突出煤的电磁响应特征研究

应用ΔＰ仪和电磁场发生仪构成的实验系统，研究了结构破坏严重的突出煤在电磁场作用下的影响特征。结果表明，电磁场作用下煤的初始瓦斯放散速度有明显的变化，突出煤的变化幅度远大于非突出煤。根据煤屑瓦斯放散理论，分析了实验现象的机理，应用突出煤体电磁响应特征，提出了关于突出机理和突出防治的新见解。     

放散面积对煤样瓦斯放散特性产生的影响

采用自主研发的型煤煤样瓦斯放散试验装置,以自制型煤煤样为研究对象,通过依次密封型煤表面,研究放散面积对型煤瓦斯放散特性的影响。结果表明：随着放散面积的减小型煤瓦斯放散速度减小,这种速度减小值的差距随着放散时间延长而逐渐缩短,放散速度曲线整体近似呈"L"型,但在曲线拐点处出现了速度"超越"现象,并发现在密封型煤两对立面对放散速度的影响比密封型煤两相邻面对放散速度的影响大;不同放散面积的瓦斯累积放散量与时间的关系仍然呈有限单调增函数,即不同放散面积瓦斯放散量随时间变化规律基本一致,但在相同时间段内不同的瓦斯压力下,随着型煤放散面积的减小,瓦斯累积放散量减小。     

解吸法测定煤层瓦斯压力和瓦斯含量的实验研究

本文实验研究了煤屑的瓦斯解吸规律,实验表明:煤屑的解吸瓦斯流量与煤层瓦斯含量、瓦斯压力密切相关,利用煤屑解吸瓦斯流量可准确测算煤层瓦斯压力和瓦斯含量,该方法具有测定速度快、简单易行、数据可靠等特点,可在现场推广应用.最后提出了利用煤屑解吸瓦斯流量测算煤层瓦斯压力和瓦斯含量的计算方法和计算公式.     

煤粒瓦斯放散模型及规律研究

为了更准确地描述煤粒瓦斯的放散过程,设计了有限空间内煤粒瓦斯放散实验.实验结果表明瓦斯累积放散量倒数与时间n次方倒数成线性关系,且拟合度达到0.99以上,由此得出了煤粒瓦斯的放散模型.以达西定律为基础,构建了有限空间内瓦斯放散数学模型,采用有限差分编程解算,得到了与实验对应压力下,瓦斯流动过程中累积放散量及放散速度随时间的变化规律.通过对比分析,理论上验证了煤粒瓦斯放散模型的准确性,模拟结果与实验结果较好的吻合也进一步证实了瓦斯在煤粒中的流动符合达西定律.      

煤粒瓦斯解吸实验中的初始有效扩散系数

为研究煤体瓦斯解吸过程瓦斯初始扩散规律,采用理论分析煤粒瓦斯解吸扩散过程,根据扩散方程解析得到瓦斯初始有效扩散系数和扩散动力学参数的近似解计算方法.对振兴二矿煤样进行不同粒径煤样、不同温度条件和不同吸附平衡压力条件下的煤粒瓦斯解吸扩散实验,并计算各种实验状态下的瓦斯初始有效扩散系数和扩散动力学参数.研究结果表明:初始有效扩散系数与吸附平衡压力、温度和煤样粒径呈正相关.不同粒径的煤粒,在压力和温度相同的平衡条件下,煤粒的粒径越大,初始有效扩散系数越大.同一粒径条件下,初始有效扩散系数随温度和吸附平衡压力的升高而增大.而动力学扩散参数则基本随着粒径的减小而增大,随吸附平衡压力和温度的升高而增大.     

煤体瓦斯放散磁场响应特征

针对含煤体瓦斯放散磁效应特性,建立瓦斯放散磁效应实验系统,测试磁化与未磁化煤样瓦斯放散过程,研究恒定磁场对煤样放散瓦斯的影响。实验结果表明:放散初速度较小(f值越大),磁化后煤样瓦斯放散有明显减小趋势;放散初速度越大(f值越小),磁化后煤样瓦斯放散略有增大的趋势;且两者的变化程度都受磁化时间的影响,在撤掉磁场时Δp并未回落至初始值,并保持一定的时间记忆效应。其机理是f值大的煤样,磁化后b值减小,随着压力的升高,磁化后煤样的表面能降低值都小于未磁化的煤样,说明在加磁后煤体吸附容纳瓦斯的空间减少使得吸附量减少,产生的瞬时瓦斯压力梯度降低,从而使得瓦斯的放散初速度降低,而对于坚固性系数f值小的煤样有相反的实验结果。     

块煤瓦斯放散特性的实验研究

以大块煤为实验煤样,实验研究了大块煤瓦斯放散特性。并对同样实验条件下的煤粒瓦斯放散进行了对比研究。分析得出煤层甲烷排放解吸、扩散和渗流三个阶段中,影响煤层产气率的主要因素。指出低渗透无烟煤煤层气产气速率主要受裂隙中气体流动的限制。增加裂隙度,提高渗透率是低渗透无烟煤煤层气开发和利用最关键的环节。     

