煤層瓦斯吸附常數(shù)分布參數(shù)的極大似然估計(jì)

1、煤層瓦斯吸附常數(shù)分布參數(shù)的極大似然估計(jì)摘要：極大似然估計(jì)是估計(jì)的另外一種計(jì)算方法，最早是由高斯先生最先提出來(lái) 的，后來(lái)由英國(guó)的統(tǒng)計(jì)學(xué)家費(fèi)歇先生進(jìn)行了最后的命名和定義，此方法得到了廣 泛的應(yīng)用和普及，當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室研究的重要課題內(nèi)容是在極大似然原理的基礎(chǔ)上， 采取隨機(jī)試驗(yàn)的方法，對(duì)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，本文將利用極大似然 這種估計(jì)方法，對(duì)煤層瓦斯吸附常數(shù)分布參數(shù)進(jìn)行研究，并簡(jiǎn)要分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 關(guān)鍵詞：煤層瓦斯；吸附常數(shù)；分布參數(shù)；估計(jì)前言：首先從某礦區(qū)進(jìn)行煤塊采摘取樣，并隨機(jī)分成5組數(shù)據(jù)，用容器測(cè)量法將 這五組樣本放在同樣的容器下，并釋放不同的壓力，進(jìn)行瓦斯吸附實(shí)驗(yàn)，利用極 大似然估計(jì)方法對(duì)

2、常數(shù)的平均數(shù)和差值進(jìn)行研究，并將最接近的數(shù)值作為煤層吸 附的參考值，為了確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本次實(shí)驗(yàn)從煤層進(jìn)行了全方面的隨機(jī) 取樣。一、煤層瓦斯吸附常數(shù)分布參數(shù)的主要特點(diǎn)首先煤層瓦斯是成煤反應(yīng)的過(guò)程，高壓高溫是其發(fā)展的前提條件，經(jīng)過(guò)物理 和化學(xué)的雙層作用，在這些客觀(guān)環(huán)境因素的影響下形成的一種具有腐蝕性的有機(jī) 物，煤層在形成過(guò)程中并不是很均勻，最后導(dǎo)致瓦斯在煤層釋放出來(lái)時(shí)是通過(guò)散 布和滲出等途徑進(jìn)行采取，如果在采取的過(guò)程中沒(méi)有良好的理論知識(shí)和實(shí)際操作 做為基礎(chǔ)很容易發(fā)生火災(zāi)等意外，目前，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)的吸附常數(shù)測(cè)量是了解 煤層瓦斯吸附數(shù)情況的主要手段和途徑，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中采取的煤層可能根據(jù)分

3、布點(diǎn)的不同，導(dǎo)致吸附常數(shù)也不相同，嚴(yán)格上來(lái)說(shuō)，這是因?yàn)槲匠?shù)主要包括 體積和壓力常數(shù)，這兩點(diǎn)的數(shù)值是不固定的，所以在研究中應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)的 瓦斯定義和規(guī)律進(jìn)行計(jì)算，由于我國(guó)對(duì)相關(guān)內(nèi)容的研究并不深入，導(dǎo)致研究受到 了一定的阻礙，容易受到環(huán)境影響，如，溫度，瓦斯中的水分，或者是電磁環(huán)境 等方面，由此可見(jiàn)，現(xiàn)階段的煤層瓦斯吸附常數(shù)分布參數(shù)的極大似然估計(jì)在實(shí)驗(yàn) 過(guò)程中操作嚴(yán)謹(jǐn)。二、煤層的瓦斯極大似然估計(jì)以及吸附性質(zhì)參量文字母VL和PL表示，并將我們?cè)谶@次研究中用大寫(xiě)字母AB進(jìn)行標(biāo)示，采取正向 分布的方法描述，即（1=1,2,3，n）和Bi（i=l,2,3，n），根據(jù)概率,從而 計(jì)算出樣本的平均值和

