尖灭分叉型煤层三维地质建模研究:基于地质统计学和符号矩阵的方法

由于成煤期的泥炭沼泽基底不平以及地质环境等的变化,导致相对较大的地质区域内煤层常出现尖灭、分叉等复杂情况,影响开采设计,为高效准确定位煤层边界及分布位置,提出一种基于地质统计学和符号矩阵进行三维地质建模的方法。通过符号矩阵方法,按照一定精度离散煤层和非煤层数据,利用泛克里金法确定平面煤层厚度,反距离加权法确定每个栅格的符号距离函数估值,局部窗口对煤层进行精准定位,确定与煤层厚度相匹配的距离函数截距,建立煤层的三维地质模型,并讨论了距离函数截距对煤层精度的影响;滑动垂直窗口大小与煤层位置对建模结果中煤层连通性的影响。结果表明:该建模方法可以针对煤层尖灭、分叉等复杂情况快速建模,对大范围区域地质模型构建有一定的适用性,自动化程度高,可应用于煤层开采设计及资源评估。

基于综合对抗解释结构模型的煤矿透水事故致因分析

为了更加科学高效地对煤矿透水事故致因进行辨识和分类管理,以2021年丰源煤矿“4·10”重大透水事故为例,运用24Model法对事故致因进行分类提取,采用综合对抗解释结构模型(简称TAISM),对致因进行层级结构划分和因果关系分析。通过计算得到了该起事故致因的1组7层对抗型有向拓扑层级图。研究结果表明:监督机构监督检查不力、当地政府安全发展意识不强是造成此次事故发生的最根本原因。此外,在事故致因层级图中出现了2个回路,而同一个回路中的不同事故致因存在较强的关联性,应对其进行一体化控制,最大限度减少煤矿安全事故的发生。为今后煤矿事故致因分析提供了新的思路。

基于时空图卷积网络的瓦斯体积分数预警效果研究

为了提升瓦斯体积分数预警效果,提出1种融合时空特征的瓦斯体积分数预警模型(STGCN),以图神经网络作为基本框架对同一工作面多传感器进行统一的训练和推断,并通过图卷积的方式捕捉瓦斯体积分数数据的时空特征。在此基础上,提出瓦斯体积分数分级预警方法,将预测扩展为分级预警。研究结果表明:STGCN在瓦斯体积分数预测和预警任务上取得更好的准确率和效率。研究结果可为矿井瓦斯灾害防治提供参考。

基于改进模糊信息融合的煤矿带式输送机健康诊断

针对煤矿带式输送机运用多传感器信息融合处理冲突证据时产生悖论的问题,提出一种基于相似矩阵和信息熵的改进模糊信息融合算法,引入模糊集理论中的隶属度函数来获取各传感器提供的基本概率赋值,由证据之间的冲突相量,推算出表征证据之间相互支持度的相似度矩阵,以确定各证据的信任度系数,将信任度系数加权平均,然后运用信息熵函数,对冲突证据进行修正,建立了一种新的冲突证据的处理方法,最后运用证据理论合成规则实现模糊信息融合。通过算法比较表明该方法的有效性,同时该方法可有效识别带式输送机的健康诊断状况,且避免误诊现象。

低–中阶煤压汞实验可靠性分析与压缩性校正

低−中阶煤煤质软、在高压条件下煤基质压缩效应明显,应用压汞实验能否得到可靠的孔隙结构存在争议。选取4种低−中阶煤样品,通过对比不同粒度样品的进汞曲线、压汞前后的宏观与显微特征,建立高压段进汞量的校正方法,研究了压汞实验对低−中阶煤中孔隙测试结果的可靠性。结果表明:(1)柱状样品能保留更多的原生裂隙,有效避免低压阶段的粒间孔与麻皮效应,更适用于低−中阶煤的压汞测试;(2)宏观与微观尺度下均未发现汞在高压下对煤基质与孔隙的破坏作用,压汞孔容偏高主要是煤基质压缩效应的结果,压缩性校正后压汞测孔隙率与氦气测孔隙率基本一致,6~100 nm的孔容校正后与低温N2吸附结果的差值降低了29.87%~55.49%,表明压汞实验可以应用于低−中阶煤中孔隙结构的测定;(3)针对高压阶段的煤基质压缩效应,建立了压缩性累积校正方法,对大于20 MPa高压段数据进行校正后,进汞量降低了0.0170~0.0323 mL/g,纳米孔隙与低温N2吸附实验结果更为接近;(4)低−中阶煤中孔隙的孔容主要源于大孔,褐煤与长焰煤孔隙发育差异显著,褐煤压汞孔容为0.1687 cm^(3)/g,长焰煤压汞孔容介于0.0272~0.0720 cm^(3)/g,孔隙特别发育的样品,植物组织胞腔孔是孔容的主要来源。

