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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
【相关文献】
1.瓦斯涌出量在矿井风量计算中的应用 [J], 江泽标
2.小型煤矿矿井风量计算中瓦斯涌出量取值的探讨 [J], 姚博海
3.矿井瓦斯涌出量计算及应用 [J], 徐光亮
4.瓦斯涌出特征预警技术在突出矿井中的应用 [J], 覃木广
5.巴彦高勒矿井瓦斯涌出量计算 [J], 杨建良
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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。
突出煤层鉴定的单项指标临界值
根据煤层瓦斯压力或瓦斯含量进行区域预测的临界值
石门揭煤工作面突出危险性预测综合指标D、K参考临界值
钻屑瓦斯解吸指标法预测石门揭煤工作面突出危险性的参考临界值
钻屑指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的参考临界值
复合指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性的参考临界值
R值指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性
R=（S max-1.8）（q max-4）
S max每个钻孔沿孔长的最大钻屑量，L/m
q max每个钻孔的最大钻孔瓦斯涌出初速度，L/min 判定各煤层煤巷掘进工作面突出危险性的临界值应根据试验考察确定，在确定前可暂按以下指标进行预测：
当所有钻孔的R值小于6且未发现其他异常情况时，该工作面预测为无突出危险工作面；否则，判定为突出危险工作面。
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。
钻孔瓦斯涌出初速度q的数学模型建立摘要：通过对钻孔瓦斯涌出初速度的影响因素的综合全面理论分析，运用量纲理论和方分析其影响因素的量纲，建立起钻孔瓦斯涌出初速度的数学模型。
根据所得的数学模型进行理论分析并和原来重庆研究院得出的数学模型进行比较分析研究后，初步得出此模型更有实际应用价值的结论，并且引导学者对这方面理论研究的思考。
关键词：煤与瓦斯突出；突出预测敏感指标；钻孔瓦斯涌出初速度;量纲分析；数学模型Drilling Gas Inrush Initial rate of the mathematicalmodel of qFAN Haidong, CAI Chenggong, WANG Yao, WANG Tiantai( Institute of Gas-Geology, Henan Polytechnic University , Jiaozuo 454003, China ) Abstract:Drilling through the initial velocity of gas emission factors comprehensive theoretical analysis, the use of dimensional theory and its influencing factors in the party dimension, and establish a drilling rate of gas emission model. According to the mathematical model derived from theoretical analysis and obtained the original model of Chongqing Institute of comparative analysis study, the preliminary draw of this model is more practical value of the conclusions, and theoretical research in this area to guide scholars in China.Key words：Coal and gas outburst; outburst prediction sensitive indicators; drilling Gas Inrush Initial rate; dimensional analysis; mathematical model0 引言煤与瓦斯突出是煤矿井下采掘过程中发生的一种极其复杂的动力现象，是严重威胁煤矿安全生产的自然灾害之一。
