本发明提供了一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，属于煤矿地质和安全技术领域。解决了现有测试方法无法同步获取煤层瓦斯压力和渗透率的问题。其技术方案为：在井下施工钻孔并封孔，测试孔口瓦斯流量，构建一种双孔/双渗透气固耦合数学模型，并根据几何模型和边界条件进行数值计算得出钻孔瓦斯流量模拟值，根据钻孔瓦斯流量的实测值和模拟值构建目标函数，利用代理优化算法反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率。本发明的有益效果为：其实施步骤简单，反演结果稳定准确、能更准确反映钻孔流量实际变化、测试周期短、节省人力物力、自动化程度高、对穿层、顺层工况条件下的钻孔均适用等优点。
1.一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，在井下施工钻孔并封孔，测试孔口瓦斯流量，构建双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型，并通过试验确定双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型的参数，生成地质模拟几何模型结合地质模拟几何模型的边界条件计算得出对应钻孔瓦斯流量的模拟值，利用钻孔瓦斯流量的实测值和模拟值构建目标函数，通过代理优化算法反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率；
a.在目标煤层施工测试钻孔，钻孔施工完成后对钻孔进行密封，通过孔口流量计测试不同时间的钻孔瓦斯流量值；
b.构建双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型，并基于实验室和现场试验，确定双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型的所有参数；
c.根据钻孔布置和钻孔周围煤岩层赋存情况，建立目标煤层相应的地质模拟几何模型并确定地质模拟几何模型的边界条件；
d.将目标煤层原始瓦斯压力和渗透率作为输入变量，并根据上述双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型、双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型参数、地质模拟几何模型及地质模拟几何模型边界条件，调用COMSOL Multiphysics with MATLAB软件中的固体力学和达西定律模块仿真计算出对应钻孔瓦斯流量的模拟值；
e.根据钻孔瓦斯流量实测值和模拟值构建目标函数，给定优化参数约束条件和优化停止条件，调用COMSOL Multiphysics with MATLAB软件中的代理优化求解器反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率；
f.根据煤层原始瓦斯压力以及现场采集到的信息：煤层孔隙率、煤层密度、煤层温度和煤体吸附常数，进一步计算出煤层瓦斯含量，根据煤层原始瓦斯压力、煤层瓦斯含量预测出地质模拟几何模型范围内煤层的突出危险性。
2.根据权利要求1所述煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，对目标煤层施工的顺层钻孔或穿层钻孔，需要保证施工时钻孔50m范围内的煤层无地质构造、含水层、溶洞，且不受采动、瓦斯抽放及其它人为卸压的影响，顺层钻孔长度大于50m，且钻孔密封后钻孔前端保留1‑2m的气室。
3.根据权利要求1所述煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，所述的双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型为：将煤视为包含裂隙和基质的双重孔隙介质，煤体的变形为弹性小变形，且服从广义胡克定律，瓦斯为理想气体且以游离态和吸附态同时赋存于裂隙和基质中，钻孔施工后，裂隙中的大部分瓦斯和基质中的少部分瓦斯均以渗流的形式进入钻孔，其余瓦斯以扩散的形式在裂隙和基质间流动，其数学表达式如下：式中，E为煤体弹性模量，MPa；v为煤体泊松比；ui,jj和uj,ji为煤体位移的张量形式，其中第一个下标分别表示i和j方向上的位移分量ui和uj，第二个下标分别表示ui和uj在j方向上的偏导数ui,j和uj,j，第三个下标分别表示ui,j和uj,j在j和i方向上的偏导数；αm和αf分别为基质和裂隙的比奥系数，αm＝K/Km‑K/Ks，αf＝1‑K/Km；K、Km和Ks分别为煤体、煤基质和煤骨架的体积模量，MPa；pm,i和pf,i分别为基质瓦斯压力pm和裂隙瓦斯压力pf在i方向上的偏导数，MPa；eL为朗格缪尔应变常数；PL为朗格缪尔压力常数，MPa；fi为i方向上的体积力分量，MPa；
