煤與瓦斯的案例
如何預防煤與瓦斯突出事故？
《通知書》顯示，2024年1月12日，河南省平頂山天安煤業股份有限公司十二礦發生一起重大煤與瓦斯突出事故，造成16人遇難。根據《重大事故查處掛牌督辦辦法》，國務院安委會決定對該起重大事故查處實行掛牌督辦。
此前，平煤股份1月14日晚間發布公告稱，公司下屬分公司十二礦于1月12日14時51分許，在生產過程中發生一起煤與瓦斯突出事故。事故發生后，公司第一時間上報政府有關部門，并啟動安全事故應急救援預案。
事故發生后，有知情者曝出事故原因：
這起礦難是進風巷外段發生的煤與瓦斯突出事故。一般瓦斯突出發生前，都會有一些征兆，例如：打鉆時可能出現頂鉆、夾鉆、噴孔等現象。有時煤層中還會出現像煤炮聲或者支架斷裂等怪異聲音。在煤礦防突工作中，必須堅持區域防突措施先行，局部防突措施補充的原則。所以這次瓦斯突出事故中，該煤礦的各級管理者以及煤礦安全監察人員，都有不可推卸的責任。
什么是煤與瓦斯突出？
煤與瓦斯突出是指在壓力作用下，破碎的煤和瓦斯突然從煤體中大量噴出的現象。通常，突出時有大量瓦斯涌出，有時會使風流逆轉，波及范圍視其突出強度和礦井通風能力可達一個或幾個采區乃至全礦井。危害包括，造成井下作業人員窒息、破壞通風系統、遇火發生瓦斯爆炸等。
煤與瓦斯突出有什么征兆？
有聲預兆
1.響煤炮。突出在煤體深處發出大小、間隔不同的響聲。有的像炒豆聲、有的像鞭炮聲、有的像機槍連射聲、有的像悶雷聲。特別是煤炮聲由小到大，由遠到近，由稀到密是突出較危險的信號。
2.氣體穿過含水裂縫時的吱吱聲。
3.因壓力突然增大而出現的支架嘎嘎聲，劈裂折斷聲，煤巖壁開裂聲。
無聲預兆
1.煤層結構構造方面表現為：煤層層理紊亂，煤變軟、變暗淡、無光澤、煤層干燥、煤塵增大，煤層受擠壓褶曲、變粉碎、厚度不均，傾角變化。
展開 煤與瓦斯突出--煤爆控制(Coal Burst Controls)
1 引言
最近幾天, 連續發生了兩起煤與瓦斯突出事故. 由于我國目前還是煤炭生產大國, 因此偶然發生這樣的事故毫不奇怪. 公平地來說, 發生事故一方面是管理方面的原因, 另一方面煤與瓦斯突出確實非常難以預測和控制. 美國在上個世紀90年代, 出于能源戰略需要和環境污染的考慮, 逐漸減少了煤礦開采的規模, 主要使用石油和天然氣, 因此進入21世紀后已經很少看見美國在煤礦開采方面的深度研究, 相應地也鮮有煤礦發生事故. 目前還在進行煤礦開采研究的主要國家首先是中國, 其次是澳大利亞.
2 事故經過
(1) 6月5日12時07分，黑龍江龍煤礦業集團雞西礦業公司滴道盛和煤礦在平巷鉆孔期間發生煤與瓦斯突出事故，6日20時10分, 被困的8名曠工全部升井, 無人員傷亡.
