煤层瓦斯运移规律研究中的智能数据处理

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 本书主要研究内容

第2章 煤体结构及瓦斯的赋存和运移状态

2.1 煤体介质的微细观结构特征

2.2 瓦斯在煤体中的赋存状态

2.3 瓦斯在煤体中的运移模式

2.4 本章小结

第3章 瓦斯渗透性参数的智能优化求解

3.1 外加荷载对瓦斯渗流规律的影响

3.2 气体压力对瓦斯渗流规律的影响

3.3 煤层中瓦斯的渗透率函数及其反分析方法

3.4 参数辨识的非线性最小二乘模型求解

3.5 本章小结

第4章 瓦斯运移方程中的扩散项反分析

4.1 研究思路

4.2 抛物型方程中的未知源识别

4.3 监测煤样轴向测点处孔隙压力的气体运移试验

4.4 煤层瓦斯运移方程中扩散项反分析方法

4.5 本章小结

第5章 基于主成分回归分析的煤层瓦斯涌出量预测

5.1 影响回采工作面瓦斯涌出量的参数选择及数据获得

5.2 基于主成分的逐步回归分析方法

5.3 开采层瓦斯涌出量预测系统

5.4 涌出量预测

5.5 本章小结

第6章 基于因子分析的煤层瓦斯抽采方法选择

6.1 开采层瓦斯预抽方式及选择依据

6.2 正交因子分析方法

6.3 基于煤与瓦斯基本参数的因子分析

6.4 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

第1章绪论

1.1研究背景及意义

作为一种伴生能源,相较于煤炭、石油等化石能源，瓦斯具有清洁、高效的特点。据测算，全国的煤层气总资源量相当于常规天然气的储量い。合理利用资源,实现煤与瓦斯的安全、高效和绿色共采,是煤炭开采的发展趋势，也是解决能源和环境问题的关键。

自然状态下，瓦斯以游离态、吸附态和固溶态等形态赋存于煤体中。其中以吸附态赋存的瓦斯占瓦斯含量的90%以上(34],是煤炭开采过程中瓦斯产生的主要来源。

随着煤矿开采深度的增加，煤层所受到的煤岩压力和瓦斯原始压力越来越大，已开采的邻近层等因素也会影响煤层应力,致使煤层的应力情况日趋复杂。应力作用下,煤体会产生变形,并且在采动的影响下,开采煤层的应力重新分布,使得瓦斯在煤体中的渗流呈现出复杂的变化规律。又由于煤对瓦斯的吸附作用,所以瓦斯在煤体中的渗流规律不同于非吸附性气体[6]。在煤层瓦斯抽采过程中,煤体裂隙中赋存的游离态瓦斯在压力梯度的作用下渗流进人抽采井(孔),构成了煤层抽采瓦斯的源。与此同时，在渗流的影响下，裂隙临近区域煤体中的吸附态瓦斯解吸，解吸后的瓦斯在浓度梯度作用下扩散进入裂隙，成为瓦斯渗流的源汇补充。渗流影响下的抽采孔中瓦斯的流动规律影响瓦斯涌出，直接关系煤炭开采的安全和资源的合理利用。与此同时,抽采井(孔)中瓦斯的浓度及压力分布又会影响煤体裂隙中瓦斯的渗流，裂隙中瓦斯的压力也会影响孔隙中吸附态瓦斯的解吸扩散[7-8]。

煤基质中瓦斯的扩散和裂隙中瓦斯的渗流是影响煤层气产量的主要因素[9-10]。在深部开采煤层中孔隙和裂隙同时存在，受复杂的应力影响，瓦斯在煤体中的吸附解吸、扩散和渗流等运移模式并存并相互影响。在此种情况下,瓦斯的运移机理和不同运移模式之间的相互作用直接关系瓦斯涌出规律,影响煤层瓦斯抽采方法的选择。

煤层瓦斯运移规律是煤与瓦斯共采过程中需要识别的关键,长期以来相关学者采用理论分析、实验室试验、现场试验和现场测试等不同方法展开了一系列研究，取得了卓有成效的研究成果。在煤层瓦斯运移规律研究的各个阶段,涉及各种类型的数据分析和数学模型求解，均需要智能数据处理方法。因而高效的智能数据处理方法，对于丰富煤层瓦斯运移理论,提高煤层瓦斯抽采率，减轻或避免煤炭开采过程中的瓦斯灾害发生，避免环境污染及解决天然气资源不足，均具有重要意义。

……

煤层瓦斯的运移是一个复杂的运动过程，它与煤层的结构和煤层中瓦斯赋存状态密切相关，煤层瓦斯运移规律是煤层气资源开采中的关键问题。本书以煤层瓦斯运移规律研究为主线，按照从微细观到宏观的次序，详细介绍了煤层瓦斯的赋存状态、运移规律以及抽采设计研究中采用的智能数据处理方法。主要包括数字煤岩图像处理算法、求解最小二乘问题的智能优化算法、病态线性方程组的求解方法以及多元统计分析方法等。