不同煤阶软硬煤粒瓦斯放散规律实验研究

以焦煤中马村无烟煤、义煤新安矿贫瘦煤和平煤八矿气肥煤的同一煤层的软分层与硬分层煤样为研究对象,自主研制了煤粒瓦斯吸附-放散实验系统,对不同煤阶软硬煤瓦斯动态放散规律的差异进行研究分析。研究结果表明：在相同解吸时间内,瓦斯累积解吸量及解吸速度均随着变质程度的加深而增大,而软煤的瓦斯解吸量和解吸速度明显大于硬煤;对6组煤样实验数据进行了经验公式回归分析,解吸时间120min内无烟煤硬煤所用经验公式拟合效果都较好,软煤只有乌斯基诺夫式、文特式和孙重旭式拟合结果理想;对于贫瘦煤和气肥煤,文特式和孙重旭式拟合效果最好     

连续流量法中钻屑与瓦斯动态分离技术

针对钻孔瓦斯涌出初速度法存在的问题,提出了钻屑与瓦斯动态分离技术,采用了理论分析、正交实验与单指标极差分析的方法对瓦斯泄漏量的运移规律与影响因素、泄漏率曲线进行了研究.研究结果表明:钻屑与瓦斯动态分离技术在工程实践中具有可行性;影响瓦斯泄漏量的因素包括钻屑封堵段的长度、钻屑封堵段的直径、煤屑粒径、钻孔涌出瓦斯的总流量和煤电钻的转速,其中煤屑粒径的重要性大于煤电钻转速,远大于封闭段长度.研究结论对于钻孔瓦斯涌出初速度法的改进有一定的参考价值和指导意义.     

不同煤阶软硬煤粒瓦斯放散规律的实验研究

以焦煤中马村无烟煤、义煤新安矿贫瘦煤和平煤八矿气肥煤的同一煤层的软分层与硬分层煤样为研究对象,自主研制了煤粒瓦斯吸附-放散实验系统,对不同煤阶软硬煤瓦斯动态放散规律的差异进行研究分析。实验结果表明:在相同解吸时间内,瓦斯累积解吸量及解吸速度均随煤变质程度的加深而增大,而软煤的瓦斯解吸量和解吸速度明显大于硬煤;对6组煤样实验数据进行了经验公式回归分析,发现解吸时间120 min内无烟煤硬煤所用经验公式拟合效果均较好,但软煤只有乌斯基诺夫式、文特式和孙重旭式拟合结果理想;对于贫瘦煤和气肥煤,文特式和孙重旭式拟合效果最好。     

采用主成分分析法的孔隙结构与瓦斯放散

为解决中国煤与瓦斯突出越来越严重的问题,采用主成分分析法,利用SPSS软件,对处于3种变质程度的7个煤样分析了煤的孔隙结构对于瓦斯放散的影响,研究结果表明:随变质程度的增加,大孔孔容比与之呈现负相关关系,微孔孔容比随变质程度的增加而上升过渡孔和中孔孔容比没有明显变化.对瓦斯放散初速度影响较大的是比表面积和过渡孔孔容比,微孔孔容比对其影响与前两者相比较小,中孔孔容比对瓦斯放散初速度几乎无影响.主成分分析的应用,更好地研究了瓦斯放散初速度影响因素之间的耦合关系.     

艾维尔沟矿区碎软难解吸煤层瓦斯运移规律

为了掌握艾维尔沟矿区主采煤层的瓦斯运移规律、指导瓦斯抽采工作，实测了煤层多元物性参数、建立了含瓦斯煤体多场耦合模型，通过数值模拟分析了瓦斯运移特性。研究表明：矿区主采的4号、5号和6号煤层存在煤层碎软、瓦斯含量高、透气性差等不利因素，抽采难度大。随着抽采时间增加，钻孔周围基质瓦斯压力和裂隙瓦斯压力均按照一元二次函数关系规律性减小。基质瓦斯压力与裂隙瓦斯压力在抽采初期降低速度基本一致，但随抽采时间增加，裂隙瓦斯压力下降速度明显快于基质瓦斯压力，二者之间的压力差也越来越大。5号煤层裂隙瓦斯压力和基质瓦斯压力的降低速度、裂隙中渗流速度及基质中瓦斯解吸扩散速度较4号和6号煤层慢。为提高矿区抽采效果，应采取强化瓦斯抽采措施改善煤层透气性等物理性质，以提高煤层裂隙瓦斯渗流速度，促进基质瓦斯解吸扩散，5号煤层应采取相对更加有效的增透措施。     

煤层瓦斯扩散—渗流规律的初步研究

以扩散、渗流理论为基础,借助传热学、传质学中的基本理论,对瓦斯的解吸过程进行理论推导,建立了瓦斯扩散－渗流方程,并采用隐式差分法对瓦斯一维平行流动和径向流动方程进行了计算机模拟,结果与生产现场较为相符。     