(2) 6月4日17時50分，河南省鶴壁煤電股份有限公司六礦發生煤與瓦斯突出事故，截至6日18時, 已經造成4人遇難，4人失聯。
3 煤爆控制
煤與瓦斯突出正式的學術名稱稱之為煤爆(coal burst), 這個術語是從巖石力學中的巖爆(rock burst)延伸而來的, 在一些文獻中, 有些作者也稱之為Coal bumps. 在美國, 偶然地人們也稱作coal bounces. 不管如何稱呼, 煤爆是發生在地下煤礦的一種突然而劇烈的巖石/煤炭破壞, 儲存在煤中的能量突然釋放出來。盡管已經進行了大量的研究, 然而目前還無法準確預測出煤爆事件, 包括具體的時間和發生地點。
煤爆主要發生在長臂開采和房柱開采中, 發生的主要原因是應力集中, 因此為了避免發生煤爆, 最有效的措施是對采礦方法和開采順序進行優化設計.
展開 煤與瓦斯氣固耦合模型 ￥200
立足于消除煤層滲透及擴散特性對于煤與瓦斯氣固耦合模型的干擾，在分析首采煤層所處應力狀態特點的基礎上，建立更符合煤體的孔隙裂隙二重介質特性的修正的P-M滲透率模型，提出考慮解吸–擴散效應及Klinkenberg效應的煤與瓦斯氣固耦合模型，詳細闡述多物理場之間的耦合作用關系。應用該模型模擬分析深部首采層順層鉆孔預抽消突過程中煤層瓦斯壓力及滲透率的演化規律。
參考文獻：劉清泉,程遠平,李偉等.深部低透氣性首采層煤與瓦斯氣固耦合模型[J].巖石力學與工程學報,2015,34(S1):2749-2758.
深部低透氣性首采層煤與瓦斯氣固耦合模型_劉清泉.pdf
有需要該模型的，請聯系我QQ:1045343728。
展開 fluent模擬樣煤塊瓦斯吸附解吸
一個小型封閉空間中放入固定大小的樣煤，充瓦斯使樣煤達瓦斯吸附平衡狀態。 初始 恒溫恒壓，到卸壓，完成樣煤瓦斯的解吸，收集測量。 怎樣來進行瓦斯吸附解吸過程的模擬？ 望看到帖子的指點一二。提前謝謝了
不同載荷條件下煤與瓦斯氣固耦合模型及其滲透率演化
單軸壓縮瓦斯壓力變化
單軸壓縮瓦斯壓力變化顯示，考慮基質收縮時的滲透率瓦斯壓力下降幅度最大，僅考慮裂隙滲流瓦斯壓力下降幅度最小，其與煤層滲透率演化有關系。
但是僅考慮裂隙單孔滲流的瓦斯抽采量在前期確實最大的，其與是否考慮基質中瓦斯擴散有關系。
非單軸壓縮情況下各滲透率演化
非單軸壓縮情況下，ZHANG的模型滲透率影響在煤層左右邊界附近的滲透率和單軸壓縮有所不同，其主要原因在于煤層變形的影響。而在煤層右邊界的兩個ZHANG的邊界條件相同時，滲透率變化也是相同的。PM模型的在不同條件下，其滲透率變化結果是相同的。
左右邊界無約束時的煤體體應變
左邊界受到水平壓應力時的煤體體應變
非單軸壓縮的兩種情況中左邊界煤體的變形明顯不同，導致其滲透率演化趨勢不同。而右邊界煤體變形相同，所以其滲透率演化趨勢也是相同的。從以上幾種情況上看，煤體的滲透率受到煤層變形影響較大。PM模型未考慮煤體變形，則其邊界條件改變時，不會影響滲透率的變化。
以上案列是在技術鄰上發布課程的一部分，歡迎大家交流學習。
展開 巖爆預測文獻回顧(Prediction of Rock Burst) (5) [2006-2008]
4 電磁輻射
Liu(2000) <Principle of Predicting Coal and Gas Outburst Using Electromagnetic Emission>研究了瓦斯對電磁輻射(electromagnetic emission(EME))的影響規律和機制，以及用電磁輻射預測煤與瓦斯爆炸的原理。EME與作用于煤和巖體的載荷及其變形和斷裂過程密切相關，煤層中的瓦斯能增強EME，其流動和沖擊能產生EME，EME的振幅和脈沖數能全面反映工作面前的煤突危險性，作者建議EME技術可以用于煤與瓦斯突出、巖爆等煤巖災害性動力現象的預測。