基于GM模型的河西走廊区域地下水矿化度预测

研究地下水矿化度对于建设优美的生态环境、实现水资源的可持续发展具有十分重要的意义。通过GM(1,1)预测模型和GM(1,N)预测模型对双河村和新兴村地下水矿化度进行预测,并与实际检测值进行对比分析,发现GM(1,1)模型预测双河村与新兴村地下水矿化度预测值,预测结果与实际值大体变化趋势相同;而GM(1,N)模型下双河村与新兴村地下水矿化度预测值与实际值的变化一致,双河村的预测平均相对误差5.09%,预测精度94.91%,对新兴村的预测平均相对误差3.20%,预测精度96.80%,模型拟合效果较为科学,其预测结果能够作为最终数据进行分析,为该地区地下水矿化度的研究提供了理论依据。     

基于灰色系统与线性回归方法的水质预测

以北京市石景山区某地地下水监测点多年监测数据为例,进行适宜性预测方法的验证。其中,总硬度灰色预测值的平均相对误差为2.62%比线性预测低5.65个百分点;溶解性总固体线性预测值的平均相对误差为2.33%比灰色预测低0.61个百分点,与通过拟合度R~2值大小选取的最优预测方法一致,表明通过拟合度R~2值大小来选取合理的预测方法是一种便捷、合理的技术手段。     

基于灰色关联-遗传神经网络的煤与瓦斯突出预测模型

在综合分析影响煤与瓦斯突出的各种评价指标的基础上,基于人工神经网络极强的非线性逼真能力,建立了煤与瓦斯突出强度预测的遗传神经网络模型。模型采用灰色关联理论完成了评价指标的优化,并利用遗传算法对BP网络初始权值和阈值的确定进行了优化。以重庆南桐矿区砚石台矿为例,对煤与瓦斯突出强度进行了预测,结果表明,采用本模型的预测结果与矿井实际突出状况一致,模型可靠,具有一定的理论与实际意义。     

基于SAPSO-ELM的瓦斯涌出量分源预测及应用

为了提高瓦斯涌出量预测精度,针对瓦斯涌出量影响因素的多重相关性、复杂性等问题,结合主成分分析法和分源预测理论,对开采层、邻近层、采空区的瓦斯涌出量数据分别进行主成分分析降维,得到预测指标。针对极限学习机(ELM)存在的输入权值矩阵与隐含层阈值随机生成的问题,利用模拟退火粒子群算法(SAPSO)对极限学习机的参数寻优,将新疆某煤矿回采工作面瓦斯涌出量及影响因素作为SAPSO-ELM模型的输入进行训练,再利用训练好的SAPSO-ELM模型对陕西某煤矿回采工作面的瓦斯涌出量进行验证预测,并对比原始ELM模型的预测结果。结果表明,SAPSO-ELM模型的平均相对误差为3.45%,ELM模型的平均相对误差为8.81%,与ELM模型相比,SAPSO-ELM模型预测精度及效率均优于原始ELM模型。分源预测理论和主成分分析法的结合有效解决了多因素间的多重相关性并降低了预测模型的复杂度,SAPSO-ELM预测模型实现了瓦斯涌出量的快速精准预测,对预防瓦斯事故发生和保障煤矿安全高效开采具有较好的指导作用。      

煤与瓦斯突出敏感地质指标研究

以数量化理论Ⅲ为运算工具,介绍了煤与瓦斯突出敏感地质指标研究的方法原理,实现了瓦斯突出地质指标研究由定性向定量的转化,为煤与瓦斯突出的预测、预报及其防治提供了便利。以焦作中马村矿为例,对瓦斯突出敏感地质指标进行了筛选。结果表明,封闭性李庄断层、煤层分岔、砂岩顶板是该矿瓦斯突出的敏感地质指标。      

数量化理论Ⅲ在瓦斯突出预测敏感地质指标筛选中的应用

论述了数量化理论及数量化理论Ⅲ的基本原理,提出了反应标度的概念和计算方法,扩展了原来反应取值的适用范围和科学性。以中马村矿区为研究实例,研究了影响煤与瓦斯突出的地质因素,并采用统计单元划分结合数量化理论Ⅲ的方法,从11个地质因素中筛选出8个瓦斯突出预测敏感地质指标,并据此对中马村矿已采区进行了瓦斯地质区划。实践表明:将数量化理论Ⅲ应用于瓦斯地质学是可行的,为瓦斯突出预测敏感地质指标的筛选提供了新的思路。     