目前国际上还没有找到有效的防治“煤与瓦斯突出”的方法，随着开采深度的加大，地压的增大，“煤与瓦斯突出”事故呈持续上升趋势，因此做好煤与瓦斯突出预测工作成为了重中之重，因此，就有了突出预测指标。
然而从煤与瓦斯突出预测的角度来看，煤与瓦斯突出预测指标必须能够反映地应力、瓦斯压力、瓦斯含量的大小以及煤层破坏程度。
按照原《细则》第35条规定，在突出危险区域掘进时，可以采用钻孔瓦斯涌出初速度法、R值指标法、钻屑指标法(包含钻屑量S 和钻屑解吸指标Δh2 或K1值)和其他证实有效的方法预测煤巷掘进工作面的突出危险性[1]。
而在最近修改的《防治煤与瓦斯突出规定》第74条规定中采用了包括钻孔瓦斯涌出初速度和钻屑量的复合指标法（其主要参数是钻孔瓦斯涌出初速度）和R指标法，并在第76条和77条明确规定其用法。
从这些指标的物理意义看，都反映了掘进工作面附近的应力状态和瓦斯大小，均属于综合性指标；根据这些指标的测定方法分析，钻孔瓦斯涌出初速度q受人为因素和自然因素的影响较小，测定结果比较准确，而钻屑量S和钻屑解吸指标Δh2或K1值则受人为因素和自然因素的影响较大，测定结果可靠性较低；所以试验选取钻孔瓦斯涌出初速度q为主要预测指标，钻屑量S和钻屑解吸指标Δh2作为辅助预测指标，同时也观测钻屑温度的变化。
我国《防治煤与瓦斯突出规定》规定采用复合指标法预测煤巷掘进工作面突出危险性，而复合指标法的主要参数是钻孔瓦斯涌出初速度，钻孔瓦斯涌出初速度的定义是在煤层中按规定的技术要求施工钻孔，在达到预定深度后，在2min内，测量在规定长度钻孔内涌出的瓦斯流量。
可以说钻孔瓦斯涌出初速度基本上全面地反映了决定煤层突出危险性的全部因素，如煤层的应力状态、自然瓦斯含量、透气性和煤的力学性质的变化，该指标值反映了煤与瓦斯突出的危险程度[2]。
1 量纲分析理论量纲分析是20世纪初提出的，是在物理领域中建立数学模型的一种方法，它是在经验和实验的基础上，利用物理定律的量纲齐次原则，确定各物理量之间的关系[3]。
量纲齐次原则与Pi 定理量纲分析是自然科学中一种研究和分析方法。
它是根据一切物理量所必须具有的形式来分析判断事物间数量关系所遵循的一般规律。
并且通过量纲分析可以检查反映物理现象规律的方程在计量方面是否正确，是否合理等。
甚至可提供寻找物理现象中某些规律的线索的一种方法。
量纲中各种物理量之间存在着关系，说明它们的结构必然由若干统一的基础成分组成，并按各成分的多寡形成量与量间的千差万别。
物理量的这种基本构成成分统称为量纲。
许多物理量是有量纲的，有些物理量的量纲是基本的，另一些物理量的量纲则可以由基本量纲根据其定义或某些物理定律推导出来。
例如在动力学中，把长度l ，质量m 和时间t 的量纲作为基本量纲，记为[]l L = []m M = []t T =而速度v 、力f 的量纲可表示为[]1v LT -= []2f M L T -= 在国际单位制中，有7个基本量：长度、质量、时间、电流、温度、光强度和物质的量，它们的量纲分别为L 、M 、T 、I 、Θ、J 、和N ；这些量纲称之为基本量纲。
在实际理论研究中，人们通过定义各种物理量来描述物理现象，来确定物理系统所处的状态。
可以说任一物理量的定义给出被定义量同有关量之间的关系，并且各物理量之间的有规律联系还通过自然界的各种定律表示出来。
因此当一个单位制的基本量确定后，其他量就可通过既定的关系或定律，定义为用基本量表示的导出量，并通过代数表达式表示为基本量的幂次乘积。
即任何一个物理量q 的量纲都可以表成基本量纲的幂次之积：[]ηξεδγβαJ N I T M L q Θ= 其中ηζτδγβα,,,,,, 为待定系数。
量纲齐次性原则：用数学公式表示一个物理定律时，等式两端必须保持量纲一致。
量纲分析就是在保证量纲一致的原则下，分析和探求物理量之间关系，下面我们给出用于量纲分析建模的Buckingham Pi 定理，定理：设n 个物理量n q q q ,...,,21之间存在一个函数关系 ()0,...,,21=n x q q f （1） [][]m x x ,...,1为基本量纲，n m ≤。