考虑孔隙压缩及煤基质收缩效应的煤层气井产能预测模型及影响因素

煤层气井产能预测中仅考虑应力敏感效应而忽略基质孔隙收缩效应导致产能评价误差较大。在分析非达西作用、煤基质收缩作用的基础上,建立了考虑孔隙压缩及煤基质收缩效应的煤层气产能预测模型。结果表明:考虑非达西效应的煤层气井产量明显低于不考虑非达西效应的产量,并且随着生产压差的增大,二者之间的产量差异逐渐扩大;煤层气井井底流压的减小会导致生产压差增加,相应煤层气井的产量增大幅度下降;无论考虑非达西效应与否,随着生产压差的增大,产量差值逐渐增大;随着孔隙压缩系数的增大,煤层相对渗透率逐渐降低,并且相对渗透率与生产压差呈线性关系。实例验证表明,新的产能预测模型比Eclipse模型更接近实际产气量。研究成果可为煤层气井产能预测影响因素分析提供理论指导与技术参考。

考虑含矸率时变性的多臂协同策略优化方法

针对煤炭生产过程中,原煤含矸率时变性引起分拣效率低的问题,本文综合考虑矸石质量、矸石识别置信度、机械臂分拣时间等因素,通过一种多因素融合效益矩阵的方法,优化时变含矸率条件下的多机械臂煤矸分拣策略。提出了一种基于效益矩阵的多机械臂协同策略模型,以分拣效益和拣矸率共同作为策略的评价标准。通过采用相似性原理,构建小样本矸石流模型;利用熵权法量化效益矩阵的元素参量;最后,采用FCFS策略方法及本文策略方法进行多组对比实验,实验结果表明,通过效益矩阵优化的多臂协同策略能够有效解决过矸量大时的矸石任务分配问题,相对FCFS策略方法,提高拣矸率的同时,有效提高了选煤质量。

基于声谱图和SVM的煤矿瓦斯和煤尘爆炸识别方法

为提高煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知准确率,提出了基于声谱图和SVM的煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知方法:在煤矿井下重点监测区域安装矿用拾音器;实时监测煤矿井下设备工作声音及环境音;将采集到的声音提取由MFCC构成的声谱图,通过计算声谱图的灰度共生矩阵得到0°、45°、90°、135°的能量、熵、对比度、相关性,分别求其均值和标准差作为声谱图图像纹理特征,构成该声音的特征量,输入到SVM中建立煤矿瓦斯和煤尘爆炸声音识别模型;对待测声音同样提取其MFCC声谱图图像纹理特征,输入到训练好的识别模型中进行声音识别分类;并进行了试验验证。首先,提取了采掘工作面设备运行、瓦斯和煤尘爆炸等不同声音的MFCC特征值,分析了不同声音的MFCC特征值分布情况;提取不同声音的MFCC声谱图,分析了不同声音的声谱图的特征参数:能量、熵、对比度、相关性的均值和标准差,可见通过提取MFCC声谱图的灰度共生矩阵特征参数构成的特征量可有效表征声音信号;其次,将待测声音输入建立的识别模型中,完成识别分类。结果表明:所提方法的识别率达到95%,整体识别性能高于其他算法;最后,通过贝叶斯参数优化试验结果可知,优化后的SVM识别模型的召回率、识别率分别提高10%、3%,优于优化前的识别模型,能够满足煤矿瓦斯和煤尘爆炸感知和报警需求。