煤与瓦斯突出预测的距离判别分析方法

以煤与瓦斯突出预测为研究对象,选取地质构造、采深、瓦斯放散初速度等10个因素作为预测指标,应用距离判别分析方法建立了煤与瓦斯突出预测模型;结合实际数据,对预测模型进行训练和检验;将该模型用于实际,预测结果符合实际情况。      

地应力测量在煤与瓦斯突出灾害研究中的应用

为减轻和防治煤与瓦斯突出灾害,对红菱煤矿进行了地应力测量、岩石力学参数测试和瓦斯气体压力量测,以及地质构造分析。在此基础上,应用突出破坏判断准则,提出了煤层稳定性评价的定量指标,从区域上预测了煤与瓦斯突出的潜在危险区,与现场实际情况吻合较好。提出了区域性与局部相结合的防突措施,取得了良好效果,表明区域煤与瓦斯突出潜在危险区预测对区域性防突措施的选择具有一定指导意义。     

基于直觉模糊集关联测度的突出危险性预测法

针对煤与瓦斯突出影响因素较复杂、突出临界值难以确定和预测结果随机性大等问题,利用直觉模糊集可以解决系统具有不确定属性的隶属度问题,提出了基于直觉模糊集关联测度的煤与瓦斯突出预测模型,该模型将属于定性指标的构造复杂程度与残存瓦斯含量、瓦斯涌出初速度、支架最大载荷、盖山深度和软分层厚度5个定量指标有机地结合起来,通过对阳煤集团某矿三个回采工作面煤与瓦斯突出危险性性评判,其结果与现场采用钻孔瓦斯涌出初速度、钻屑量预测结果吻合,为突出煤层的危险性预测评估提供了一种新的途径。     

基于灰熵法的深部煤层瓦斯含量影响因素分析及预测

为了提高深部煤层瓦斯含量的预测精度,提出了采用灰熵分析法对瓦斯含量影响因素进行研究,以潘三矿深部11-2煤层为例,根据灰熵关联度的大小选取不同的影响因素分别建立了GM（1,3）、GM（1,4）和GM（1,5）预测模型,依据精度检验结果选择精度更高的瓦斯预测模型。研究结果表明,影响潘三矿深部11-2煤层瓦斯含量的因素重要程度从大到小依次为:主断层距离、煤层埋深、煤厚、顶板砂泥比、煤层倾角。由此建立的3个模型的预测精度都在合格以上,其中GM（1,4）模型预测精度达到了1级,平均相对误差为5.063 6%,可采用该模型对11-2煤层瓦斯含量进行预测,为深部煤与瓦斯安全高效开采提供可靠依据。      

煤与瓦斯突出煤粉在巷道内运移分布规律试验研究

煤与瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的地质灾害之一,主要表现为瓦斯窒息和煤粉冲击、掩埋。利用自主研制的多功能煤与瓦斯突出模拟试验系统,开展不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出模拟试验。结果表明,突出启动后,瓦斯气体携带煤粉以射流状喷向巷道。在0.35 MPa低瓦斯压力条件下,瓦斯膨胀能低,突出煤粉初始加速度小,受重力和阻力影响显著,运移形态以沙丘流和分层流为主,并出现多次“加速?减速”过程,最大速度为34.2 m/s;而在2.00 MPa高瓦斯压力条件下,瓦斯膨胀能高,突出煤粉初始加速度大,能有效克服重力和阻力,运移形态以栓流为主,运移速度降低不明显,最大为71.2 m/s。同时,当瓦斯压力从0.35 MPa增加至0.85 MPa和2.00 MPa时,相对突出强度由36.13%增大至52.39%和63.70%,且煤层瓦斯压力越高,突出煤粉运移距离越远,巷道末端集尘袋内煤粉质量占比越高,分别为65.21%、75.05%和87.17%。此外,突出结束后,突出煤粉粉碎率随瓦斯压力增加依次增大,分别为8.1%、21.5%和28.0%,但是粉碎到临界粒径0.075 mm以下的煤粉较少。最后,计算得到不同瓦斯压力条件下突出煤粉破碎指数分别为0.19、0.44和0.56,与相对突出强度具有较好的线性拟合关系。研究结果对揭示突出致灾机制、制定防灾减灾措施具有一定指导意义。      

