)钻孔内瓦斯压力可以根据气体状态方程计算:(3)式中:—测量室瓦斯压力,MPa;—瓦斯的摩尔质量,kg/mol;—瓦斯的气体常数, =518.2;—钻孔体积,m3。