Liu (2007)<Electromagnetic emission forecasting technology of coal or rock dynamic disasters in mine> 根據煤或巖石的應力-電耦合模型、兩種災害的不同特點和大量的現場測量數據，確定了電磁輻射的臨界值和動態趨勢系數的預測方法，并在此基礎上確定了煤與瓦斯爆炸和巖石爆裂的預測方法。結果表明，EME預測指標為脈沖數和強度，預測方法為靜態臨界值法和動態趨勢法的結合，根據這種預測方法，可將動態災害的危險性分為無危險、弱危險和強危險三個等級預測。
5 巖石力學試驗
Tarasov and Randolph (2007) <Paradoxical Features of Primary Shear Fractures and General Faults> 堅硬的巖石在高約束壓力下表現出特定的特性，與普通的巖石行為有明顯的區別：在一定的剪切斷裂位移范圍內，它們會變得非常脆，并失去抗剪切能力。這兩個特征的結合導致不穩定性隨著深度的增加而增加，并使破裂異常劇烈，這兩點在實驗中已從高應力水平的地震和巖石爆裂的研究中得到證實。
展開 煤層氣微波注熱的電磁-熱-流-固全耦合模型
微波能量可以通過波導和天線導入煤層，首先，由底板巷向煤層施工瓦斯抽采鉆孔；然后，將波導與天線連接并和抽采管一起放入鉆孔內；天線與鉆孔壁之間安裝特氟龍護管；最后密封鉆孔，打開微波發生器后實施瓦斯抽采。微波發生器產生的微波通過矩形波導、波導轉換器及同軸波導傳遞到鉆孔內的天線處，并由天線向煤層輻射注熱，一方面，微波輻射熱效應提高了煤體溫度，瓦斯氣體大量解吸；另一方面，微波輻射改變了煤體物性結構，煤層含水飽和度大大降低，煤體孔隙率、滲透率迅速提高，從而極大地促進了瓦斯抽采。由于煤基質是微波透明體，而煤中水分是微波吸收體，利用微波的穿透性對水進行選擇性加熱決定了其比注熱水或熱蒸汽更加節能，更加經濟。
煤儲層的微波注熱增產示意圖
煤層內的瓦斯運移涉及煤體變形、氣體滑移、吸附導致的基質收縮/膨脹、及熱傳遞，研究瓦斯運移必須兼顧各物理場的交互耦合。溫度是影響煤體變形及瓦斯運移的關鍵。瓦斯賦存具有極強的溫度敏感性；煤的異質性可能會引發不均勻受熱從而產生熱應力，這些熱應力會引起煤體形變并改造滲透率；煤體升溫會驅使氣體從煤基質中解吸出來并處于一種自由、活躍狀態。溫度的升高會促使瓦斯由吸附態轉變為游離態，微波熱改造會導致煤層溫度及含水率的改變，從而觸發復雜的氣-固耦合作用。近年來，眾多學者為定量表征煤層氣開采中復雜的氣-固耦合過程已建立了一系列數值模型，然而涉及微波電磁-熱耦合效應的煤儲層滲透率模型罕有報道。本模型的首先通過介質損耗將電磁場與傳熱場聯立起來以實現微波注熱，這是一個雙場雙耦合過程；然后，通過熱膨脹耦合模塊、熱流動耦合模塊、熱解吸效應、吸附膨脹效應建立起滲透率模型并將傳熱場、固體力學場及滲流場耦合起來，這是一個多場耦合過程；最終建立起一個電磁-熱-流-固全耦合模型。
展開 Comsol在能源行業仿真中的應用——基于多工況下瓦斯抽采的多物理場耦合
<p> Comsol以其強大的多物理場耦合能力、強大的網格劃分以及高精度仿真結果廣泛應用于能源行業，多工況下瓦斯抽采的多物理場耦合是一個復雜且關鍵的研究領域。</p><p> 在瓦斯抽采過程中，主要涉及到的物理場包括煤體變形場、瓦斯滲流場、溫度場等，這些物理場之間的耦合作用對瓦斯抽采效果有著重要影響。瓦斯抽采過程中涉及多種工況：不同滲透率工況、不同負壓工況以及不同溫度工況。