4、差值，在本次試驗(yàn)中，共記錄了五組數(shù)據(jù)，即n=5，根據(jù) 極大似然估計(jì)方法，得到吸附參數(shù)。具體的實(shí)驗(yàn)參考步驟和方法如下：（一）分組，首先在煤塊的采集范圍上要更加的廣泛，在煤塊的選取上面應(yīng)該著 重選擇直徑大小相差無(wú)幾的樣本，并將采取好的煤層瓦斯進(jìn)行一定數(shù)量的分組， 根據(jù)研究?jī)?nèi)容和具體要求，在本次試驗(yàn)中共分為五組。（二）測(cè)試，把分好數(shù)量的每一組煤塊，放置在不同的壓力下進(jìn)行吸附測(cè)試，將 壓力作為研究定量，檢測(cè)在這種環(huán)境中獲得的瓦斯吸附值，從而得到每個(gè)組整體 的煤塊實(shí)驗(yàn)常數(shù)即壓力P和體積V。（三）計(jì)算，通過(guò)Ai，Bi（I=1,2,3,5）樣本參數(shù)，將已經(jīng)經(jīng)過(guò)處理的煤塊樣本 通過(guò)測(cè)量方法，進(jìn)行極大似然估計(jì)，

5、從而得出相近的數(shù)值。（四）估計(jì)，最后將三步驟中的煤塊瓦斯的平均值和平均方差的近似值作為參考 數(shù)值，這種估計(jì)手段能夠盡可能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，具有一定的科學(xué)研究利 用價(jià)值。三、煤塊瓦斯的吸附值測(cè)量途徑實(shí)驗(yàn)室測(cè)量瓦斯吸附數(shù)值主要有三種方法，通常最被我們所使用的是重量和 容器法以及色譜氣相法，這次煤樣瓦斯吸附值測(cè)試主要采用后一種方法，該實(shí)驗(yàn) 總共分為八個(gè)步驟進(jìn)行，最后得到的結(jié)果即是壓力和體積的極大似然估計(jì)值。具 體操作可以分為以下幾點(diǎn)：（一）取樣，嚴(yán)格的遵守相關(guān)規(guī)定，隨機(jī)采取沒(méi)有受到外部環(huán)境干擾污染的煤塊， 這些煤塊的要求比較嚴(yán)格，首先生成環(huán)境最好沒(méi)有受到火，水，灰塵等因素的十 擾，其次煤樣的塊度

6、最好是超過(guò)20毫米，這樣的煤塊是保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行的基 本條件，隨后用完好無(wú)損的雙層密封袋進(jìn)行緊實(shí)的包裝，按照GB/T211，212,217 要求制作煤塊，最后用破碎機(jī)器弄碎，這里的破碎機(jī)最好是顎式破碎機(jī)，用標(biāo)準(zhǔn) 直徑為0.165-0.26的篩孔進(jìn)行嚴(yán)格的挑選。（二）充氣，將已經(jīng)選好的樣本放入吸附容器中，此次實(shí)驗(yàn)利用的吸附容器為吸 附缸，在保持壓力不變的條件下，將瓦斯沖入容器缸中，直到壓力保持穩(wěn)定不變 的恒值之后，就可以將容器進(jìn)行密封，關(guān)閉吸附缸的開(kāi)關(guān)裝置。（三）保壓，為了保證容器中的煤塊樣本能夠充分的跟瓦斯進(jìn)行融合，通常要保 壓在3個(gè)小時(shí)左右，最好不要超過(guò)4個(gè)小時(shí)以免造成數(shù)據(jù)損失。（四）測(cè)算，

7、V1 （容器中的瓦斯體積）一七（未使用的瓦斯體積）=匕（煤塊吸 附的瓦斯體積），只要將沖進(jìn)容器中原來(lái)的瓦斯體積減去剩下未使用的瓦斯體積， 就可以得到真正煤塊吸附到的瓦斯體積數(shù)值，進(jìn)而計(jì)算出自單位質(zhì)量中的瓦斯吸 附值。（五）改變壓力，重復(fù)第二和第四步驟（六）回歸壓力體積常數(shù)值，將吸附量設(shè)為S的話(huà)，那么與瓦斯壓力P之間的計(jì) 算公式為：PV 一SP-SP=0.根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可以設(shè)置5個(gè)壓力值，A （I=1,2,3,L LI5），并帶入瓦斯壓力計(jì)算公式中，將數(shù)據(jù)變量進(jìn)行直角坐標(biāo)系繪畫(huà)，得到成對(duì) 的數(shù)據(jù)關(guān)系最后利用直線(xiàn)方程Y計(jì)二a0 + al X。進(jìn)行運(yùn)算，從而計(jì)算出公式中 的體積和壓力參數(shù)值。（七）樣