φm和φf分别为基质和裂隙的孔隙率；ρga为标准状态下的瓦斯密度，kg/m；ρc为煤体密度，
kg/m；VL为朗格缪尔体积常数，m /kg；R为理想气体常数，J/(mol·K)；T为煤体温度，K；Mg为瓦斯摩尔质量，kg/mol；为哈密顿算子；μ为瓦斯动力粘度，Pa·s；km和kf分别为基质和裂
隙的渗透率，mD；Df0、Da0为初始扩散系数，m/s；Dr为残余扩散系数，m/s；λf和λa为衰减系数，‑1s ；Lm为基质间距，m；φm0和φf0分别为基质和裂隙的初始孔隙率； 为平均应力，MPa； 为初始平均应力，MPa；p0为煤层原始瓦斯压力，MPa；f1和f2为吸附系数；ξ为无量纲系数，其表示基质初始渗透率与煤层原始渗透率的比值；k0为煤层原始渗透率，mD。
4.根据权利要求1所述煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，将钻孔瓦斯流量的数值计算定义为封装函数，在该函数中，煤层瓦斯压力和渗透率为输入变量，钻孔瓦斯流量为输出变量，输出变量定义的时间点与现场观测数据的时间点保持一致；
地质模拟几何模型为二维地质几何模型或者三维地质几何模型，二维地质几何模型的计算量明显小于三维地质几何模型，在计算结果相近的情况下选择二维地质几何模型则有效提高计算效率；钻孔瓦斯流量的计算公式如下：cal
当构建二维地质几何模型时，钻孔瓦斯流量模拟值q 利用钻孔边界达西速度的线积分计算：cal
当构建三维地质几何模型时，钻孔瓦斯流量模拟值q 利用钻孔边界达西速度的面积分计算：式中，L为气室长度，m；Ω为钻孔边界。
5.根据权利要求1所述煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，目标函数通过钻孔瓦斯流量实测值和模拟值的平均绝对百分比误差MAPE表示：3
式中，N为钻孔瓦斯流量测量点的个数； 为第i时刻的钻孔瓦斯流量实测值，m/s。
6.根据权利要求1所述煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，所述的优化参数约束条件为煤层初始瓦斯压力和渗透率的取值范围，其根据测试地点所在煤层或者邻近煤层的历史观测数据确定。
7.根据权利要求1所述煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，优化停止条件为设定的最大函数计算数，当函数计算数满足停止条件时，优化停止，输出最优解，否则，改变参数值继续优化。
8.根据权利要求1所述煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，煤层瓦斯含量m的计算公式如下：
一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，属于煤矿地质和安全技术领域。
背景技术
[0002] 煤层瓦斯压力和渗透率是影响煤层气开发和煤层突出危险性程度的两个关键参数。目前煤层瓦斯压力井下测试方法主要分为通过封孔测压的直接法和通过瓦斯含量、瓦斯解吸特性或钻孔瓦斯流量等参数反算得出的间接法，煤层渗透率井下测试主要为通过钻孔瓦斯压力或钻孔瓦斯流量等参数计算得出的间接法。
[0003] 公开号为CN110424949A的现有技术，一种煤层瓦斯参数随钻快速测试的反演计算方法，在煤层中钻孔时，通过随钻实时测试孔口气体流量和瓦斯浓度，计算出孔口钻孔瓦斯涌出量，基于钻孔和煤层渗透率参数反演计算出钻头处的煤层瓦斯压力，根据瓦斯含量与瓦斯压力关系式计算出煤层瓦斯含量。基于钻孔瓦斯流量信息的煤层瓦斯压力或渗透率间接测试法均以瓦斯径向流动方程为理论依据，忽略了煤层变形、孔隙率和渗透率动态演化对瓦斯流动的影响，导致这些方法无法准确反映钻孔瓦斯流量的实际变化，且要求测试钻孔必须垂直于煤层施工，给现场测点选择和钻孔施工带来了很大挑战。且这些方法的测试结果不稳定，精确度很难保证。目前煤层渗透率测试均是在已知煤层瓦斯压力的条件下进行，利用现有方法无法同步获取煤层的瓦斯压力和渗透率。
发明内容
[0004] 针对现有技术的不足之处，提供一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其步骤简单，计算速度快，反演准确率高，解决了现有的测试方法无法同步获取煤层瓦斯压力和渗透率的问题。
