28篇“矿井瓦斯”热文深度剖析：如何抓住领域研究热点？

长期以来，科学前沿的重点领域和方向一直是科学家团体、科技规划部门、科技行业管理者、产业经济界等密切关注的问题。而对学术论文、学术关系等的计量分析，可以揭示学科发展趋势，展现重点领域和方向。为此《煤炭科学技术》编辑部从近3年来发表的100余篇“矿井瓦斯”论文选出28篇具有前瞻性的论文，通过提炼研究创新点，助力科学家快速抓住领域研究热点。

行业视野: 煤层气
类别; 128个
关键词; 131位
专家; 28篇
论文; 14006IP
点击量; 27698次
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基于特征选择和机器学习融合的煤层瓦斯含量预测

作者(Author)：林海飞, 周捷, 高帆, 金洪伟, 杨卓亚, 刘时豪

摘要：煤层瓦斯含量是矿井瓦斯灾害防治及煤层气勘探开发的基础参数，为提高其预测精度及科学性，对典型矿井煤层瓦斯含量的35组实测数据进行了零-均值规范化处理，通过全子集回归和随机森林2种特征选择方法对11类影响煤层瓦斯含量的参数进行不同规律组合，得到17种瓦斯含量特征参数组合。运用高斯过程回归、最小二乘支持向量机、梯度提升回归树和极限回归机等4种经典有监督机器学习算法，分别对17种特征参数组合进行预测，得到68种瓦斯含量预测模型。根据各机器学习算法平均判定系数≥0.800，对68种瓦斯含量预测模型进行初步筛选。综合归一化均方误差≤001以及希尔不等系数≤001，得到21种基于特征选择和机器学习融合的最优预测模型，并取平均值得到了最终预测序列。结果表明：最终预测序列的归一化均方误差为0007，希尔不等系数为0005，判定系数为0993，平均绝对误差为0170 m3/t，平均相对误差为075%，各精度评估指标均符合要求，所构建的多参数组合多算法融合的预测模型具有广泛的普适性且精度较高。

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煤炭科学技术

2021年第05期

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基于关键层运动的邻近层卸压瓦斯抽采优化设计方法

作者(Author)：胡国忠, 许家林, 秦伟, QU Qingdong, 彭小亚, 李康

摘要：瓦斯抽采巷(孔)的合理布置是实现邻近层卸压瓦斯精准抽采的基本前提。在深入分析覆岩关键层运动对邻近层瓦斯卸压运移控制机制的基础上，提出了基于关键层运动的邻近层卸压瓦斯抽采优化设计新方法。研究结果表明：邻近层卸压瓦斯抽采巷(孔)的合理布置层位为垮落带边界至导气裂隙带最大发育高度之间的空间范围，导气裂隙带最大发育高度可按基于关键层位置的导水裂隙带高度预计方法来确定；邻近层卸压瓦斯抽采巷(孔)的合理层面位置为导气裂隙带内的“O”形圈裂隙区中部，“O”形圈裂隙区宽度可按其与煤层采高、覆岩关键层结构及采深的函数关系式进行预计。该方法在阳泉矿区邻近层卸压瓦斯实践中得到了应用和验证，邻近层卸压瓦斯抽采率稳定在92%，能较好地指导煤层群开采条件下煤与瓦斯共采实践。

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煤炭科学技术

2021年第05期

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瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究

作者(Author)：王亮, 廖晓雪, 褚鹏, 张晓磊, 刘清泉

摘要：随着我国煤矿开采逐渐向深部开拓，煤层瓦斯压力增大、含量增加，煤层渗透率普遍较低，增加了瓦斯抽采的难度。钻孔钻扩造穴卸压增透技术能提高煤层渗透率，是增加瓦斯抽采效率的有效手段。为解决寺家庄煤矿15号煤层渗透率低，瓦斯难抽采的问题，以寺家庄煤矿北翼辅助运输巷15号煤层抽采钻孔造穴为工程背景，以弹性力学应变软化模型和扩散-渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础，建立了穿层钻孔钻扩造穴后煤层渗透率演化方程和穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程。通过COMSOL Multiphysics多物理场数值模拟软件对方程进行解算，分析了钻孔造穴的增透机理和渗透率分布规律，得到了瓦斯抽采量、瓦斯压力分布以及渗透率等关键参数；结合模拟结论与现场条件，确定了钻孔钻扩造穴的最优造穴半径为0.6 m，最佳布孔间距为6.0～7.0 m，为现场施工造穴半径和钻孔间距的确定提供了指导。最后，在寺家庄煤矿15号煤层实施普钻钻孔与造穴钻孔，进行了瓦斯抽采效果对比。试验结果表明：实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率、抽采浓度和抽采纯量相对普钻钻孔分别提高了约2.7、2.0、5.7倍；瓦斯抽采周期、钻孔施工工程量降低了约2倍，提高了瓦斯抽采技术经济效益,应用结果验证模拟结果可靠，抽采设计可行，可以指导现场施工。