8、本改變，繼續(xù)重復(fù)第二和第六步驟（八）將煤層的壓力和體積參數(shù)進(jìn)行極大似然估計(jì)，首先得到5組的體積和壓力 數(shù)值，分別帶入公式（1=1,2,3,，n）和Bj（i=1,2,3,，n）中，并對(duì)數(shù)據(jù)A 和B進(jìn)行記錄和觀(guān)測(cè)，得到最終的方差值和平均值。四、煤塊的瓦斯性質(zhì)測(cè)試結(jié)論將樣本采取100-200g的數(shù)量進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，將正確的結(jié)果樣本進(jìn)行充分的 統(tǒng)計(jì)對(duì)比，將實(shí)驗(yàn)的壓力值和體積值通過(guò)以下的圖表進(jìn)行顯示，如表1表2。分組瓦斯吸附量瓦斯壓力第一組第二組第三組第四組第五組0.56.327.037.16.127.11.311.912.312.810.810.42.114.815.816.114.414.23.116

9、.116.917.216.116.44.317.217.118.916.917.1表1不同壓力下的瓦斯吸附數(shù)值隨即變量第一組第二組第三組第四組第五組均值標(biāo)準(zhǔn)差3.1153.1103.2303.0713.1313.216.12X10-20.120.2110.2250.4230.4320.3121.13X10-1表2各組樣本的壓力和體積常數(shù)值五、討論（一）首先將直徑不同的煤塊在相同壓力下進(jìn)行瓦斯吸附研究，樣本總數(shù)為50 個(gè)，將不成功的實(shí)驗(yàn)除出去以后，成功的實(shí)驗(yàn)為32個(gè)，那么實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整體利 用率為64%，將這5組顆粒直徑為0.165-0.26的煤炭進(jìn)行具體的結(jié)果分析和研 究，并從中調(diào)取吸附數(shù)值，并

10、作為煤塊觀(guān)測(cè)的估計(jì)數(shù)值和平均值。（二）從表2中我們不難看出，樣本的離散數(shù)值差距不大，也就是說(shuō)吸附數(shù)值的 離散性不高，在一定程度上來(lái)說(shuō)，煤塊瓦斯吸附數(shù)值的離散性與煤層瓦斯吸附數(shù) 值的離散性不劃等號(hào)，兩者沒(méi)有什么必然聯(lián)系，發(fā)生這種情況的原因大部分是因 為煤塊的采集地點(diǎn)不夠全面，導(dǎo)致數(shù)值測(cè)量不準(zhǔn)確，在實(shí)際研究中為了能夠保證 數(shù)據(jù)的有效性，應(yīng)該加大采取每塊瓦斯的面積和范圍。（三）由于此類(lèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行需要花費(fèi)大量的精力和成本，此次研究只對(duì)范圍內(nèi)的每 塊瓦斯吸附特性進(jìn)行了研究。（四）考慮到煤塊瓦斯的生成環(huán)境和影響因素，忽略了其他溫度和濕度的影響。 簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)步驟，節(jié)省了成本，提高了整體的實(shí)驗(yàn)效率。（五）如果采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，對(duì)在不同壓力下的煤層吸附數(shù) 值進(jìn)行研究的話(huà)，可以在一定程度上縮短試驗(yàn)時(shí)間?？偨Y(jié)：現(xiàn)階段，極大似然估計(jì)方法是我國(guó)研究煤層瓦斯吸附常數(shù)分布參數(shù)的一種 重要方法，由于煤層瓦斯的成長(zhǎng)環(huán)境的關(guān)系，具體的實(shí)驗(yàn)通常都是在實(shí)驗(yàn)室中