[0005] 为实现上述技术目的，本发明的一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，在井下施工钻孔并封孔，测试孔口瓦斯流量，构建双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型，并通过试验确定双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型的参数，生成地质模拟几何模型结合地质模拟几何模型的边界条件计算得出对应钻孔瓦斯流量的模拟值，利用钻孔瓦斯流量的实测值和模拟值构建目标函数，通过代理优化算法反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率；
[0006] 具体步骤如下：
[0007] a.在目标煤层施工测试钻孔，钻孔施工完成后对钻孔进行密封，通过孔口流量计测试不同时间的钻孔瓦斯流量值；
[0008] b.构建双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型，并基于实验室和现场试验，确定双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型的所有参数；
[0009] c.根据钻孔布置和钻孔周围煤岩层赋存情况，建立目标煤层相应的地质模拟几何模型并确定地质模拟几何模型的边界条件；
[0010] d.将目标煤层原始瓦斯压力和渗透率作为输入变量，并根据上述双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型、双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型参数、地质模拟几何模型及地质模拟几何模型边界条件，调用COMSOL Multiphysics with MATLAB软件中的固体力学和达西定律模块仿真计算出对应钻孔瓦斯流量的模拟值；
[0011] e.根据钻孔瓦斯流量实测值和模拟值构建目标函数，给定优化参数约束条件和优化停止条件，调用COMSOL Multiphysics with MATLAB软件中的代理优化求解器反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率；
[0012] f.根据煤层原始瓦斯压力以及现场采集到的信息：煤层孔隙率、煤层密度、煤层温度和煤体吸附常数，进一步计算出煤层瓦斯含量，根据煤层原始瓦斯压力、煤层瓦斯含量预测出地质模拟几何模型范围内煤层的突出危险性。
[0013] 2.根据权利要求1所述煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，其特征在于，对目标煤层施工的顺层钻孔或穿层钻孔，需要保证施工时钻孔50m范围内的煤层无地质构造、含水层、溶洞，且不受采动、瓦斯抽放及其它人为卸压的影响，顺层钻孔长度大于50m，且钻孔密封后钻孔前端保留1‑2m的气室。
[0014] 进一步，所述的双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型为：
[0015] 将煤视为包含裂隙和基质的双重孔隙介质，煤体的变形为弹性小变形，且服从广义胡克定律，瓦斯为理想气体且以游离态和吸附态同时赋存于裂隙和基质中，钻孔施工后，裂隙中的大部分瓦斯和基质中的少部分瓦斯均以渗流的形式进入钻孔，其余瓦斯以扩散的形式在裂隙和基质间流动，其数学表达式如下：
[0016]
[0017] 式中，E为煤体弹性模量，MPa；v为煤体泊松比；ui,jj和uj,ji为煤体位移的张量形式，其中第一个下标分别表示i和j方向上的位移分量ui和uj，第二个下标分别表示ui和uj在j方向上的偏导数ui,j和uj,j，第三个下标分别表示ui,j和uj,j在j和i方向上的偏导数；αm和αf分别为基质和裂隙的比奥系数，αm＝K/Km‑K/Ks，αf＝1‑K/Km；K、Km和Ks分别为煤体、煤基质和煤骨架的体积模量，MPa；pm,i和pf,i分别为基质瓦斯压力pm和裂隙瓦斯压力pf在i方向上的偏导数，MPa；eL为朗格缪尔应变常数；PL为朗格缪尔压力常数，MPa；fi为i方向上的体积力分量，3
MPa；φm和φf分别为基质和裂隙的孔隙率；ρga为标准状态下的瓦斯密度，kg/m；ρc为煤体密
3 3
度，kg/m ；VL为朗格缪尔体积常数，m/kg；R为理想气体常数，J/(mol·K)；T为煤体温度，K；
Mg为瓦斯摩尔质量，kg/mol；为哈密顿算子；μ为瓦斯动力粘度，Pa·s；km和kf分别为基质和
2 2
裂隙的渗透率，mD；Df0、Da0为初始扩散系数，m/s；Dr为残余扩散系数，m /s；λf和λa为衰减系‑1
数，s ；Lm为基质间距，m；φm0和φf0分别为基质和裂隙的初始孔隙率； 为平均应力，MPa；
为初始平均应力，MPa；p0为煤层原始瓦斯压力，MPa；f1和f2为吸附系数；ξ为无量纲系数，其表示基质初始渗透率与煤层原始渗透率的比值；k0为煤层原始渗透率，mD。
