[發明專利]一種建立綜掘工作面煤與瓦斯協調開采技術優化模型的方法

在審

• 申請號: 202210336729.0
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114611328A
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 毛遠琴;梁冰
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營

本發明公開了一種建立綜掘工作面煤與瓦斯協調開采技術優化模型的方法，包括設定煤與瓦斯協調開采技術優化控制參數；設定煤與瓦斯協調開采技術優化目標函數；設定煤與瓦斯協調開采技術優化約束條件；建立煤與瓦斯協調開采技術優化模型并編制求解程序，計算綜掘工作面最優的掘進煤量、掘進速度、綜掘工作面抽采瓦斯量、綜掘工作面風排瓦斯總量、煤炭資源最大采出率、瓦斯資源最大抽采率和綜掘工作面煤與瓦斯協調開采最大利潤。本發明用科學的方法去界定合理的掘進速度和瓦斯抽采量，達到綜掘工作面煤與瓦斯協調開采社會與經濟效益最大化；量化研究認識兩系統間的復雜相互關系，建立綜掘工作面煤與瓦斯協調開采技術優化模型并編制了優化求解程序。

技術領域

本發明屬于煤礦開采的技術領域，尤其涉及一種建立綜掘工作面煤與瓦斯協調開采技術優化模型的方法。

背景技術

如何增加煤層的透氣性，如何將瓦斯在煤層開采前預抽出來是突破傳統理論的關鍵點，是煤與瓦斯共采技術應用所在。煤體是雙重介質，具有裂隙，在初始地應力作用下煤體內部的原生裂隙處于壓實狀態，要安全開采煤炭資源，必須找到煤體卸壓將壓力釋放，提高煤層透氣性的方法。于是，提出先抽采煤層內的瓦斯以保證安全開采的環境，再開采煤炭資源的煤與瓦斯共采的方式，把傳統的以“風排”瓦斯為主的方式變為以“抽采”為主的方式，進而發展以高效“抽采”瓦斯的新理念。

煤與瓦斯協調開采包含著煤炭掘進與瓦斯抽采兩個子系統。二者之間關系十分復雜，包括掘進速度與瓦斯涌出關系，掘進煤量與瓦斯抽排采量，通風能力與掘進速度關系，等等宏觀變量之間的相互影響。還包括部分物理力學性質。在礦井的實際掘進過程中，煤炭掘進與瓦斯抽采顯現相互干擾又相互促進的特征，呈現出一種矛盾的協同體狀態。瓦斯涌出量與掘進速度相關，提高掘進速度，瓦斯涌出量增加，降低掘進速度，瓦斯涌出量降低，呈一定的正相關關系。當掘進速度過快且抽采能力不足時，回風流中的瓦斯濃度必定超限。瓦斯涌出通過抽采和風排解決。結合《煤礦安全規程》相關規定中回風流中瓦斯濃度上限，瓦斯涌出量受到限制，瓦斯涌出量的上限受通風能力限制，因此煤炭掘進速度受風排瓦斯量影響。同時，瓦斯運移也會受煤炭掘進的影響。掘進煤量與掘進速度相關，與瓦斯涌出量也呈正相關關系。綜掘工作面推進過快，煤層內瓦斯涌出量較多，使得停止掘進整頓瓦斯，制約了掘進進度，影響采掘銜接；推進速度過慢，瓦斯涌出量少，但過慢的回采速度會降低生產效率，最終影響礦井經濟效益。這也使得需協調好綜掘工作面煤炭掘進進度和瓦斯抽采量之間的工序銜接與時間、空間上的分配，使資源回收合理，二者協調開采最優。

現有技術的技術方案中，建立一個綜掘工作面煤與瓦斯協調開采技術優化模型，確定最優的掘進速度與瓦斯抽排采量，使二者之間從無序到協調，達到綜掘工作面煤與瓦斯協調開采收益最大化。

其缺點在于：煤炭開采與瓦斯抽采協調不充分，工作面開采成本高，資源回收利用不合理，缺少一套完整的具有針對性、科學性、有效性、切可實行的用來指導煤炭企業合理科學地開采煤與瓦斯資源開發的技術。

發明內容

基于以上現有技術的不足，本發明所解決的技術問題在于提供一種建立綜掘工作面煤與瓦斯協調開采技術優化模型的方法，求解得到最優的掘進速度與瓦斯抽排采量，使綜掘工作面煤炭開采和瓦斯抽采二者之間從無序到協調，達到協調開采收益最大化。

為了解決上述技術問題，本發明通過以下技術方案來實現：

本發明提供的建立綜掘工作面煤與瓦斯協調開采技術優化模型的方法，包括以下步驟：

S1：設定煤與瓦斯協調開采技術優化控制參數；

S2：設定煤與瓦斯協調開采技術優化目標函數；

S3：設定煤與瓦斯協調開采技術優化約束條件；

S4：建立煤與瓦斯協調開采技術優化模型并編制求解程序，計算綜掘工作面最優的掘進煤量、掘進速度、綜掘工作面抽采瓦斯量、綜掘工作面風排瓦斯總量、煤炭資源最大采出率、瓦斯資源最大抽采率和綜掘工作面煤與瓦斯協調開采最大利潤。