基于组合赋权和云模型的危岩体危险性评价

为更加合理地判别危岩体的危险性,以具有丹霞地貌特征的危岩体为研究对象,从危岩体不稳定性、危破坏性和量观文化价值3个方面着手,选取9个评价指标构建危岩体危险性评价指标体系;结合层次分析法(AHP)、基于指标相关性的指标权重确定方法(CRITIC)和云模型(CM),构建组合赋权-云模型危岩体危险评价模型,并选取15组测点进行模型可靠性验证。结果表明:(1)各评价指标权重排序为主控结构面特征>危岩规模>边坡坡度>科学文化价值>景观价值>失稳后致灾可能性>坡形>水文条件;(2)基于组合赋权-云模型得到的各组危岩体危险性判别结果与实际测量结果基本吻合,评价结果准确性高,模型具有可靠性。

煤与瓦斯突出冲击波穿越门墙孔洞能量耗散规律及安全尺寸

为揭示煤与瓦斯突出冲击波穿越防突风门孔洞时的能量耗散规律,以通车防突风门底坎为研究对象,基于不同突出压力、防突风门底坎尺寸条件下的煤与瓦斯突出物理试验和数值模拟结果,分析了突出冲击波在巷道中及穿越防突风门底坎时的传播规律,并根据突出冲击波超压与巷道通风阻力的关系,以及冲击波超压对人体的伤害准则,确定防突风门底坎安全尺寸。结果表明:(1)通过巷道交叉口的冲击波主要在直巷道中传播;冲击波传播速度、超压与突出压力成正相关关系。(2)导致距防突风门前较近位置处冲击波超压增大的主要原因是入射冲击波与撞击防突风门后的反射冲击波叠加作用;叠加后的冲击波超压、反射冲击波超压随防突风门底坎尺寸减小而增大。(3)防突风门底坎尺寸越小,冲击波受防突风门底坎阻滞作用越强,入射冲击波越难以绕过防突风门底坎继续向前传播。(4)分支巷道与防突风门较近时,应在分支巷道安装相应的防逆流装置。(5)防突风门底坎尺寸为15 mm以下时,穿越2道防突风门底坎后的冲击波不会造成瓦斯逆流,且穿越2道风门底坎后的冲击波超压不会对人体产生伤害,因此,矿井防突风门底坎的安全尺寸设定为15 mm以下较为合理。(6)理论分析、物理试验和数值模拟所得结果基本一致,说明分析结果是可靠的。

基于AHP-DEMATEL的煤与瓦斯突出危险性等级预测

为提高煤层煤与瓦斯突出危险性评估结果的可靠性,结合层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)与决策试验与评价实验室方法(Decision-making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)构建了煤与瓦斯突出危险性评估模型.从瓦斯因素、煤岩物理力学特性及地应力条件3个方面构建突出影响因素层次结构及判断矩阵,运用DEMATEL得到各影响因素的原因度、中心度、影响度及被影响度.研究表明:地质构造对其他因素影响度最高,其次是打钻时的动力现象及最大瓦斯压力;煤层厚度、煤层倾角受其他因素的影响比较明显;基于AHP-DEMATEL的煤与瓦斯突出预测结果与实际案例相符.

基于MC分子模拟的页岩气吸附模拟研究

页岩气的吸附态是页岩气的主要来源之一。为了从微观角度研究页岩气的吸附,选取凤参1井页岩样品在60℃、70℃和80℃下进行吸附实验,将实验结果与优化的蒙特卡罗(MC)方法模拟结果进行对比分析。采用MC模拟系统对四川盆地的页岩参数进行应用模拟。研究表明:当温度为60℃和70℃时,实验结果和模拟结果平均相对误差为5%左右,且吸附曲线大体一致。实验数据和模拟数据的相对误差较小,说明模拟方法的可行性和程序的正确性。四川盆地页岩应用模拟吸附曲线的总体趋势、吸附规律和黔北页岩的一致,应用说明该模拟系统具有一定的指导意义和普遍适用性,对页岩气的微观吸附研究有重要的意义。

突出冲击波对风筒防逆流装置的破坏失效研究

为分析煤与瓦斯突出事故中风筒防逆流装置的安全性,研究了现有防逆流装置在10MPa煤层瓦斯压力规模的突出冲击波超压作用下的动力学特征,并且基于研究结果和安全设计理念给出改进方案。结合流体动力学,得到了巷道不同位置的冲击波超压数学模型,并运用LS-DYNA软件对冲击载荷下的风筒防逆流装置结构破坏进行数值模拟,得到不同结构和材料的风筒防逆流装置的动力学特征。研究表明:风筒截面积远小于巷道截面积,由于传播路径截面积的缩小,从巷道进入风筒的冲击波超压会突然增大至巷道中的五倍。现有的防逆流装置在10MPa煤层瓦斯压力规模的冲击波超压作用下最大应力值达到664MPa,远大于Q235钢的屈服极限235MPa,无法满足安全要求;结构改进后的25mm和30mm厚度防逆流装置,在最恶劣工况下最大应力均小于材料的屈服极限,最大变形远小于自身厚度,可以满足安全要求。