[0018] 进一步，将钻孔瓦斯流量的数值计算定义为封装函数，在该函数中，煤层瓦斯压力和渗透率为输入变量，钻孔瓦斯流量为输出变量，输出变量定义的时间点与现场观测数据的时间点保持一致；
[0019] 地质模拟几何模型为二维地质几何模型或者三维地质几何模型，二维地质几何模型的计算量明显小于三维地质几何模型，在计算结果相近的情况下选择二维地质几何模型则有效提高计算效率；钻孔瓦斯流量的计算公式如下：
[0020] 当构建二维地质几何模型时，钻孔瓦斯流量模拟值qcal利用钻孔边界达西速度的线积分计算：
[0021]
[0022] 当构建三维地质几何模型时，钻孔瓦斯流量模拟值qcal利用钻孔边界达西速度的面积分计算：
[0023]
[0024] 式中，L为气室长度，m；Ω为钻孔边界。
[0025] 进一步，目标函数通过钻孔瓦斯流量实测值和模拟值的平均绝对百分比误差MAPE表示：
[0026]
[0027] 式中，N为钻孔瓦斯流量测量点的个数； 为第i时刻的钻孔瓦斯流量实测值，m3/s。
[0028] 进一步，所述的优化参数约束条件为煤层初始瓦斯压力和渗透率的取值范围，其根据测试地点所在煤层或者邻近煤层的历史观测数据确定。
[0029] 进一步，优化停止条件为设定的最大函数计算数，当函数计算数满足停止条件时，优化停止，输出最优解，否则，改变参数值继续优化。
[0030] 进一步，煤层瓦斯含量m的计算公式如下：
[0031]
[0032] 本发明的有益效果为：本发明通过现场测试钻孔瓦斯流量，并基于一种双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型、地质几何模型和边界条件进行数值计算得出钻孔瓦斯流量模拟值，根据钻孔瓦斯流量的实测值和模拟值构建目标函数，利用代理优化算法反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率，解决了现有的测试方法无法同步获取煤层瓦斯压力和渗透率的问题。与传统的测试方法相比，该方法具有理论可靠、结果稳定准确、能更准确反映钻孔流量实际变化、测试周期短、节省人力物力、自动化程度高、能适用于绝大部分工况条件下的钻孔等优点，可广泛应用于煤层瓦斯参数测试、煤层突出危险性预测及瓦斯抽采、防突效果检验等，对基于复杂数值模型的反分析研究也具有一定的参考意义。
附图说明
[0033] 图1为本发明煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法的流程示意图。
[0034] 图2为本发明实施例双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型所需参数。
[0035] 图3为本发明实施例的地质模拟几何模型及边界条件示意图。
[0036] 图4为本发明实施例的代理优化过程中目标函数值变化示意图。
[0037] 图5为本发明实施例的煤层瓦斯压力和渗透率反演结果示意图。
[0038] 图6为本发明实施例的钻孔瓦斯流量数值模拟结果和现场观测数据对比示意图。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图对本申请作进一步详细描述。
[0040] 如图1所示，一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法，通过在井下施工钻孔并封孔，测试孔口瓦斯流量，构建双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型，根据地质模拟几何模型和边界条件进行数值计算得出钻孔瓦斯流量的模拟值，利用钻孔瓦斯流量的实测值和模拟值构建目标函数，通过代理优化算法反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率。
[0041] 其中，该方法具体包括以下步骤：
[0042] a.在目标煤层施工测试钻孔，钻孔施工完成后对钻孔进行密封，通过孔口流量计测试不同时间的钻孔瓦斯流量值；
[0043] b.构建双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型，并基于实验室和现场试验，确定双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型的所有参数；
[0044] c.根据钻孔布置和钻孔周围煤岩层赋存情况，建立相应的地质几何模型并确定其边界条件；；
[0045] d.将煤层原始瓦斯压力和渗透率作为输入变量，并根据上述双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型、双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型参数、地质几何模型及几何模型的边界条件，调用COMSOL Multiphysics with MATLAB软件中的固体力学和达西定律模块计算出钻孔瓦斯流量的模拟值；