一种修正的煤层气藏地层压力与含水饱和度的关系模型

煤层气藏地层压力与含水饱和度的关系模型可以应用于煤层气藏开采的多个方面,包括解吸面积的计算、流动物质平衡方程的建立、有效渗透率的评价、煤层气井产量的预测、采收率的标定等,因此准确表征地层压力与含水饱和度的关系变得尤为重要。然而目前被广泛使用的煤层气藏地层压力和含水饱和度关系的计算方法(半解析法)忽略了地层压力小于临界解吸压力时,煤基质收缩效应对孔隙压缩系数的影响,导致在地层压力较低时计算的含水饱和度偏大。为了弥补半解析法的缺陷,文中考虑煤基质收缩效应对孔隙压缩系数的影响,重新修正了地层压力与含水饱和度的关系模型。经过与数值模拟、半解析法的对比可知,在地层压力小于临界解吸压力时,半解析法的模型计算结果偏大。文中修正模型的计算结果与数值模拟结果基本吻合,验证了文中方法的准确性。从这些结果可以看出,在计算含水饱和度时不能忽略煤基质收缩效应对孔隙压缩系数的影响。文中修正的模型弥补了目前半解析法存在的缺陷,并且计算过程简单、准确,具有广泛的应用价值。

激光诱导击穿光谱煤质在线分析技术现状与展望

煤质在线分析技术可为洗选煤、混配煤、燃烧优化等提供快速煤质特性数据,因而其为实现煤炭清洁高效利用的关键支撑技术。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有全元素分析、原位实时测量、安全无辐射等优势,成为最具潜力的煤质在线分析技术之一。简要介绍LIBS技术的基本原理,阐述提高LIBS煤质分析定量化性能的方法及提升长期稳定性需注意的问题,剖析LIBS煤质在线分析常用测量与布置方式等并展望LIBS煤质在线分析的发展趋势。研究表明:LIBS煤质在线分析技术的可行性已得以验证并研制煤块测量、煤粉测量、压片测量等多种测量方式的设备,目前压片式测量仍是LIBS煤质在线分析较合适的方式;在基础研究方面需深入研究激光、煤、等离子体和环境气体之间的相互作用机制,进一步开发提高LIBS煤质分析可重复性并降低基体效应影响的技术方法;在定量化模型方面,不仅要结合大数据、人工智能等先进的机器学习算法,也应考虑LIBS煤质分析的物理背景并将其融入模型中;采用LIBS与微波、XRF、拉曼等其他技术相结合以提高硫和微量元素的定量性能也将是未来重要的研究方向;在工业应用中还需重点考虑测量代表性、设备的长期稳定性和煤种适应性等因素,从而实现长期稳定测量并降低维护工作量。

柱式流化床去除喷吹煤中煤系黄铁矿过程模拟

高梯度磁选磨煤机回粉技术在煤粉喷吹燃烧系统中的嵌入式结合,可有效降低燃煤中黄铁矿含量、减轻SO2环境污染,其中粗煤分离器对煤系黄铁矿的预先去除效率是影响磁分选回粉质量的重要环节。选取煤系黄铁矿单体与煤基质单体的混合样作为模拟样,基于自制柱式流化床,模拟了不同粒度、流化速度以及混合比影响下颗粒的运动特性。结果表明:流化床分选区的流化速度较均匀,分选区存在一次错配区和二次错配区;实际分选过程各粒级颗粒运动特性截然不同,粒级增大对应流化速度的响应降低,粗粉颗粒煤基质模拟产率为99.4%,细粉颗粒模拟产率为91.7%,细粉颗粒在不同条件下均为难处理对象,要避免前端的过磨现象;粗粉颗粒中煤基质在重产物中的损失及细粉颗粒中煤系黄铁矿在轻产物中的夹带是造成流化床分选效率低的主要原因;同时,随煤系黄铁矿占比增大,粗粉颗粒运动特性变化不明显,中粒级中的混合物料在分选区中的二次错配区出现返料现象;开展了基于模拟参数的对比分选试验,试验收集轻产物硫分降幅明显且试验产率与模拟产率接近。研究结果对于提高喷吹效率、降低燃煤污染具有积极意义。

