基于VC的煤層透氣性系數的計算可視化

王 鵬，張躍錚

(河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454003)

·試驗研究·

基于VC的煤層透氣性系數的計算可視化

王 鵬，張躍錚

(河南理工大學能源科學與工程學院，河南 焦作 454003)

針對煤層透氣性系數計算過程復雜的特點，介紹了以煤層透氣性系數的兩種計算方法為基礎，以VC 6．0作為開發平臺的可視化設計。對兩種算法通過實例進行結果對比，誤差很小，并進行了人工計算，驗證了其可靠性。

煤層透氣性系數;VC;可視化;效率;準確性

煤層是一種多孔介質，煤層透氣性系數是描述煤層中瓦斯流動難易程度的一個重要指標，也是研究煤層瓦斯抽放和瓦斯突出的重要技術參數［1］。它的物理意義是:當長度為1 m的立方體兩側面的壓力平方差為1 MPa2時，一天流過該側面的瓦斯流量。它對煤層氣的開發和煤礦井下瓦斯抽放具有重要意義，是瓦斯抽放分類方法的一項主要指標(見表1)。

表1 瓦斯抽放難易程度分類

目前，現場測定法在煤層透氣性的測定中應用最廣，一般能較好地反映現場的實際情況，但這種方法需要在一組公式中采用試算法才能找到合適的計算公式，計算步驟繁雜，工作量大，人工操作極易出錯。本文針對通常使用的礦大算法和優化后的計算方法進行可視化軟件開發，極大地提高了工作效率，減輕了人工計算量，也減少了出錯的幾率。

1 煤層透氣性系數計算方法

煤層透氣性系數的計算與測定方法密切相關。徑向流法在測定中能避免鉆孔擾動帶的影響，后期測定結果穩定，不受煤層條件限制，實用性好，在我國得到了廣泛的應用［2］。徑向流量法計算公式組見表2。

表2 徑向流量法計算煤層透氣系數參數與公式組［3］

利用表2中的公式進行計算時，一般是先計算出q，進而求出常數A和B，然后采用試算的方法，即選用一個煤層透氣性計算公式，算出煤層透氣性系數λ和時間準數F0，如若計算的F0不在表2范圍，那么換用下一個公式，以此類推，直到找到適合的值。本文通過VC 6．0開發平臺，把復雜的計算過程程序化、簡單化，只需通過可視化界面向軟件輸入相關參數，便可以得到相應結果(見圖1、圖2和圖3)。

在礦大算法中，存在著無法找到合適計算公式的缺陷，而且還存在兩個相互矛盾的計算結果。在本軟件設計過程中，考慮了這些缺陷問題，當計算結果出現這類問題時，可以提示錯誤信息，進而可以選用優化算法進行計算。

表2中，P0—煤層原有絕對瓦斯壓力;P1—鉆孔中瓦斯壓力，一般為0．1 MPa;λ—煤層透氣性系數，m2/(MPa2·d);r1—鉆孔半徑，m;q—在排放時間 t時，鉆孔壁單位面積瓦斯流量，m3/(m2·d)，由式q確定;Q—在時間為t時，鉆孔總流量，m3/d;π—3．1416;L—鉆孔有效煤孔長度，m;t—從開始排放瓦斯到測量瓦斯流量q時的時間間隔，d;α—煤層瓦斯含量系數，由式;X—瓦斯含量，m3/t;γ—煤的密度，t/m3。

針對礦大算法中的缺陷，劉明舉，何學秋(2004)［4］對煤層透氣性系數的計算公式組進行了修正，解決了空白區域和重復區域無法找到合適計算公式的矛盾，并對煤層透氣性系數進行了優化。

修正后的優化算法，只需通過參數計算得到常數A和B，進而得到AB的乘積，判斷AB所在區域，選擇對應煤層透氣性系數λ的計算公式。該算法，省去了試算的麻煩，可以直接根據AB值判斷對應公式，較礦大算法簡便了不少。修正后的煤層透氣性系數優化計算見表3，表3中參數含義與表2中參數一致。

表3 修正后的煤層透氣性系數優化計算［4］

2 煤層透氣性系數軟件開發

2．1 主界面模塊

主界面模塊展示了礦大算法和優化算法，在進行透氣性系數計算時，可以根據需要任意選擇一種算法，并對其算法作出響應，跳轉到對應算法界面，見圖1。

2．2 礦大算法模塊

在該模塊中，所有參數類型為float類型，計算結果為float類型，在計算過程中具有很高的精度。輸入相關參數，得到相應結果，見圖2。

2．3 優化算法模塊

在該模塊中，所有參數類型為float類型，計算結果為float類型，結果精確到小數點后6位，具有很高精度。輸入相關參數，得到相應結果，見圖3。

圖3 優化算法界面

3 應用實例

某礦煤層鉆孔在t時刻的鉆孔總流量Q為5．767 m3/d，鉆孔半徑r1為0．05 m，鉆孔有效煤孔長度L為30 m，實測煤層瓦斯壓力P0=0．6 MPa，瓦斯含量X為 8．688 m3/t，煤的密度 γ 為 1．35 t/m3，卸壓至測壓鉆孔瓦斯流量的時間t=50 d，卸壓后鉆孔瓦斯壓力P1約為0．1 MPa。計算透氣性系數λ。

由圖 2可知，礦大算法計算結果為 λ1=0．330 003 m2/(MPa2·d)，優化算法計算結果為 λ2=0．324 551 m2/(MPa2· d)。Δλ = λ1－ λ2=0．005 452 m2/(MPa2·d)，相對誤差為 0．016 521。并且手算結果和軟件計算所得結果完全一致。因此，基于兩種算法的軟件程序設計合理，且結果運算正確。

4結論

從以上實例可以得出以下結論:1)該軟件可以很方便的計算煤層透氣性系數，輸入所測參數，便可以直接得到結果，簡單快捷。2)極大地提高了工作效率，減輕了人工計算量，而且避免了手算發生的錯誤。3)計算過程中，采用小數點后6位有效數字運算，過程參數和結果精確度高。

［1］林柏泉．礦井瓦斯抽放理論與技術［M］．徐州:中國礦業大學出版社，2007:88－95．

［2］中國礦業學院瓦斯組編．煤和瓦斯突出的防治［M］．北京:煤炭工業出版社，1979:222－232．

［3］李青松．基于Excel的煤層透氣性系數的計算方法［J］．煤炭技術，2010，29(6):95－97．

［4］劉明舉，何學秋．煤層透氣性系數的優化計算方法［J］．煤炭學報，2004，29(1):74－77．

Computing Visualization of Gas Permeability Coefficient of Coal Seam Based on VC

W ang Peng，Zhang Yue－zheng

According to the characteristics which the calculation process of gas permeability of the coal seams is complex，this paper introduces with two kinds of calculation methods of the coal seam permeability coefficient for base，the visual design With VC 6．0 as a development platform．Through comparing the results of the examples of two kinds of algorithms，finds that the error is very small．And carries out manual calculation，verifies its reliability．

Gas permeability coefficient of coal seam;VC;Visualization;Efficiency;Accuracy

TD712

A

1672－0652(2012)09－0051－03

2012－07－12

王鵬(1984—)，男，河南禹州人，2011年河南理工大學在讀研究生，主要從事煤及煤層氣方面的研究(E －mail)wangpeng52169@163．com