1x 的量纲可表示为：)....,,2,1(][][1n i x x ij j m j i ==∏=α矩阵n m ij A ⨯=)(α称为量纲距阵，若,r RankA =则（1）式与下式等价，0),...,,(21=-r n F πππ其中F 为一个未定的函数关系，),...,2,1(r n s s -=π为无量纲量，且s π可表示为)(1s i ini s x βπ∏== (2)而),...,,()()(2)(1)(s n s s s ββββ=为线性齐次方程组0=βT A 的基本解向量。
利用Pi 定理建模，关键是确定与该问题相关的几个基本量纲的无量纲量12,,...,.n r πππ-2 钻孔瓦斯涌出初速度的影响因素及量纲我们所谈及的钻孔瓦斯涌出初速度指标q ，在《防突细则》上有明确的规定和用法。
钻孔瓦斯涌出初速度q 原先是在俄罗斯马凯耶夫煤矿安全研究所提出的，被列入前苏联《在有煤、岩石和瓦斯突出倾向煤层安全采掘规程》得到了广泛使用的预测指标，之后被我国所借鉴[4]。
钻孔瓦斯涌出初速度q 可以说基本上全面反映了决定煤层突出危险性的全部因素，如煤层的应力状态、瓦斯压力、瓦斯含量、透气性和煤的力学性质的变化,该指标值反映了煤与瓦斯突出的危险程度，故在此进行特殊研究。
我们仅考虑地应力、瓦斯、煤的结构对它的影响，即这是建立在煤与瓦斯突出的综合假说机理上的。
钻孔瓦斯涌出初速度q 的单位字面理解是每分钟涌出多少升瓦斯，即L/min ，但是实际上考虑到测量室长度对它的影响，为/(min )l m ⋅。
故它的量纲可用基本量纲（长度L 、质量M 和时间T ）表示为21L T -；地应力σ和瓦斯压力p 的在国际单位中都是Pa ，可用基本量刚表示为12L MT --；煤层瓦斯含量X 的单位为3/m t ，可用基本量纲表示为31L M -；煤的坚固性系数f ，根据MT49-87所要求的测定方法和测量它的物理意义，可用基本量纲表示为2L -表示；煤层瓦斯透气性系数的单位为22/m MPa d ⋅，可用基本量纲表示为423L M T -。
3 钻孔瓦斯涌出初速度数学模型的建立钻孔瓦斯涌出初速度q 的大小主要取决于测定钻孔范围煤体的残存瓦斯压力、瓦斯含量、应力状态、煤的破坏程度、瓦斯放散能力和煤层透气性能等煤的物理力学特性，即钻孔瓦斯涌出初速度q 是工作面前方应力、瓦斯、煤的力学性质、煤层结构及构造破坏程度等因素的函数，这里我们仅考虑地应力、瓦斯、煤的结构对它的影响（即建立在煤与瓦斯突出的综合作用假说上的）。
则有：),,,,(λσF X P f q = （3）式中σ为钻孔范围内煤层中应力；P 、X 为煤体内瓦斯压力和含量，其中瓦斯压力P 更多地表征瓦斯流动动力源和膨胀能，含量X 表征煤体对瓦斯的吸附特性的大小；F （避免和函数f 相混淆）为煤的强度，表征煤的力学性质，用煤的坚固性系数f 的物理意义表示；λ为煤体渗透性系数，这与煤受的应力有关。
他们共同表征地质构造对煤体的作用结果。
下面我们利用pi 定理分析钻孔瓦斯涌出初速度q 和上述物理之间的关系3.1 钻孔瓦斯涌出初速度问题中涉及的物理量及量纲为：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧======--------324213212112][][][][][][TM L L F ML X MT L P MTL T L q λσ 我们要寻求的关系式为：0),,,,,(=λσϕF X P q （4）这些物理量中涉及到的基本量纲为：L 、M 、T3.2 写出其量纲矩阵为：TM L A T ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡--------=300221201110423112 3=A rank3.3 解齐次线性方程组0T A β=可得3n rank A -=个基本解向量⎪⎩⎪⎨⎧-=--=-=T T T)1,0,0,0,2,1()10,1,0,1,2()0,0,0,1,1,0()3()2()1(βββ有（2）式，可给出3个无量量纲 ⎪⎩⎪⎨⎧===----λσπσπσπ213112211q F X q P （5） 由pi 定理，（4）等价下列方程：0),,(321=Φπππ （6）这里Φ是未定的函数。