几种改良剂对煤矸石基质水分特征及狗尾草萌发的影响

煤矸石基质保水性差是影响植物定居的主要障碍因子,为提高煤矸石基质的保水性,以土壤(土矸比)、保水剂、生物炭和生物菌肥为改良剂,采用四因素三水平L(3^(4))正交试验,研究4者不同配比对煤矸石基质水分特征及狗尾草萌发和早期生长的影响。结果表明,土壤、保水剂、生物炭的施用极显著地降低了煤矸石基质的容重和累积入渗速率(P<0.01),而生物菌肥对二者的影响不显著,4种改良剂的处理效果依次为土矸比>保水剂>生物炭>生物菌肥;土壤、保水剂、生物炭和生物菌肥显著提高了煤矸石基质的田间持水量(P<0.05),处理效果表现为土矸比>保水剂>生物炭>生物菌肥;施用改良剂后,狗尾草萌发数量差异不明显,但狗尾草的萌发开始时间由14 d提前到7~12 d,且狗尾草的干重积累显著增长(P<0.05),对照组的狗尾草干重仅为19.7 mg·盆^(-1),施用改良剂后狗尾草干重在28.3~71.2 mg·盆^(-1),最高增加2.61倍。正交试验统计分析结果表明,适宜的改良剂配合比例为土矸比2∶1+保水剂0.1%+生物炭1%+生物菌肥1%,该比例可显著提高煤矸石基质的保水性,促进狗尾草萌发与早期生长,结果可为煤矸石基质改良提供理论参考。

基于ISM-MICMAC的煤矿工人违章行为影响因素研究

为探究煤矿工人违章行为影响因素及其相互作用关系,建立了违章行为影响因素指标体系,并采用解释结构模型(ISM)和交叉影响矩阵相乘法(MICMAC),深入剖析了影响因素之间的逻辑关系,构建了影响因素的多级递接结构模型及驱动力-依赖度象限分类图。结果表明:煤矿工人违章行为影响因素可划分为4级3阶的多级递接结构;安全知识技能、安全意识水平、安全行为习惯、自保互保意识属于依赖簇,具有强依赖性,是影响违章行为的重要因素;安全生产投入、安全管理制度、矿领导安全理念、管理者安全意识、企业安全氛围属于独立簇,具有强驱动力,是影响违章行为的关键因素。

基于多模型切换控制的煤气化工业过程先进控制

煤气化是煤化工生产过程的重要组成工艺。煤气化过程以煤和氧气作为主要反应原料,在高温高压条件下发生化学反应生成粗合成气。相较石油化工行业,煤气化工业过程的先进控制(APC)实施有较大难度,原因在于煤气化过程中煤质不断变化,导致传统的基于单一模型的先进控制方法会引起控制器模型失配问题,引发生产过程中关键参数(氧煤比、气化炉温度)的较大波动。针对上述问题,基于水煤浆气化炉的生产实际,提出了一种基于多模型切换的动态矩阵控制方法。在离线状态下,利用不同煤质工况下的过程数据,构造多工况模型集。在线控制时,采取累积平方误差-总平方波动(ISE-TSV)作为控制器性能指标表征控制器性能与模型失配程度,同时使用多模型预测值作为模型切换准则。通过多模型切换动态矩阵控制,实现了煤气化单元的先进控制。根据所提方法开发了多模型切换控制软件Wisdom-Controller,在UniSim平台上进行了控制模拟,并进行了工业应用测试,模拟及工业应用测试结果证实了所提方法能够在煤质工况波动的情况下,实现氧煤比及气化炉温度的精准控制。对比传统的人工手动操作,基于多模型切换控制的先进控制方法降低了氧煤比及气化炉温度均方控制偏差。同时减少了比煤耗,增加了合成气体产量,显著提高了装置的经济效益。从而为实现煤气化工业过程的先进控制提供了一条新的有效途径。

高炉喷煤系统喷煤速率控制方法

喷煤系统能够稳定地给高炉供煤是高炉炼铁中较为重要的一环。喷煤速率控制系统是一个两输入一输出的反馈控制系统,两输入具有一定的耦合性,且控制回路中具有不可忽略的延迟,因此工业控制中常用的PID控制器难以在喷煤控制系统中使用。本文介绍了一种基于二维矩阵进行喷煤速率控制的方法,经实践证明该方法具有良好的控制效果,且在一些钢厂喷煤的项目中有了一定的应用。