瓦斯突出煤和非突出煤AVO响应的比较

基于Zoeppritz方程,对煤层进行AVO正演模拟,得到煤层的AVO响应曲线。瓦斯突出煤与非突出煤的AVO响应对比表明,无论是瓦斯突出煤还是非突出煤,其顶界面AVO响应在总体上表现为地震振幅绝对值随偏移距增加而减小的特点,但是瓦斯突出煤的截距绝对值要大于非突出煤的截距绝对值,瓦斯突出煤的斜率要大于非突出煤的斜率。煤层厚度变化会对AVO响应产生影响,当瓦斯突出煤和非突出煤的厚度相同时,瓦斯突出煤的截距绝对值大于非突出煤;当厚度不同时,瓦斯突出煤的斜率大于非突出煤的斜率。瓦斯突出煤与非突出煤的AVO响应差异,可为地球物理参数进行煤与瓦斯突出危险性预测以提供技术参考。     

煤与瓦斯突出过程中的瓦斯压力效应

为探讨煤与瓦斯突出过程中的瓦斯压力效应,利用自行研制的煤岩瓦斯动力灾害模拟试验系统和配比而成的中硬度的大型煤样,在煤样的含水率、配比方案、煤样成型压力等参数均恒定的条件下,恒定3种轴向载荷时,开展了5种不同瓦斯压力梯度的煤与瓦斯突出的相似模拟实验。实验表明,煤与瓦斯相对突出强度存在一个瓦斯压力阈值,超过此阈值时,随着瓦斯压力的增大则相对突出强度大大增强,且相对强度与瓦斯压力呈现正指数的关系;瓦斯压力作为突出发生的动力并对突出煤粉有一定的粉碎和搬运作用,可形成腹大口小的倒梨形突出孔洞;轴向应力对中硬度的含瓦斯煤岩体的突出具有正作用。      

寿阳区块高阶煤煤体结构及破裂压力测井解释方法

煤体结构及破裂压力直接影响煤层气开发的工程设计和产气效果,其中煤体结构评价方法较多,但针对寿阳区块高阶煤,地质强度因子（GSI）法效果最好,但其具有很强的地域适用性;煤层的非均质性极强,破裂压力预测效果并不理想。针对上述问题,通过引入取心率、连续心长等参数优化地质强度因子法,进而建立适用于本区的煤体结构定量评价方法,结果表明,其测井解释结果准确性达到86.3%。同时,在煤体结构评价的基础上,引入煤体破碎指数并建立煤层破裂压力预测公式,利用公式计算的破裂压力与实际相对误差2.5%~16.1%,平均误差8%。提出的煤体结构及破裂压力预测方法对沁水盆地高阶煤适用性较好,能够为煤层气勘探开发及压裂改造提供有力支撑。      

构造应力场与煤及瓦斯突出的关系

地质构造对煤与瓦斯突出具有明显的控制作用,以往多是定性的分析和统计研究。通过构造应力场理论及相似模拟实验,分析了构造应力场与煤及瓦斯突出的关系。对相似实验结果进行对比分析,结合煤及瓦斯突出与褶曲构造展布关系实例,研究了褶曲构造不同部位应力分布特征及其对瓦斯突出的控制作用。结果显示:背斜翼部挤压区和转折区是煤及瓦斯突出的最危险地带;背斜轴部区一般不会出现严重的煤及瓦斯突出。      