</p><p><strong>研究多工況下瓦斯抽采具有以下重要意義：</strong></p><ul><li class="ql-align-justify">優化瓦斯抽采方案： 通過對多工況下瓦斯抽采多物理場耦合的研究，可以深入了解瓦斯抽采過程中的物理機制和耦合規律，為優化瓦斯抽采方案提供科學依據。</li><li class="ql-align-justify">保障瓦斯抽采安全： 瓦斯抽采過程中存在著煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸等安全隱患。 通過多物理場耦合分析，可以預測不同工況下煤體變形和瓦斯滲流的變化趨勢，提前采取有效的防治措施，保障瓦斯抽采的安全進行。</li><li class="ql-align-justify">提高煤炭資源回收率： 瓦斯是煤炭伴生的資源，合理高效地抽采瓦斯不僅可以降低瓦斯災害的風險，還可以將瓦斯作為能源加以利用，提高煤炭資源的回收率。
展開 煤層卸壓開采瓦斯越流以及塑性變形 ￥100
煤層工作開挖過程，會引起鄰近煤巖層應力、變形場發生變化，以及引起臨近煤層卸壓，從而達到保護層開挖目的。本模型根據煤巖層之間的位置關系，建立瓦斯流動場、煤巖彈塑性變形場，供大家參考。
等效塑性應變
塑性范圍
煤層滲透率變化
煤巖層瓦斯壓力
技術鄰周報Q18：結構設計/Abauqs/氣固耦合/NVH/巖土/iSolver/超彈模型/CFD/動力總成...
2、不同擴散模型下煤與瓦斯氣固耦合
作者：康康學長
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1829822
本文章主要通過介紹不同擴散模型下煤與瓦斯氣固耦合案列，探討基質中瓦斯擴散對瓦斯抽采流量以及抽擦效果的影響。首先擴散模型分為3類：(1)雙孔擴散模型(2)單孔擴散模型(3)動態時變擴散模型。
3、Abaqus疑難雜癥——局部坐標系的那些事兒
作者：
易公子
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1829859
本篇文章將詳細講解Abaqus/CAE中局部坐標系的一些故事，內容來源于本人平時學習軟件時的心得和官方在線手冊以及曹金鳳老師、石亦平博士編寫的《ABAQUS有限元分析常見問題解答》，分為基礎小白篇（面向初學者）和高手進階篇（面向中級Abaqus仿真師）。
4、新能源汽車驅動電機NVH仿真中的電磁力處理
作者：
沉魚落雁
鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/content/post/1829916
電機NVH是一個多物理場耦合的問題，其中涉及到的電磁、機構運動、熱流等領域，對應仿真也需要采用多個不同領域的求解器聯合求解。目前，對于由于電磁載荷引起的電機噪聲仿真一般采取先進行電磁仿真提取電磁力，然后將提取的電磁力加載到結構有限元模型上進行結構振動噪聲仿真的流程。
展開 地下礦山安全監測系統中CO報警傳感器的應用
目的為認真貫徹落實《國務院關于進一步加強企業安全生產工作的通知》（國發〔2010〕23號）精神，進一步提高金屬非金屬地下礦山安全生產保障能力，國家安全監管總局組織制定了《金屬非金屬地下礦山安全避險“六大系統”安裝使用和監督檢查暫行規定》和《煤礦井下安全避險“六大系統”建設完善基本規范》（安監總煤裝[2011]33號）。下面工采網小編重要為大家介紹礦山安全監測監控系統
監測監控系統
主要用來監控和預警瓦斯、火、沖擊地壓等重特大事故。煤礦安全監控系統監測甲烷濃度、風速、風壓、饋電狀態、風門狀態、風筒狀態、局部通風機開停、主通風機開停等，當瓦斯超限或局部通風機停止運行或掘進巷道停風時，自動切斷相關區域的電源并閉鎖，同時報警。
系統還具有煤與瓦斯突出預警、火災監控與預警、礦山壓力監測與預警等功能。
