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。     

二元混合气体等温吸附实验结果与扩展Langmuir方程预测值的比较

通过实验获得了CH4和N2及其二元混合气体的等温吸附方程，并利用扩展Langmuir方程对二元混合气体的吸附行为进行了预测。结果表明，利用纯CH4气体的等温吸附方程和扩展Langmuir方程对二元混合气体吸附行为的预测结果，均与二元混合气体的等温吸附实验数据存在较大误差。所以，当煤层气中合有一定数量的非甲烷气体时，只有通过混合气体的等温吸附实验，才能获得准确的吸附特性参数。     

煤的吸附常数与最高试验压力关系的研究

研究煤的吸附性能时,意外地发现同一试验条件下获得煤的L angmuir等温吸附常数并非常数,是一变值,其变化是由试验采用的最高试验压力不同而引起。通过对中国主要煤田不同变质程度煤的等温吸附试验数据处理,证明煤的L angmuir等温吸附常V_L,p_L与最高试验压力分别呈正线性相关,并具有普遍性。为了确保煤的吸附常数之间的可比性以及对已有资料的正确利用,建立了将不同最高试验压力的等温吸附试验结果统一到同一最高试验压力的方法。     

瓦斯压力对煤系页岩瓦斯吸附特性影响核磁共振谱试验研究

瓦斯压力是影响煤系页岩瓦斯吸附特性的关键因素。以阜新高瓦斯矿井清河门矿煤系页岩为研究对象,采用低场核磁共振（NMR）谱技术,通过向放有试样的夹持器中不断充入瓦斯,模拟煤系页岩瓦斯集聚赋存过程。以核磁共振T2谱幅值积分作为反映瓦斯吸附量定量化指标,从微细观角度定量研究瓦斯压力对吸附态和游离态瓦斯量影响规律。试验结果表明,（1）两个截止阈值确定了吸附态和游离态瓦斯T2谱曲线范围;（2）瓦斯压力对煤系页岩吸附态和游离态瓦斯增量均有显著影响。吸附态瓦斯增量变化受控于煤系页岩和瓦斯分子间作用力,而游离态瓦斯增量则主要与煤系页岩孔隙结构有关;（3）吸附态瓦斯量与瓦斯压力间关系符合朗格缪尔等温吸附方程,而游离态瓦斯与瓦斯压力呈3次函数关系;（4）以瓦斯T2谱均值变化幅度定量描述孔隙平均半径扩胀变形程度,随瓦斯压力增加,煤系页岩中～大孔隙结构均发生显著扩胀,平均半径增加1.47倍,而微孔隙结构尺寸未见明显变化。     

地应力和瓦斯压力作用下深部煤与瓦斯突出试验

基于目前煤与瓦斯突出模拟试验均为人为控制突出口打开的实际情况,自主研制了可改变轴压、围压和孔隙压,实现突出口自行打开的煤与瓦斯突出模拟仪。以典型高瓦斯矿井-阜新孙家湾矿为例,试验模拟了煤层开采深度分别为900、 1 100、1 300 m时,突出煤层临近工作面区域在地应力和瓦斯压力共同作用下诱导发生煤与瓦斯突出全过程。试验利用轴压、围压模拟地应力作用,孔隙压模拟瓦斯压力作用。经相似理论计算确定了3种开采深度下轴压和围压值、孔隙压逐级增加得到了突出时瓦斯压力,并拟合了关系曲线。研究结果表明：开采深度、轴压、围压、瓦斯压力与突出距离、突出强度间均呈幂指数增加规律。随深度增加,地应力与瓦斯压力对突出影响增量逐渐减小。瓦斯压力对突出影响作用存在3阶段特征,分别为急剧影响增加阶段、稳定影响增加阶段和缓慢影响增加阶段,确定了瓦斯压力对突出影响变化率最大值,即瓦斯压力变化异常区与稳定区分界点为0.75 MPa,对应开采深度为350 m,与前人理论分析结果基本吻合。由此可以推断,随深部开采,地应力与瓦斯压力共同作用下煤与瓦斯突出频度将增加,但强度和破坏程度增加率将趋于平缓。所得结论对该矿深部煤与瓦斯突出机制认识和预测防治具有参考意义。     