[0046] e.根据钻孔瓦斯流量实测值和模拟值构建目标函数，给定优化参数约束条件和优化停止条件，调用COMSOL Multiphysics with MATLAB软件中的代理优化求解器反演得出煤层原始瓦斯压力和渗透率；
[0047] f.根据煤层瓦斯压力、煤层孔隙率、煤层密度、煤层温度和煤体吸附常数，进一步计算出煤层瓦斯含量，根据煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量预测几何模型范围内煤层的突出危险性。
[0048] 其中，所述步骤a中，进行钻孔施工时，保证钻孔50m范围内的煤层无地质构造、含水层、溶洞，且不受采动、瓦斯抽放及其它人为卸压的影响，顺层钻孔长度大于50m，且钻孔密封后钻孔前端保留1‑2m的气室。
[0049] 其中，所述双重孔隙/双重渗透率气固耦合数学模型具体为：
[0050] 将煤视为包含裂隙和基质的双重孔隙介质，煤体的变形为弹性小变形，且服从广义胡克定律，瓦斯为理想气体且以游离态和吸附态同时赋存于裂隙和基质中，钻孔施工后，裂隙中的大部分瓦斯和基质中的少部分瓦斯均以渗流的形式进入钻孔，其余瓦斯以扩散的形式在裂隙和基质间流动，其数学表达式如下：
[0051]
[0052] 式中，E为煤体弹性模量，MPa；v为煤体泊松比；ui,jj和uj,ji为煤体位移的张量形式，其中第一个下标分别表示i和j方向上的位移分量ui和uj，第二个下标分别表示ui和uj在j方向上的偏导数ui,j和uj,j，第三个下标分别表示ui,j和uj,j在j和i方向上的偏导数；αm和αf分别为基质和裂隙的比奥系数，αm＝K/Km‑K/Ks，αf＝1‑K/Km；K、Km和Ks分别为煤体、煤基质和煤骨架的体积模量，MPa；pm,i和pf,i分别为基质瓦斯压力pm和裂隙瓦斯压力pf在i方向上的偏导数，MPa；eL为朗格缪尔应变常数；PL为朗格缪尔压力常数，MPa；fi为i方向上的体积力分量，3
MPa；φm和φf分别为基质和裂隙的孔隙率；ρga为标准状态下的瓦斯密度，kg/m；ρc为煤体密
3 3
度，kg/m ；VL为朗格缪尔体积常数，m/kg；R为理想气体常数，J/(mol·K)；T为煤体温度，K；
Mg为瓦斯摩尔质量，kg/mol； 为哈密顿算子；μ为瓦斯动力粘度，Pa·s；km和kf分别为基质
2 2
和裂隙的渗透率，mD；Df0、Da0为初始扩散系数，m/s；Dr为残余扩散系数，m/s；λf和λa为衰减‑1
系数，s ；Lm为基质间距，m；φm0和φf0分别为基质和裂隙的初始孔隙率； 为平均应力，MPa； 为初始平均应力，MPa；p0为煤层原始瓦斯压力，MPa；f1和f2为吸附系数；ξ为无量纲系数，其表示基质初始渗透率与煤层原始渗透率的比值；k0为煤层原始渗透率，mD。
[0053] 其中，所述步骤d中，钻孔瓦斯流量的数值计算定义为一个封装函数，在该函数中，煤层瓦斯压力和渗透率为输入变量，钻孔瓦斯流量为输出变量，输出变量定义的时间点与现场观测数据的时间点保持一致；钻孔瓦斯流量的计算公式如下：
[0054] 当构建二维地质几何模型时，钻孔瓦斯流量模拟值qcal利用钻孔边界达西速度的线积分计算：
[0055]
[0056] 当构建三维地质几何模型时，钻孔瓦斯流量模拟值qcal利用钻孔边界达西速度的面积分计算：
[0057]
[0058] 式中，L为气室长度，m；Ω为钻孔边界。
[0059] 封装函数定义算法实现过程如下：
[0060] function out＝a18(x,y)
[0061] import com.comsol.model.*
[0062] import com.comsol.model.util.*
[0063] model＝ModelUtil.create('Model')；
[0064] model.hist.disable；％禁用模型历史
[0065] model.label('a18_dp.mph')；
[0066] pstr＝[num2str(x(1)),'[MPa]']；％输入变量煤层瓦斯压力
[0067] pstr2＝[num2str(y(1)),'[mD]']；％输入变量煤层渗透率
[0068] model.param.set('p0',pstr)；％传递输入变量
[0069] model.param.set('k0',pstr2)；％传递输入变量
[0070] …(中间代码由COMSOL转为m文件自动生成，未作修改，故在此省略)
[0071] a＝mphglobal(model,'qt','dataset','dset2','t',[1:1:20])；％输出变量钻孔瓦斯流量
[0072] out＝a'；
[0073] 其中，所述的目标函数由钻孔瓦斯流量实测值和模拟值的平均绝对百分比误差(MAPE)表示：