煤礦安全監控系統一般由傳感器、執行機構、分站、電源箱（或電控箱）、主站（或傳輸接口）、主機（含顯示器）、系統軟件、服務器、打印機、大屏幕、UPS電源、遠程終端、網絡接口和電纜等組成。傳感器、執行機構、分站、電源箱（或電控箱）等設置在井下，其他設備設置在地面。
火災監控與預警：
一氧化碳濃度的高低一直是煤礦是否發生自燃火災的重要標志之一，也是導致人員中毒死亡而引起重大傷亡事故的重要因素。我國對煤礦安全規程明確要求，在大巷、回風巷、采煤工作面、掘進工作面、采空區等地點，需要使用含有一氧化碳氣體傳感器的報警裝置對一氧化碳氣體濃度進行實時監測，并在氣體濃度達到或者超過預設定危險值時進行報警。
為保護礦工的安全，《煤礦安全規程》中規定：井下作業場所的一氧化碳氣體濃度必須控制在0.0024%以下。因此，使用一氧化碳氣體檢測儀對礦井空氣中一氧化碳濃度進行快速、精準的監測，對保障煤礦安全生產及對礦井火災早期預警具有重要作用。
展開 
巖爆預測文獻回顧(Prediction of Rock Burst) (2) [1981-1990]
巖爆和沖擊地壓災害分類(Rock Burst Hazard)
礦山沖擊地壓控制(Coal Mine Burst Prevention Controls)
煤與瓦斯突出--煤爆控制(Coal Burst Controls)
巖爆預測文獻回顧(Prediction of Rock Burst) [1940-1980]
下面簡要回顧1981-1990這10年間的主要研究工作。
2018年山東某煤礦發生的巖爆
相關新聞: 2021年10月7日18時許，黑龍江省七臺河市鹿山煤礦二井發生礦震，截至目前井下4人被困，目前救援工作正在有序進行當中。
2 1981-1990之間的文獻
由于日本屬于多震國家而且巖石大多是軟巖，所以日本早期的巖石力學工作做得相當好，1970年代~1980年代修建的地下工程現在看來都令人嘆為觀止。因此，既美國和蘇聯之后, 日本也進行了大量的巖爆預測工作。例如Kimura等人(1982) 進行的煤爆研究<Study on the controlling of coal burst in Miike Mine>。Nishimatsu (1986) 在他的綜述性論文《Rock mechanics activities in Japan》中總結了日本如何預防和預測巖爆和氣爆(瓦斯)的發生，其中一種方法是通過觀察地表的微震活動(microseismic activity)來測地下深層煤礦發生巖爆的位置和危險的可能性，并在積累的觀察數據基礎上決定停產或改變回采順序。這種方法詳細的討論參看Sato等人(1986) <Microseismic activity associated with hydraulic mining>。
展開 巖爆預測文獻回顧(Prediction of Rock Burst) [1940-1980]
Antsyferov and Pereverzev (1966) <The ZUA-2-VCh Seismo-Acoustic Equipment> 為煤礦設計了一種地震聲學設備，用來預測和預防巖爆及其他動態現象，如震蕩顛簸、頂板坍塌等，采用的方法是記錄和分析地震聲學數據，顯示固體煤處于的應力狀態。Khodot等人(1967) 在<Physical principles of prediction and prevention of gas-dynamic phenomena 預測和預防氣體動力現象的物理原理> 中，介紹了1950-1966年斯科欽斯基采礦研究所對易爆和無爆煤層的結構、機械和物理化學特性的實驗室和實地研究的一些結果，以及對煤層中瓦斯運動的研究結果。他們指出，在解決預測和預防瓦斯動力現象的問題時，必須綜合應用巖石力學、物理化學、地下水力學、地質學和地球物理學的方法，強調了對介質的物理和物理化學特性及其在氣體動力現象中的運動規律的了解。