煤与瓦斯突出的构造分区特征——以平顶山天安煤业股份有限公司十矿为例

针对平顶山天安煤业股份有限公司十矿(平煤十矿)煤与瓦斯突出的分区(带)性特点,采取地质单元划分的方法,反映其范围内的构造特征及瓦斯赋存情况。研究了地质单元范围内地应力分布、构造煤发育及分布特征的地质因素和瓦斯参数特征,结合平煤十矿煤与瓦斯突出特点,将瓦斯压力、构造煤厚度、瓦斯含量作为预测煤与瓦斯突出危险性的敏感指标,并据此预测具有突出危险性的范围,为煤与瓦斯突出预测和防治提供依据。      

重庆煤矿区瓦斯赋存特征及地质控制因素

突出了大区域构造背景下的瓦斯赋存分布特征及其控制因素研究。重庆煤矿区古今构造应力场具有继承性,煤系应力长期得不到松弛,形成含煤岩系的长期应力集中,十分利于瓦斯富集,致使煤与瓦斯突出主要发生在地质构造变动比较剧烈的应力集中区。含煤岩系沉积环境及构造应力场是控制重庆煤矿区瓦斯赋存的两大地质因素。龙潭组海湾-潮坪-沼泽/泥炭相沉积环境具有良好的封盖能力,瓦斯含量普遍较高;须家河组河流冲积平原、湖滨-三角洲沉积体系对瓦斯的封盖能力较弱,瓦斯含量普遍较低。厘定出南桐高突瓦斯带、华蓥山高突瓦斯带、永荣高瓦斯带、渝东南瓦斯带、渝东瓦斯带和大巴山高瓦斯带6个区域性瓦斯地质带。      

龙山矿突出区域预测的瓦斯含量临界值

准确确定瓦斯突出区域预测的瓦斯含量临界值,对提高防突措施的针对性和降低防突成本均具有重要的指导作用。以河南安鹤煤田龙山矿二₁煤层为例,在大量测试瓦斯基础参数的基础上,分析了该矿的瓦斯突出特征,研究了二₁煤层的吸附特征,对该矿瓦斯含量和工作面预测指标进行了跟踪测试,并研究了其相互关系。结果表明,龙山矿二₁煤层变质程度高,在同等瓦斯压力条件下,具有较强的吸附能力,最终确定二₁煤层的突出区域预测瓦斯含量临界值为10.0 m3/t。      

煤与瓦斯突出能量条件及突出强度影响因素分析

针对煤与瓦斯突出机制尚不明确的问题,在前人研究的基础上对煤与瓦斯突出强度的影响因素做进一步分析。通过三维突出模型的构建和不规则突出孔洞体积的求解,得出了突出煤体释放的弹性势能,结合突出过程中瓦斯内能和突出后能量的分析,得到煤与瓦斯突出发生的能量条件模型与突出强度预测模型。在统计10次瓦斯突出事故的基础上,运用能量条件模型与强度预测模型进行计算分析,得出突出前、后能量基本相等,突出强度预测值与统计值相差无几的结论,从而验证了该模型的合理性,为从能量角度进行煤与瓦斯突出的研究提供了量化手段。利用该能量条件模型进行了中梁山煤矿和化处煤矿突出实例的突出强度影响因素分析,结果表明,煤层的地应力和瓦斯含量是突出强度的主要影响因素,坚固性系数和进尺对突出强度的影响程度相对较小;突出强度对瓦斯含量变化的敏感度大于对地应力变化的敏感度。     

煤与瓦斯突出的激发和发生条件

从影响煤与瓦斯突出的地应力、瓦斯、煤岩物理力学性质和地质构造因素出发,提出把煤与瓦斯突出的过程划分为突出源的形成发展、突出的激发和发生三个阶段。以南桐煤矿典型突出事故为例,用演绎法探讨了突出激发与发生的条件。结果表明,一切由振动产生的岩体裂隙和冲击载荷是导致煤与瓦斯突出的激发条件,并根据充瓦斯煤的损伤蠕变方程,得到了预测延期突出的时间。根据突出过程中的能量转换关系,得到了突出的起动速度和瓦斯临界压力表达式,对煤与瓦斯突出发生涉及的几个难点问题进行了讨论。揭示了煤与瓦斯突出的主要能量是瓦斯膨胀能,突出时喷出的瓦斯由多个来源的瓦斯组成,且地质构造区在采矿过程中容易形成有利于突出的源。