基于IAHP-EWM-TOPSIS模型的煤与瓦斯突出倾向性预测

为了更加准确的预测煤与瓦斯突出倾向性,以平煤天安十三矿为例,选取7个主要的影响指标和12组煤与瓦斯突出样本数据进行分析,利用改进层次分析法(IAHP)和熵权法(EWM)分别计算诱发煤与瓦斯突出的各评价指标权重,再根据组合赋权计算各指标的最优权重,结合逼近理想解排序法(TOPSIS)构建煤与瓦斯突出预测模型。结果表明:煤层瓦斯压力是影响煤与瓦斯突出的主要因素,瓦斯含量对煤与瓦斯突出的影响较低;预测结果与实际情况基本一致,验证了组合赋权-TOPSIS法对煤与瓦斯突出倾向性预测的可行性。

基于防突风门直角-分支巷道冲击气流传播特征研究

为研究防突风门未破坏下直角-分支巷道中瓦斯突出冲击气流传播特征,建立相似几何模型,采用数值模拟方法计算突出腔体压力在7.5×10^(5)Pa情况下流场中冲击气流压力和速度的变化,分析冲击气流传播随时间的变化过程。研究结果表明:在分叉口-风门段,正向冲击压力与风门反射压力相交产生瓦斯超压现象;在突出口-分叉口段,正向冲击压力与风门反射压力相互冲击,有效降低突出口冲击气流的瞬时强度;在分叉口处,正向冲击气流首先产生绕射并形成单向涡旋,风门反射气流产生的绕射与单向涡旋方向相反,涡旋强度降低。

COMSOL在穿层钻孔瓦斯抽采半径影响因素研究中的应用

为了合理的对瓦斯抽采半径影响因素进行研究,基于煤层瓦斯赋存、质量守恒定律和瓦斯流动理论,考虑渗透率和孔隙率之间的动态变化,以及煤体受到有效应力和基质收缩影响,建立了含瓦斯煤岩流-固耦合模型,采用COMSOL模拟软件进行数值模拟。结果表明:抽采时间对瓦斯抽采半径影响最大,抽采钻孔直径次之;抽采负压对抽采半径影响最小,与实际案例相符。因此,为青龙煤矿21605底抽巷确定最合适的抽采参数为瓦斯抽采负压为25kPa,抽采钻孔直径为94mm,抽采时间为90d。

不同突出口径下冲击波穿越反向风门孔洞传播规律试验研究

为了研究突出口径对冲击波穿越反向风门孔洞(以风门底坎为例)传播规律的影响,搭建了煤与瓦斯突出模拟试验装置。基于物理试验,研究了不同突出压力、不同突出口径条件下冲击波在巷道内穿越反向风门孔洞的传播规律。结果表明:突出发生后冲击波以极快的速度在巷道内传播,且主要沿直巷道传播;冲击波超压变化并非一次完成,完成时间在0.6 s内;受反向风门阻滞作用,少部分冲击波穿越风门孔洞继续向前传播,其余部分与风门碰撞后发生反射,风门底坎尺寸越小,阻滞作用越显著,合理制定风门底坎尺寸能够遏止突出次生事故的发生;不同突出压力、突出口径下,冲击波超压变化趋势相似,冲击波超压峰值随突出压力、突出口径的增大而增大;突出口径越小,冲击波衰减速度越慢,超压曲线越平缓,超压变化持续时间越长。

基于改进AHP-SPA的煤矿瓦斯爆炸风险评价

为了合理进行煤矿瓦斯爆炸风险评价,利用事故树(FTA)、层次分析法(AHP)和集对分析法(SPA),考虑人为因素、管理因素、环境因素、设备因素4个方面,选取违章爆破、采空区瓦斯涌出、煤炭自燃、机器防爆失效等22个指标,建立了瓦斯爆炸风险评价模型,并通过实际案例验证该模型的精度。研究表明:基于改进AHP-SPA的瓦斯爆炸风险评价等级为基本安全,与实际案例评价相符;设备因素和管理因素是瓦斯爆炸发生的主要原因,其次是人为因素,环境因素影响最小;对瓦斯爆炸风险影响较大的二级指标包括:人员违章爆破、吸烟、采空区瓦斯涌出、机器防爆失效、电器短路。

基于熵权-属性数学的煤与瓦斯突出危险性预测

为准确预测煤与瓦斯突出危险性,以瓦斯、地质、煤体等因素作为煤与瓦斯突出危险等级评价指标,基于指标临界值及分级数方式,结合熵权法和属性数学理论构建煤与瓦斯突出危险等级综合评判模型。实例研究结果表明:某煤矿工作面煤的破坏类型、煤普氏系数、瓦斯压力的权重占比大,分别为:0.1360,0.1083,0.0994;耦合模型下计算出该工作面煤与瓦斯突出λ为0.5567,预测结果符合C2等级为"一般突出危险性",与现场瓦斯动力现象相一致,验证了本文所建立的模型用于矿井煤与瓦斯突出预测的可行性和有效性。