在一篇沒有任何記錄的文獻中，Osterwald (1970) <Comments on rock bursts, outbursts, and earthquake prediction>討論了巖爆和地震預測的方法。
Brady B. (1977) 發表了三篇文章討論愛達荷州Burke地區的Star礦區發生的三次中度巖爆。
展開 comsol考慮流-固耦合理論的煤層瓦斯抽采數值模擬 ￥100
煤儲層中瓦斯的吸附、解吸過程也會引起煤的膨脹變形和基 質收縮。因此，研究水射流擾動煤層后的瓦斯運移產出過程，必須要綜合考慮應 力場、變形場和瓦斯滲流場三場互相耦合作用。
基本假設 瓦斯在煤儲層中的運移產出是一個涉及多學科的及其復雜過程，包括滲流力 學、固體力學、材料力學、巖體力學等，需要引入必要的假設作為建立流-固耦合 偏微分方程的基礎。本文根據前人對流-固耦合理論的不斷研究，為建立含瓦斯煤 巖流-固耦合理論模型提出如下假設條件：
(1)含瓦斯煤巖可視為各向同性線彈性介質；
(2)將煤層視為均質，即煤層中各部分物理性質處處相同，并不隨著位置的變 化而變化；
(3)煤層溫度保持恒定；
(4)煤層中所含瓦斯視為理想氣體，且服從理想氣體狀態方程；煤層瓦斯解吸 服從 Langmuir 方程；
(5)煤巖的變形屬于小變形，含瓦斯煤巖變形所產生的應變與有效應力之間的 關系遵從廣義胡克定律；
(6)煤層中只有單相飽和的瓦斯飽流體，并且只有游離和吸附兩種狀態；
(7)設模型與外界隔絕，不發生任何形式的能量和物質交換。
求解結果
孔隙率數學模型
滲透率演化數學模型
應力場方程
滲流場方程
含瓦斯煤巖流-固耦合理論模型方程組
數學模型嵌入
應力場嵌入
展開 極限學習機matlab實戰
%% 結果對比
result_1 = [T_train' T_sim_1'];
result_2 = [T_test' T_sim_2'];
% 訓練集正確率
k1 = length(find(T_train == T_sim_1));
n1 = length(T_train);
Accuracy_1 = k1 / n1 * 100;
disp(['訓練集正確率Accuracy = ' num2str(Accuracy_1) '%(' num2str(k1) '/' num2str(n1) ')'])
% 測試集正確率
k2 = length(find(T_test == T_sim_2));
n2 = length(T_test);
Accuracy_2 = k2 / n2 * 100;
disp(['測試集正確率Accuracy = ' num2str(Accuracy_2) '%(' num2str(k2) '/' num2str(n2) ')'])
%% 繪圖
figure(2)
plot(1:30,T_test,'bo',1:30,T_sim_2,'r-*')
grid on
xlabel('測試集樣本編號')
ylabel('測試集樣本類別')
string = {'測試集預測結果對比(ELM)';['(正確率Accuracy = ' num2str(Accuracy_2) '%)' ]};
title(string)
legend('真實值','ELM預測值')
結果顯示
參考文獻：
[1] 史峰，王輝等，智能算法30個案例分析，北京航空航天大學出版社
[2]王雨虹,孟瑤瑤等優化極限學習機的煤與瓦斯突出預測方法
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