煤孔隙结构对瓦斯解吸-扩散-渗流过程的影响

充分认识煤层瓦斯运移机制是提升抽采效率的根本前提。而目前针对煤体瓦斯微观运移特性的研究探讨的多是煤微观孔隙瓦斯运移特性,忽略了瓦斯解吸-扩散过程。以焦煤为例,采用压汞测试、纳米级工业CT扫描和数值仿真,精准重构并定量表征了煤孔隙空间结构,从微观角度分析了瓦斯解吸-扩散-渗流的演化过程,初步探讨了煤孔隙空间结构对瓦斯运移的影响。结果表明：(1)在孔隙中心位置的瓦斯压力相对较高,解吸-扩散由孔隙中心向边缘进行,不同时间及位置上瓦斯压力分布规律差异明显,造成瓦斯压力分布差异性的原因在于各代表性体积（REV）单元中孔隙与喉道的半径、长度、形状、连通性能不同。(2)孔隙结构和拓扑优势拓展了瓦斯解吸-扩散-渗流范围,大尺寸孔隙结构能为气体分子提供多元化运动空间,削弱尺寸效应对扩散广度的影响,促进瓦斯解吸-扩散速率。(3)强非均质连通孔隙结构中,瓦斯渗流分散而高效,能通过广泛沟通煤基质完成气体由扩散到渗流的转变,提升瓦斯传质效率;弱非均质连通孔隙结构中,气体渗流路径单一、流线集中,渗流传质阻力较大,气体分子由扩散到渗流的转变效率低,不利于瓦斯高效运移。研究结果从微观角度丰富了煤体瓦斯运移理论,为瓦斯...     

贵州省突出煤层孔隙分形特征研究

以贵州省富煤区6个突出煤层为研究对象,采用液氮吸附实验和压汞实验,分析了各煤层煤样的孔隙大小分级,计算了煤样分形维数,并分析了各煤层煤样孔隙分形特征及其与瓦斯吸附量、煤样渗透性的关系。结果表明:6个煤层煤样不同级别的孔隙具有良好的分形特征,能够显示孔隙大小及孔隙分布特征,验证了采用分形维数可以定量分析煤样孔隙特征;微孔分形维数与煤样瓦斯吸附量呈正相关关系,不同煤田煤样瓦斯吸附能力差异较大;小孔分形维数反映了煤样孔隙结构较简单,煤样间孔隙结构复杂程度相似;中孔、大孔、显微裂隙和微裂隙分形维数显示煤样孔隙分布趋势基本一致,存在某些级别孔隙发育很差的情况,需要增透以提高抽采效果。     

基于数据挖掘的瓦斯灾害信息融合模型的研究

数据挖掘和信息融合是2种功能不同的处理数据的过程,2种方法虽然原理不同,但在功能上可以相互弥补。介绍了基于数据挖掘技术建立信息融合模型的原理和算法,研究了基于模糊粗糙集的数据挖掘算法建立瓦斯灾害信息融合模型的方法,并对所建模型进行误差曲线仿真分析。     

矿井工作面突出危险性与瓦斯涌出特征回归分析的研究

分析研究了工作面煤与瓦斯突出危险性与瓦斯涌出特征值之间的相关关系,通过提取瓦斯涌出量平均值、最大值以及落煤瓦斯浓度数据斜率作为瓦斯涌出特征值,结合煤与瓦斯突出危险性指标,提出了工作面煤与瓦斯突出危险性与瓦斯涌出特征值回归分析方法。实例应用验证了该方法的有效性。     

Data fusion for investigating land subsidence and coal fire hazards in a coal mining area

Coal mining areas all over the world are often threatened by serious environmental hazards such as the occurrence of coal fires, land subsidence, etc. Coal fires burn away the natural non-renewable coal resources, locally raise the temperature of the area, emit polluting gases such as oxides of carbon, sulphur and nitrogen, and when present underground are even the cause of land subsidence. Mining-induced subsidences, on the other hand, cause horizontal and vertical movements in the land surface, and open cracks and fissures that serve as inlets for oxygen, which in turn aggravate the problem of coal fires. These inter-related phenomena often render the mining areas unfit for human inhabitation and the commercial exploitation of coal nearly impossible in some parts. In this study, satellite data acquired in three regions of the electromagnetic spectrum, namely optical, thermal and microwave, along with field data, are used to identify the areas affected by coal fires and land subsidence in a coalfield in north-west China. Data fusion techniques are used for an integrated analysis of this complex problem.     

