基于VC的煤层透气性系数的计算可视化

王 鹏，张跃铮

(河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454003)

·试验研究·

基于VC的煤层透气性系数的计算可视化

王 鹏，张跃铮

(河南理工大学能源科学与工程学院，河南 焦作 454003)

针对煤层透气性系数计算过程复杂的特点，介绍了以煤层透气性系数的两种计算方法为基础，以VC 6．0作为开发平台的可视化设计。对两种算法通过实例进行结果对比，误差很小，并进行了人工计算，验证了其可靠性。

煤层透气性系数;VC;可视化;效率;准确性

煤层是一种多孔介质，煤层透气性系数是描述煤层中瓦斯流动难易程度的一个重要指标，也是研究煤层瓦斯抽放和瓦斯突出的重要技术参数［1］。它的物理意义是:当长度为1 m的立方体两侧面的压力平方差为1 MPa2时，一天流过该侧面的瓦斯流量。它对煤层气的开发和煤矿井下瓦斯抽放具有重要意义，是瓦斯抽放分类方法的一项主要指标(见表1)。

表1 瓦斯抽放难易程度分类

目前，现场测定法在煤层透气性的测定中应用最广，一般能较好地反映现场的实际情况，但这种方法需要在一组公式中采用试算法才能找到合适的计算公式，计算步骤繁杂，工作量大，人工操作极易出错。本文针对通常使用的矿大算法和优化后的计算方法进行可视化软件开发，极大地提高了工作效率，减轻了人工计算量，也减少了出错的几率。

1 煤层透气性系数计算方法

煤层透气性系数的计算与测定方法密切相关。径向流法在测定中能避免钻孔扰动带的影响，后期测定结果稳定，不受煤层条件限制，实用性好，在我国得到了广泛的应用［2］。径向流量法计算公式组见表2。

表2 径向流量法计算煤层透气系数参数与公式组［3］

利用表2中的公式进行计算时，一般是先计算出q，进而求出常数A和B，然后采用试算的方法，即选用一个煤层透气性计算公式，算出煤层透气性系数λ和时间准数F0，如若计算的F0不在表2范围，那么换用下一个公式，以此类推，直到找到适合的值。本文通过VC 6．0开发平台，把复杂的计算过程程序化、简单化，只需通过可视化界面向软件输入相关参数，便可以得到相应结果(见图1、图2和图3)。

在矿大算法中，存在着无法找到合适计算公式的缺陷，而且还存在两个相互矛盾的计算结果。在本软件设计过程中，考虑了这些缺陷问题，当计算结果出现这类问题时，可以提示错误信息，进而可以选用优化算法进行计算。

表2中，P0—煤层原有绝对瓦斯压力;P1—钻孔中瓦斯压力，一般为0．1 MPa;λ—煤层透气性系数，m2/(MPa2·d);r1—钻孔半径，m;q—在排放时间 t时，钻孔壁单位面积瓦斯流量，m3/(m2·d)，由式q确定;Q—在时间为t时，钻孔总流量，m3/d;π—3．1416;L—钻孔有效煤孔长度，m;t—从开始排放瓦斯到测量瓦斯流量q时的时间间隔，d;α—煤层瓦斯含量系数，由式;X—瓦斯含量，m3/t;γ—煤的密度，t/m3。

针对矿大算法中的缺陷，刘明举，何学秋(2004)［4］对煤层透气性系数的计算公式组进行了修正，解决了空白区域和重复区域无法找到合适计算公式的矛盾，并对煤层透气性系数进行了优化。

修正后的优化算法，只需通过参数计算得到常数A和B，进而得到AB的乘积，判断AB所在区域，选择对应煤层透气性系数λ的计算公式。该算法，省去了试算的麻烦，可以直接根据AB值判断对应公式，较矿大算法简便了不少。修正后的煤层透气性系数优化计算见表3，表3中参数含义与表2中参数一致。

表3 修正后的煤层透气性系数优化计算［4］

2 煤层透气性系数软件开发

2．1 主界面模块

主界面模块展示了矿大算法和优化算法，在进行透气性系数计算时，可以根据需要任意选择一种算法，并对其算法作出响应，跳转到对应算法界面，见图1。

2．2 矿大算法模块

在该模块中，所有参数类型为float类型，计算结果为float类型，在计算过程中具有很高的精度。输入相关参数，得到相应结果，见图2。

2．3 优化算法模块

在该模块中，所有参数类型为float类型，计算结果为float类型，结果精确到小数点后6位，具有很高精度。输入相关参数，得到相应结果，见图3。

图3 优化算法界面

3 应用实例

某矿煤层钻孔在t时刻的钻孔总流量Q为5．767 m3/d，钻孔半径r1为0．05 m，钻孔有效煤孔长度L为30 m，实测煤层瓦斯压力P0=0．6 MPa，瓦斯含量X为 8．688 m3/t，煤的密度 γ 为 1．35 t/m3，卸压至测压钻孔瓦斯流量的时间t=50 d，卸压后钻孔瓦斯压力P1约为0．1 MPa。计算透气性系数λ。

由图 2可知，矿大算法计算结果为 λ1=0．330 003 m2/(MPa2·d)，优化算法计算结果为 λ2=0．324 551 m2/(MPa2· d)。Δλ = λ1－ λ2=0．005 452 m2/(MPa2·d)，相对误差为 0．016 521。并且手算结果和软件计算所得结果完全一致。因此，基于两种算法的软件程序设计合理，且结果运算正确。

4结论

从以上实例可以得出以下结论:1)该软件可以很方便的计算煤层透气性系数，输入所测参数，便可以直接得到结果，简单快捷。2)极大地提高了工作效率，减轻了人工计算量，而且避免了手算发生的错误。3)计算过程中，采用小数点后6位有效数字运算，过程参数和结果精确度高。

［1］林柏泉．矿井瓦斯抽放理论与技术［M］．徐州:中国矿业大学出版社，2007:88－95．

［2］中国矿业学院瓦斯组编．煤和瓦斯突出的防治［M］．北京:煤炭工业出版社，1979:222－232．

［3］李青松．基于Excel的煤层透气性系数的计算方法［J］．煤炭技术，2010，29(6):95－97．

［4］刘明举，何学秋．煤层透气性系数的优化计算方法［J］．煤炭学报，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

王鹏(1984—)，男，河南禹州人，2011年河南理工大学在读研究生，主要从事煤及煤层气方面的研究(E －mail)wangpeng52169@163．com