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2021年第05期

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区域和局部突出危险性动态实时监测预警技术研究

作者(Author)：宋大钊, 何学秋, 邱黎明, 赵英杰, 程肖禾, 王安虎

摘要：为实现煤与瓦斯突出灾害的准确监测预警，将微震监测技术、震动波CT技术与声电瓦斯监测技术应用于煤与瓦斯突出矿井，分析了微震信号的时空演化特征规律，研究了震动波CT与应力异常、突出预兆、采掘工程的关系，深入挖掘了掘进期间的电磁辐射、声发射、瓦斯等监测数据的时空演化规律，建立了预警准则统一、预警指标统一、预警临界值统一的综合集成高可靠性预警方法，最终形成了逐级聚焦的突出危险区域-局部动态实时监测预警方法技术，并开展了煤岩动力灾害监测预警云平台的应用。结果表明：基于微震监测以及震动波速反演得到的区域应力场结果，可以预测采掘强扰动区、应力集中区，地质异常区共同组成的煤与瓦斯突出危险区，实现了突出危险区域预测；声发射12 h偏差值DA、声发射偏离异常频次N、电磁辐射24 h偏差值DE、电磁辐射偏离异常持续时间h、瓦斯涌出量Q、瓦斯涌出变化率I等指标对突出危险具有较好的响应，可进行局部突出危险预警。突出危险区域-局部动态实时监测预警技术首先通过微震动态监测区域动载扰动信息，结合震动波CT探测区域应力场的分布特征，初步划定突出危险煤层危险区域，随后集成电磁辐射、声发射、瓦斯等多参量综合监测实现突出危险的局部即时预警。

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2021年第05期

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高瓦斯矿井超大区域瓦斯治理技术

作者(Author)：刘忠全, 陈殿赋, 孙炳兴, 李健威

摘要：基于大功率定向钻进技术与装备的发展和矿井瓦斯防治技术的提升，保德煤矿先后创造了2311、2 570、3 353 m井下顺层定向长钻孔瓦斯抽采施工纪录，为矿井实施超大区域瓦斯治理技术提供了基础条件。以保德煤矿8号煤的煤层气防治为研究对象，基于超长工作面区域瓦斯治理需要，依据区域范围及预抽时间的不同，分别采用井上井下联合抽采、盘区超前大区域预抽、掘进工作面主巷羽状钻孔大区域预抽、采煤工作面大区域递进式预抽等措施对采掘区域内煤层气进行了大面积超前预抽，为煤层气治理提供了充裕的时间和空间，确保了抽采达标所必备的时间条件；针对8号煤层透气性低、抽采衰减快的问题，采用定向钻孔分段压裂增透技术并辅以高效封孔工艺技术，实现了煤巷掘进前和工作面回采前煤层气的高效治理；针对矿井超长工作面回采后形成的大范围采空区瓦斯异常涌出问题，提出并实施了大范围采空区平衡卸压抽采技术，有效地阻止了采空区瓦斯涌入采掘空间。实践表明：保德煤矿8号煤层通过实施超大区域瓦斯治理技术措施，煤层气预抽率大于30%，切实有效地解决了工作面采掘期间的瓦斯涌出治理问题，矿井生产全过程瓦斯抽采达标；采掘工作面月产量达80万t，掘进工作面月单进尺560 m以上，实现了高瓦斯矿井长周期安全高效生产，实践证实了超大区域瓦斯治理技术具有显著的安全和经济效益。