气化煤气与焦炉煤气DME-电联产方案的研究

研究了气化煤气与焦炉煤气的DME-电联产方案,得到了3种流程形式和8种可行的联产方案。通过Excel链接ASPEN和GT Pro两大互补软件的模拟计算,得到各种联产方案的基础数据。建立了"双气头"DME-电联产方案的3个性能评价指标;计算发现,免变换无重整、焦炉煤气和合成尾气用于发电方案整体性能最好,而免变换无重整、混合气和合成尾气用于发电方案次之。研究得到的基础数据和优化方案对双气头多联产系统的发展具有借鉴作用,且基于Excel的模拟计算也为研究多联产系统提供了方便的平台。     

煤与瓦斯突出信号挖掘方法研究

针对传统关联聚类算法因难以捕捉异常信号非线性随机变化而造成采煤作业中特征信号检测不准确的问题,提出一种基于特征关联挖掘算法的煤与瓦斯突出信号挖掘方法。该方法利用小波变换提取煤矿井下作业区状态信号特征,为煤与瓦斯突出信号挖掘提供依据;计算煤矿井下作业区状态信号特征之间的关联度,实现煤与瓦斯突出特征信号挖掘。实验结果表明,该方法可提高煤与瓦斯突出信号挖掘的准确性。     

煤中水含量对瓦斯吸附与解吸特性影响规律研究

为了验证煤中水含量对瓦斯的吸附与解吸特性的影响,分别对煤样在不同平衡压力条件、不同水含量状态下的瓦斯吸附与解吸进行了实验。实验结果表明,煤对瓦斯的吸附能力随着煤中水含量的增加而减小,实际应用中可近似用水含量对煤吸附瓦斯影响系数进行修正;煤中水含量越大,瓦斯的解吸就越慢,残存瓦斯量越大,水充填在煤样空隙中后对瓦斯的吸附和解吸均有一定抑制作用。     

矿区遥感图像去噪方法研究

去噪是矿区遥感图像得以有效应用的重要预处理步骤。现有的基于统计、基于域变换、基于学习等遥感图像去噪方法普遍存在细节过度平滑、纹理保持不足等问题。基于引导滤波良好的边缘保持特性,提出了迭代引导滤波方法,通过对残差信息进行引导映射,并迭代进行引导滤波及超参数收缩,增强了遥感图像边缘特征提取效果;将迭代引导滤波与传统的小波软阈值、非局部均值(NLM)滤波、三维块匹配(BM3D)滤波等去噪方法结合,有效提高了传统方法的峰值信噪比,其中NLM滤波、BM3D滤波的去噪性能提升效果最明显;将迭代引导滤波与BM3D滤波融合,通过BM3D滤波初步获取去噪图像,得到残差数据,然后采用迭代引导滤波对残差数据进行处理,在提升图像去噪效果的同时,很好地保持了图像细节特征;将迭代引导滤波与BM3D滤波融合方法用于矿区遥感图像的煤矸石场识别及滑坡区域边缘识别,取得了较好的效果。     

甲烷气体对煤吸附二氧化碳气体的影响研究

煤炭自燃是煤矿的主要灾害之一。不仅烧毁宝贵资源,还严重危害井下工作人员的安全与健康。CO₂气体灭火可以应用于矿井的防灭火工作。煤矿井下的气体是多种气体的混合物,煤对很多种气体具有吸附特性。运用量子化学理论高斯03软件包对二氧化碳气体在煤表面吸附时,甲烷气体对其吸附能力的影响进行研究。结果表明,当煤表面分别吸附1个和2个CO₂分子时,有1个CH₄分子存在会促进煤表面吸附CO₂分子。但当CO₂分子的个数大于2个时,有1个CH₄分子存在就会抑制煤表面吸附CO₂分子。因此,CH₄分子对煤表面吸附CO₂分子是有影响的。甲烷气体的含量能够影响煤对二氧化碳气体的吸附。     

基于自动化采煤设备定位系统应用研究

介绍了一种基于雷达的长壁采煤机械定位系统,该系统基于雷达测距传感器,用于确定采矿设备相对于矿山煤巷基础设施的位置,通过试验验证了使用雷达传感器进行定位的合理性。为了从单个雷达信号中估计两个关键的定位参数,即沿轨位置和跨轨位置,研究了几种概率数据处理技术,对于跨轨位置,传统的卡尔曼滤波方法足以实现可靠的估计,对于沿轨位置估计,必须通过跟踪算法来识别煤巷肋墙上的特定基础设施元素,我们在三维交互显示中探索了一种新的可视化分析方法以方便识别重要特征用于分类器算法,基于分类器的输出,使用已识别的元素作为位置路径点,可以提供一个稳定和准确的采矿设备定位估计。