[0074]
[0075] 式中，N为钻孔瓦斯流量测量点的个数； 为第i时刻的钻孔瓦斯流量实测值，m3/s。
[0076] 目标函数构建算法实现过程如下：
[0077] function R2＝fitness_a18(a)
[0078] p0＝a(1)；％煤层瓦斯压力
[0079] k0＝a(2)；％煤层渗透率
[0080] xcatual＝[2.15E‑05 1.30E‑05 1.10E‑05 1.03E‑05 9.83E‑06 9.50E‑06 9.50E‑06 9.17E‑06 9.00E‑06 8.83E‑06 8.83E‑06 8.83E‑06 8.67E‑06 8.50E‑06
8.50E‑06 8.50E‑06 8.33E‑06 8.33E‑06 8.17E‑06 8.17E‑06]；％钻孔瓦斯流量现场测试值
[0081] xmoni＝a18(p0,k0)；％钻孔瓦斯流量模拟值
[0082] R2＝sum(((xmoni‑xcatual)./xcatual).^2)/20；％目标函数
[0083] end
[0084] 其中，所述步骤e中，优化参数约束条件为煤层初始瓦斯压力和渗透率的取值范围，其可根据测试地点所在煤层或者邻近煤层的历史观测数据确定。
[0085] 其中，所述步骤e中，优化停止条件为最大函数计算数，当函数计算数满足停止条件时，优化停止，输出最优解，否则，改变参数值继续优化。
[0086] 代理优化算法实现过程如下：
[0087] clc
[0088] clear
[0089] close all
[0090] lb＝[0.2,0.001]；％参数约束下限
[0091] ub＝[2,0.1]；％参数约束上限
[0092] MaxN＝300；％最大函数计算数
[0093] ％％参数计算(SG)
[0094] rng default％For reproducibility
[0095] options＝optimoptions('surrogateopt','MaxFunctionEvaluations',MaxN,'PlotFcn',@surrogateopt plot,'Display','iter')；
[0096] fun＝@(a)fitness_a18(a)；％为优化函数传递独立变量
[0097] [a,fval,exitflag,output]＝surrogateopt(fun,lb,ub,[],[],[],[],[],options)；％代理优化求解器的调用
[0098] 其中，所述步骤f中，煤层瓦斯含量m的计算公式如下：
[0099]
[0100] 采用本发明一种煤层瓦斯压力和渗透率同步反演方法的具体实例具体为：
[0101] 在某矿井底抽巷向某煤与瓦斯突出煤层施工两个穿层钻孔，钻孔50m范围内无地质构造、含水层、溶洞，且不受采动、瓦斯抽放及其它人为卸压的影响。钻孔施工结束后，对钻孔进行了封孔并均保留1m左右的气室，通过孔口流量计测试自然排放20d内的钻孔瓦斯流量值。基于实验室和现场试验，确定了弹性模量、泊松比、体积模量、朗格缪尔常数、初始孔隙率、吸附系数、扩散系数和衰减系数等模型所需参数，如图2所示。根据这两组钻孔布置和煤岩层赋存情况，建立了一个50m×50m的二维几何模型，如图3所示，模型顶部施加大小为4.5MPa的载荷边界，模拟上覆岩层的压力，模型两侧及底部分别施加辊支撑边界和固定边界。钻孔四周均施加大小为1atm(绝对压力)的压力边界，其余边界均为零流量边界。煤层瓦斯压力和渗透率的约束条件分别设置为[0.2MPa,2MPa]和[0.001mD,0.1mD]，最大函数计算数设置为300。根据编制的程序自动反演两组钻孔的煤层瓦斯压力和渗透率，反演过程中的目标函数值变化如图4所示。将参数反演结果与煤层瓦斯压力实测值进行了对比，如图5所示。根据数据对比结果可知，煤层瓦斯压力的反演结果与实测值相对误差分别为0.28％和4.77％，小于5％，可以满足现场实际应用需求。将参数反演结果代入双孔/双渗透气固模型进行数值计算，得出了钻孔瓦斯流量的模拟结果，并与钻孔瓦斯流量现场观测数据进行了对比，如图6所示，图6为1#测试钻孔和2#测试钻孔的钻孔瓦斯流量数值模拟结果和现场观测数据对比示意图。根据数据对比结果可知，钻孔瓦斯流量的模拟结果与现场观测数据基本吻合，表明构建的双孔/双渗透气固模型能有效反映钻孔瓦斯流量实际变化规律。根据3
煤体吸附常数和环境参数，进一步计算出这两组钻孔的煤层瓦斯含量分别为7.65m /t和
3
7.59m/t，根据煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量，预测该两组钻孔几何模型范围内的煤层具有突出危险性。
[0102] 本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