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。     

瓦斯压力对煤系页岩瓦斯吸附特性影响核磁共振谱试验研究EI北大核心CSCD

瓦斯压力是影响煤系页岩瓦斯吸附特性的关键因素。以阜新高瓦斯矿井清河门矿煤系页岩为研究对象,采用低场核磁共振（NMR）谱技术,通过向放有试样的夹持器中不断充入瓦斯,模拟煤系页岩瓦斯集聚赋存过程。以核磁共振T2谱幅值积分作为反映瓦斯吸附量定量化指标,从微细观角度定量研究瓦斯压力对吸附态和游离态瓦斯量影响规律。试验结果表明,（1）两个截止阈值确定了吸附态和游离态瓦斯T2谱曲线范围;（2）瓦斯压力对煤系页岩吸附态和游离态瓦斯增量均有显著影响。吸附态瓦斯增量变化受控于煤系页岩和瓦斯分子间作用力,而游离态瓦斯增量则主要与煤系页岩孔隙结构有关;（3）吸附态瓦斯量与瓦斯压力间关系符合朗格缪尔等温吸附方程,而游离态瓦斯与瓦斯压力呈3次函数关系;（4）以瓦斯T2谱均值变化幅度定量描述孔隙平均半径扩胀变形程度,随瓦斯压力增加,煤系页岩中大孔隙结构均发生显著扩胀,平均半径增加1.47倍,而微孔隙结构尺寸未见明显变化。     

基于遗传神经网络的瓦斯含量预测研究

瓦斯含量预测取决于多因素、非线性的函数关系的建立 ,预测模型建立的准确与否决定于各个影响因素之间的相互作用、相互耦合的特性。文中将神经网络与遗传算法有机地结合起来 ,以神经网络理论为基础 ,利用遗传算法优化隐含层神经元个数和网络中的连接权值 ,建立瓦斯含量预测模型。在实验室测试数据的基础上 ,建立遗传神经网络训练和检验样本集 ,其中包含有 38个典型样本 ,并且将检验结果分别与回归模型、标准BP神经网络、自适应BP神经网络的预测结果进行比较。结果表明 :遗传神经网络模型可靠 ,预测精度高 ,为促进软计算技术与瓦斯地质的结合奠定了基础。     

三汇二矿瓦斯突出与地质条件的关系

三汇二矿浅部K_1煤层在无解放层开采的条件下,对该区打了探孔23个,对10项瓦斯地质判别参数进行了测试,对有关瓦斯地质相关因素进行了分析研究,预测该区虽为突出威胁区,但因存在有利瓦斯排放的因素,故可不开采解放层,采取合理的防突措施进行开采。现已在该区内开巷5000余m,工作面推进2000多m,采出煤炭50万t,经济价值达两千多万元。是瓦斯突出预测报用于生产的典例。可在条件相似的矿井中推广使用。     

神经网络分析方法在瓦斯预测中的应用

论述了瓦斯预测技术的研究现状及其在现代矿业中面临的新问题，介绍了神经网络技术在处理复杂地质条件方面的优越性，探讨了瓦斯预测技术与人工神经网络等高新技术相结合的可能性与必要性，并举例论证了它们在瓦斯预测过程中的适用性。实践证明：瓦斯预测技术与人工神经网络相结合所建立的预测模型，不仅能够综合考虑各种影 响因素，较好地处理地质条件中的各种非线性关系，而且预测精度高，结论可靠，为瓦斯预测技术的进一步发展提供了新的思路。     

沁南-夏店区块煤储层等温吸附特征及含气量预测

煤的吸附能力是决定煤层含气量大小和煤层气开发潜力的重要储层参数。通过对沁南-夏店区块二叠系山西组3号煤层72个煤样进行等温吸附实验,剖析了3号煤层煤的吸附性能,建立了基于Langmuir方程的煤层含气量预测方法,揭示了研究区3号煤层煤的吸附性能及含气量分布。研究结果表明,沁南-夏店区块3号煤层主要为贫煤和无烟煤,煤的空气干燥基Langmuir体积为18.15~34.75 m³/t,平均29.36 m³/t;Langmuir压力为1.47~2.71 MPa,平均2.03 MPa;煤储层压力梯度0.11~1.06 MPa/hm,平均0.49 MPa/hm,煤储层压力随着煤层埋藏深度的增加而增高;煤层含气饱和度整体呈欠饱和状态。通过预测模型预测研究区3号煤层含气量2.87~24.63 m³/t,平均13.78 m³/t,且随着埋藏深度的增加而增高,其含气量相对沁水盆地南部偏低。煤储层含气量分布主要受控于本区煤层生气、储气和保存等因素。     

