[發明專利]一種煤與瓦斯突出模擬相似比確定及反演還原分析方法

在審

• 申請號: 202010071072.0
• 申請日: 2020-01-21
• 公開（公告）號: CN111272970A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 孫海濤;劉延保;戴林超;文光才;曹偈;趙旭生;王波
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;E21F17/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 陰知見

本發明涉及一種煤與瓦斯突出模擬相似比確定及反演還原分析方法，屬于煤與瓦斯突出模擬實驗技術領域，包括以下步驟：根據突出案例現場受突出影響的煤層體積和實驗室的型煤模型體積確定幾何相似比；基于能量守恒定律、煤體物理力學性能、瓦斯吸附性能、瓦斯壓力、應力構建煤與瓦斯突出能量方程；根據實驗參數和能量方程確定實驗參數相似比；根據幾何相似比和實驗參數相似比進行相似設計，根據相似設計進行突出模擬實驗，根據突出模擬實驗反演還原突出事故案例的發生過程，驗證事故案例現場參數，分析突出事故案例現場參數變化規律。本申請通過突出案例現場受突出影響的煤層體積和實驗室的型煤模型體積確定幾何相似比，提高了實驗結果的準確性。

技術領域

本發明屬于煤與瓦斯突出模擬實驗技術領域，涉及一種煤與瓦斯突出模擬相似比確定及反演還原分析方法。

背景技術

煤與瓦斯突出是一種極其復雜的動力災害，具有巨大的破壞性和危害性，嚴重威脅著煤礦的安全生產。對煤與瓦斯突出事故情景的還原與相似模擬是研究煤與瓦斯突出機理與防控技術的重要方法，在實驗室借助大型煤與瓦斯突出模擬裝置開展高相似度工程模擬試驗是研究的有效途徑和發展方向。

目前，國內外學者進行了大量的突出模擬實驗，但是對在實驗過程中相似比的確定以及實驗參數的選擇未給出合理的解釋，特別是幾何相似比的確定，并且未考慮模擬實驗的模型制作誤差、尺度效應等對模擬結果的影響。

如果不考慮幾何相似比確定的合理性和模擬實驗的模型制作誤差、尺度效應等對模擬結果的影響，那么模擬實驗就無法真實反演還原突出事故的全過程，模擬實驗的結果也不能準確反演還原突出事故現場，將使模擬實驗的可靠性和準確性得不到保證，模擬實驗也就不能很好地指導科學研究和現場生產。

發明內容

有鑒于此，本申請的目的在于提供一種煤與瓦斯突出模擬相似比確定及反演還原分析方法，通過突出事故案例現場受突出影響的煤層體積和實驗室的型煤模型體積確定幾何相似比，提高了實驗結果的準確性。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種煤與瓦斯突出模擬相似比確定方法，包括以下步驟：基于突出事故案例，進行事故現場參數的測定和實驗參數的選擇；選擇的實驗參數包括瓦斯放散初速度Δp、堅固性系數f、材料力學參數、氣壓和應力；根據突出事故案例現場受突出影響的煤層體積和實驗室的型煤模型體積確定幾何相似比；基于能量守恒定律、煤體物理力學性能、瓦斯吸附性能、瓦斯壓力、應力構建煤與瓦斯突出能量方程：瓦斯內能+彈性能＝破碎功+拋出功；根據實驗參數和能量方程確定實驗參數相似比；實驗參數相似比包括氣壓相似比、材料力學參數相似比、瓦斯參數相似比和應力相似比。

可選地，受突出影響的煤層體積的確定包括以下步驟：確定影響突出煤層體積的參數；基于突出案例現場測定影響突出煤層體積的參數；根據測定的參數確定突出案例現場受影響的煤層體積。

可選地，影響突出煤層體積的參數包括突出孔洞形狀，將突出孔洞形狀抽象為橢球體。

可選地，基于突出案例現場的測定參數和數值模擬軟件的分析，確定突出煤層體積V_m與突出孔洞體積V_p的關系，即V_m＝δV_p；根據突出煤層體積和實驗室的型煤模型體積的體積比C_V確定幾何相似比

可選地，瓦斯參數相似比包括瓦斯放散初速度的相似比C_Δp和瓦斯第一吸附常數的相似比C_a，且C_Δp＝C_a＝1。

可選地，應力相似比C_σ＝C_f^0.745，其中，C_f為堅固性系數相似比。