典型煤矿区土壤中多环芳烃类化合物的污染特征

以3个煤矿区土壤中多环芳烃类化合物(PACs)为研究对象,结合正定矩阵因子分析(PMF)和蒙特卡洛(Monte-Carlo)模拟,分析典型煤矿区土壤中PACs污染的来源和致癌风险.结果显示,石嘴山煤矿、棋盘井煤矿和石炭井煤矿周边土壤中ΣPACs分别为21862,6226,2278μg/kg.受煤矿区影响显著的地区土壤中PACs组成类型丰富且以低环为主.同时,烷基多环芳烃(aPAHs)含量明显高于母体多环芳烃(16PAHs).PMF溯源结果显示煤矿区土壤中PACs污染以煤和煤矸石颗粒为主要污染源,其次是交通源.Monte-Carlo模拟显示,3个煤矿区均对当地居民存在潜在致癌风险,尽管研究区受涉煤污染源影响显著,但煤炭燃烧才是致癌风险的主要贡献者.此外,Monte-Carlo模拟相较于终生致癌风险模型(ILCR)准确性更高,而传统采取ILCR进行风险评估低估了实际成人的致癌风险.

基于激光诱导击穿光谱技术定量分析煤中元素的研究

作为重要的工业能源,煤质分析指标具备重大的需求和价值。煤炭中的非金属元素是影响煤炭热值的主要因素,其还与其它行业指标有着密切关系,因此,对煤炭资源进行有效利用和清洁生产十分重要。利用图像处理中的数学形态学和迭代权重最小二乘法,建立了一种利用形态学算法获得原始粗基线的基线修正算法;运用仿真频谱资料对此方法进行了检验,以评价基线的准确性和健壮性。实验证明,所提出的基线修正方法能够对基线漂移进行有效识别,并且具有良好的抗干扰性。

煤基质收缩对渗透率影响的实验研究

在具有围限压力的情况下进行了煤岩体氦气和甲烷渗透率的平行实验 ;采用控制有效应力的方法 ,消除了因流体压力降低和气体解吸引起的渗透率变低问题 ;同时 ,利用克林伯格公式 ,校正了因气体分子沿壁面滑移而受影响的渗透率 ,并定量地推导了煤基质收缩引起的渗透率变化情况 .结果表明 :渗透率增量随绝对渗透率的增加而增大 ,随流体压力的减少而呈对数形式减少 ;煤岩体氦气的绝对渗透率大于甲烷的克氏渗透率 ,在有效应力不变的情况下 ,流体压力愈小 ,滑脱效应愈明显 ;滑脱效应引起的渗透率增量越大 ;

山西沁水盆地中南部煤储层渗透率物理模拟与数值模拟

通过对山西沁水盆地中 南部上主煤层宏观裂隙观测 ,力学参数测量和应力渗透率实验 ,分别建立了裂隙面密度、裂隙产状、裂隙宽度与煤储层渗透率之间的预测数学模型 ;利用FLAC— 3D软件 ,模拟了该区上主煤层内现代地应力状态 ,结合煤层气试井渗透率资料 ,构建了应力与渗透率之间关系预测的数学模型 ,并对该区上主煤层渗透率进行了全面预测。通过吸附膨胀实验 ,揭示了各煤类煤基质的收缩特征 ,构建了有效应力、煤基质收缩与渗透率之间的耦合数学模型 ,并对煤层气开发过程中渗透率动态变化进行了数值模拟。

考虑有效应力和煤基质收缩效应的渗透率模型

针对煤层气的生产过程中所存在的两个相反的效应:(1)储层压力下降,有效应力增加,煤层裂隙压缩闭合,渗透率降低;(2)煤层气解吸,煤基质收缩,煤层气流动路径张开,渗透率升高;建立了包含煤基质收缩效应的煤层孔隙度和渗透率理论模型,模型与已有的一些研究结果反映的规律一致。根据模型得出在体积应力恒定条件下,渗透率随孔隙压力变化存在一临界压力,孔隙压力小于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而减少,孔隙压力大于临界压力时,渗透系数随孔隙压力的增加而增大,给出了该临界压力的计算式。对不同情形下渗透率对孔隙压力的变化响应进行了讨论,结果表明,临界压力的存在与否与影响渗透率的多种因素有关,应对影响煤层渗透性的众多因素进行动态耦合研究。