页岩气高压吸附特征及其对储采规律的影响

针对目前页岩吸附等温线测试温度、压力通常未达到储层温压条件这一问题,设计了页岩高温高压吸附等温线测试方法,研究了储层温度、压力条件下页岩吸附等温线特征,以实际页岩岩心为例计算了游离气和吸附气随压力的变化规律,并采用全直径页岩氦气和甲烷控压生产实验研究了吸附气对产气特征的影响。结果表明：视吸附量先随压力增大而增大,到达峰值之后视吸附量随压力的增大而减小;在低压条件下,采用Langmuir外推计算的吸附气量与高压实验计算的吸附气量相差不大;而在高压条件下,采用低压Langmuir理论推算总含气量高估9.2%;低于临界解吸压力时,吸附气解吸附使得单位压差产气量增加;高于临界解吸压力时,吸附气对单位压差产气量几乎没有影响;开发初期,低于临界解吸压力范围较小,吸附气对产气量贡献较小,尽可能动用游离气是高效开发的关键。     

页岩中气体的超临界等温吸附研究

页岩气等温吸附实验多为临界温度以上的吸附实验,其得到的吸附量为过剩吸附量。为了研究页岩气超临界等温吸附机理,运用重力法,在临界温度以上,分别进行了甲烷和二氧化碳在页岩中的高压等温吸附实验。在分析经典型吸附和超临界吸附区别的基础上,通过修改的超临界等温吸附模型(Langmuir方程和微孔充填(Dubinin Radushkevich,D-R))对实验数据进行了拟合。结果表明:简单的Langmuir方程可近似拟合甲烷吸附实验数据,但精度不高,且无法拟合二氧化碳的吸附数据;将吸附相密度作为可优化参数,修改的微孔充填模型和Langmuir模型能很好地拟合甲烷和二氧化碳的吸附数据,其中修改的微孔充填模型拟合效果最好,且回归得到的超临界甲烷吸附相密度同文献报道的一致,表明吸附气可能以微孔充填的形式存在。     

基于瓦斯涌出异常的煤与瓦斯突出预报软件开发

介绍了瓦斯突出孕育过程中瓦斯涌出异常特征,结合计算机软件进行瓦斯突出预报。利用软件实现了对瓦斯浓度数据中异常信息的提取,并通过图形形式实时显示突出前夕瓦斯浓度变化趋势、幅度等异常征兆,可直观、明了地反映突出早期信号,对防治突出,减少事故,确保煤矿安全生产有重要的指导意义。     

基于ArcIMS的煤与瓦斯突出预测WebGIS研究与开发

将WebGIS应用于煤与瓦斯突出预测中,对于煤矿安全生产有重要价值。在分析ArcIMS结构、功能和支持环境的基础上,提出了基于ArcIMS煤与瓦斯突出区域预测WebGIS的实现方案;深入探讨了系统需求、数据准备与组织、服务器配置及客户端定制与开发等技术要点。通过煤与瓦斯突出预测WebGIS的开发和应用表明,构建方案切实可行,可以在“数字矿山”进程中采用。     

大气压力对煤样解吸气含量测试结果的影响

以自然解吸样品为对象,研究大气压力对煤样解吸气含量测试结果的影响。结果表明:当样品从大气压力较低的采样地点返回大气压力较高的实验室后,每24 h的解吸气含量测试结果明显减小,减小的幅度明显大于采样地点每24 h减小的幅度;对于开始7 d解吸气含量测试结果为零或者较小、按照标准可以结束测试的样品,建议将测试时间延长在3周左右,若按照标准仍旧可以结束测试时,再停止实验;如果样品在采样地点进行解吸实验直到结束,总解吸气含量测试结果将大于实验室。