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2021年第05期

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基于Langmuir模型温度对煤吸附解吸甲烷影响研究

作者(Author)：唐明云, 张海路, 段三壮, 姚冠霖, 郑春山, 张亮伟

摘要：为研究热对煤体吸附/解吸瓦斯的作用效果及影响程度，在高压气体吸附仪的基础上，使用外接的恒温水浴装置，对潘三煤矿11-2煤层煤样进行不同温度下的甲烷吸附/解吸试验研究。结果表明：相同温度条件下，甲烷气体吸附量随着压力的增加而增大，但增加幅度逐渐降低；相同气体压力条件下，甲烷气体吸附量与温度之间呈非线性负相关关系，而且降低幅度逐渐增大；将气体压力修正系数引入到Langmuir方程之后，对不同温度条件下煤样吸附数据拟合，发现与传统的Langmuir方程相比，修正后的Langmuir方程拟合曲线的相关系数更高，而且拟合回归得到的吸附常数a、b的标准误差更小；在Langmuir方程修正模型基础上对不同温度条件下的吸附常数a、b及修正系数c进行了多项式拟合，得到煤吸附甲烷含量与温度、压力之间的耦合方程；试验得到的同一温度条件下煤样对甲烷的吸附和解吸曲线不重合，说明煤样对甲烷的解吸过程滞后于吸附过程，随着试验温度升高，吸附和解吸2条曲线间距越小，表明煤对甲烷的解吸滞后性越弱；利用吸附/解吸滞后评价模型定量计算了不同温度下的吸附/解吸滞后量，通过曲线拟合得到解吸滞后量与温度呈现负指数关系；从吸附热角度进一步揭示了解吸滞后于吸附的原因是吸附热小于解吸热，而且随着温度升高，煤对甲烷吸附/解吸热差值越小，从而导致煤解吸甲烷滞后量也越小。

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2021年第05期

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甲烷气体检测技术及其在煤矿中的应用

作者(Author)：梁运涛, 陈成锋, 田富超, 王敬燕

摘要：瓦斯灾害是制约煤矿安全生产的主要灾害之一，而甲烷是瓦斯的主要成分，因此对甲烷浓度的准确检测对有效预防预警瓦斯灾害意义重大。基于甲烷物理化学性质的差异性特征概述了催化燃烧法、热导法、光干涉法、非分散红外光谱法和可调谐半导体激光光谱法的甲烷检测原理，探讨了不同原理的甲烷检测技术发展现状。在煤矿环境对甲烷检测技术的影响分析基础上，通过煤矿井下技术应用对比研究得出：催化燃烧法利用甲烷可燃性特征，适用于检测体积分数4%以下的甲烷，不适用于氧气浓度过低、甲烷浓度过高或存在含硫气体的井下环境；热导法利用含不同浓度甲烷的空气热导率的不同特征，适用于检测体积分数4%以上的甲烷，不适用于甲烷浓度低、二氧化碳浓度过高等井下环境；光干涉法利用含不同浓度甲烷的空气折射率的不同特征，适用于井下绝大部分环境，但不适用于二氧化碳浓度过高的井下环境；红外光谱法利用甲烷的气体选择性吸收的特征，适用于绝大部分井下环境，其中非分散红外光谱法受水蒸气、烷烃气体干扰，需进行算法优化以减小误差，而可调谐半导体激光光谱受其他气体干扰影响较小，但两者皆需采用补偿算法来减少受温湿度影响引起的误差。最后，对不同原理的甲烷检测方法进行了技术适用性综合对比分析，以期对煤矿甲烷检测技术的应用提供借鉴指导意义。

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煤炭科学技术

2021年第04期

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基于水力割缝卸压的煤岩与瓦斯动力灾害防控技术

作者(Author)：张永将, 黄振飞, 季飞

摘要：随着煤矿开采逐渐向深部延深，高强度开采瓦斯涌出量大，煤岩体高应力与瓦斯灾害呈相耦合态势。针对深部矿井高强度开采面临的煤岩与瓦斯动力灾害治理难题，基于高压水射流割缝卸压原理，提出应力、瓦斯双重卸压的煤岩与瓦斯动力灾害水力化防治技术。通过理论分析与数值模拟方法，分析了超高压水射流割缝破煤机制，研究了煤层割缝卸压措施对区域内煤体应力及瓦斯的双重影响。研究结果表明：高压射流在煤层内部切割破坏了煤体完整性，减弱了煤体对上覆岩层支承能力，能有效地缓解割缝区域内应力集中;钻孔内部切割形成的缝槽改变钻孔瓦斯抽采模式，由径向流动改变为径向、轴向复合流动，使煤层瓦斯含量、压力迅速降低，超高压水力割缝技术通过应力卸压及瓦斯抽采2 个方面解除了煤岩与瓦斯动力灾害发生危险。经在胡家河矿现场试验，割缝区域内平均微震事件能量下降18%、单位进尺微震能量降低37%，采用地音趋势法评估的矿压显现强烈次数下降17%，瓦斯抽采量提高4.1 倍，表明超高压水力割缝技术能实现地应力及瓦斯压力双重卸压，有效解除煤岩与瓦斯动力灾害发生危险，为深部煤矿高强度安全开采提供技术保障。

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煤炭科学技术

2021年第04期

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