不同变质程度煤的瓦斯放散特性实验研究

为了研究煤的变质程度对瓦斯放散特性的影响,采用现场取样、实验室测试的方法,对9种不同煤样的瓦斯放散初速度和孔径分布进行了测试,测试结果表明:煤的变质程度越高,瓦斯放散初速度越大,瓦斯放散初速度随着变质程度的降低呈现出负指数减小的趋势;煤的微孔比表面积越大,瓦斯放散初速度越大,瓦斯放散初速度随着微孔比表面积的增加呈现出线性增加的趋势,根本原因是微孔比表面积的增加为瓦斯吸附提供了更多的吸附位,增大了瓦斯吸附量。     

巷壁瓦斯涌出的数学模型及无因次分析

为研究巷道煤壁瓦斯涌出规律,根据朗格缪尔方程、达西定律和质量守恒定律,建立巷壁瓦斯非稳态涌出的数学模型,引入无因次准数,研究该模型的无因次形式,运用Visual Basic语言编制数值解算软件.通过对巷壁瓦斯涌出的无因次模型进行数值分析,得到巷壁瓦斯涌出无因次压力分布曲线和无因次瓦斯比流量、无因次累计瓦斯涌出量与时间的关系曲线.研究结果表明:根据无因次参数曲线图,结合实际煤体瓦斯参数,能快速精准确定实际巷壁瓦斯涌出参数.     

煤变质程度对瓦斯放散初速度的影响

为了分析不同变质程度煤种煤样的瓦斯放散初速度数值与煤样坚固性系数、孔隙率等的相互关系,采用现场取样,实验室测试的方法,得到63个煤样的挥发分、瓦斯放散初速度、孔隙率等相关关系.结果表明:挥发分与孔隙率之间、瓦斯放散初速度与孔隙率之间均服从二阶多项式的关系.对于同一变质程度的煤样,瓦斯放散初速度均随着坚固性的减小而增大.对于不同变质程度的煤样,瓦斯放散初速度均随着变质程度的降低而降低.对于挥发分高于20%的烟煤和褐煤,瓦斯放散初速度低于1 333.22Pa,此时,不应该将1 333.22Pa作为判定煤层突出危险性的瓦斯放散初速度指标临界值.对于准确预测不同变质程度煤层的突出危险性具有一定的指导意义.     

一维Complex Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann方法研究

首先对一维Complex Ginzburg-Landau方程(CGLE)进行实虚部分离,在系数c1=0的情况下,由格子Boltzmann方程推导出宏观反应扩散方程,确定粒子速度和弛豫时间的关系,然后从数值模拟方面有效地分析了方程解的相图轨道、波形图随波数k以及反应参数c2的变化.     

煤层存在瓦斯水合物的可能性

瓦斯气体在煤储层中的赋存状态主要有游离态、吸附态和溶解态.从瓦斯原始地质赋存条件分析了瓦斯水合物形成必需的物质条件和热力学条件,提出了其赋存的一个新的状态--瓦斯水合物态.利用水合物实验设备对合成瓦斯在2组含煤溶液体系中的生成过程进行研究,得到了瓦斯水合物生成的诱导时间、生成速度及生成时的热力学参数.将瓦斯赋存条件同实验模拟结果进行比较,结果表明:在中高纬度矿区的煤层中有瓦斯水合物自然存在的可能.若瓦斯自然赋存水合物态真实存在,其赋存区煤层应力场、温度场等将发生较大变化,这有利于降低煤矿瓦斯事故的发生频率.     

顺煤层钻孔抽放瓦斯数值模拟与应用

为获取顺煤层钻孔抽放瓦斯的合理参数,依据煤层瓦斯流动理论和质量守恒定律,以顺煤层抽放钻孔周围瓦斯流场为研究对象,建立了钻孔抽放瓦斯流动方程的数学模型. 以新庄孜煤矿5213掘进工作面为例,采用MATLAB对钻孔瓦斯流场进行数值模拟,并与矿井的实际抽放情况进行了比较和分析,得出了适合该矿煤层的瓦斯抽放参数. 抽放参数可以在淮南矿区相近煤层赋存条件下推广应用,以利于矿区高瓦斯矿井的安全生产.     

改进PINNs方法求解边界层对流占优扩散方程

针对物理信息神经网络(PINNs)在求解边界层附近存在剧烈梯度变化的对流占优扩散方程时无法得到足够精度的问题，本文提出一种具有参数渐进思想的神经网络求解方法。该方法首先近似大扩散参数方程的光滑解，然后逐步减小扩散参数并将大扩散参数下的网络最优参数作为小扩散参数神经网络的初始值进行训练，通过参数循环反复优化物理信息神经网络，提高神经网络的表征能力，从而提升物理信息神经网络逼近对流占优扩散问题的求解精度，最后获得小扩散参数的高精度奇异解。经过对本文方法与PINNs以及gPINNs方法在精度和收敛效率方面的对比分析表明，本文方法在未知边界层位置条件下，能够高效地近似对流占优扩散方程的大梯度解，实现10^-3量级的精度。同时，本文方法在收敛速度和稳定性方面比PINNs和gPINNs具有更好的优势和性能。