[发明专利]基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法及装置

说明书

本发明提供一种基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法及装置，包括：根据瓦斯抽放系统的节点、管道和钻孔建立系统拓扑结构；根据所述系统拓扑结构生成系统基本回路矩阵；根据所述基本回路矩阵建立模拟解算数学模型并利用可快速收敛的计算机模拟求解算法对所述模拟解算数学模型进行求解；根据所述模拟解算数学模型求解结果和煤层监测瓦斯涌出量建立联立方程；根据所述联立方程计算钻场煤层瓦斯压力分布并根据所述瓦斯压力分布计算瓦斯含量。本发明可以根据瓦斯抽放系统布局及其监测数据，实时分析和反演瓦斯抽放状态以及煤层中的瓦斯压力和瓦斯含量分布，为瓦斯抽采动态优化和瓦斯灾害预警和防治提供了理论基础。

计算领域

本发明属于煤层瓦斯抽放计算领域，具体涉及一种基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法及装置。

背景计算

我国煤矿多为井工开采，瓦斯灾害严重。近年来，煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故时有发生，给人民群众的生命财产造成巨大损失，在国内外造成严重影响。虽然，管理部门出台了“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针，大家也认识到“先抽后采”是从源头上防范瓦斯事故的治本之举，应用瓦斯抽放计算不仅可以减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁，而且达到下列目的：利用瓦斯抽放计算可以减少开采时的瓦斯涌出量，降低煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力，从而可以减少瓦斯隐患和各种瓦斯事故，是保证瓦斯矿井安全生产的一项预防性措施；利用瓦斯抽放计算不仅可以减少通风负担，降低通风费用；还能够解决单靠通风系统难以解决的计算难题；煤层中的瓦斯同煤炭一样是一种地下资源，将瓦斯抽出来送到地面作为原料和燃料加以利用，可以“变害为利”、“变废为宝”，起到节约煤炭资源、保护生活环境的效果。

但是，由于瓦斯抽放计算与装备比较落后，我国煤矿瓦斯抽出率低，虽然有煤层自然条件差、透气性低等原因，但抽放计算、抽放方法、抽放设备落后是抽放效果差的主要原因。其中的主要计算障碍之一就是，至今没有形成一套完整的瓦斯抽放系统模拟计算机算法，更没有形成一套根据模拟计算和瓦斯抽放监测数据实时反演煤层瓦斯参数分布的方法。由于缺少理论数据的支撑，无法动态优化钻场和抽放钻孔的合理布局，也不能很好进行抽放管路和设备的选型和调节优化，严重影响了瓦斯抽放系统的抽放效果和抽放效率。

发明内容

针对现有计算的不足，本发明提供一种基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法及装置，以解决上述计算问题。

第一方面，本申请实施例提供一种基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法，所述方法包括：

根据瓦斯抽放系统的节点、管道和钻孔建立系统拓扑结构；

根据所述系统拓扑结构生成系统基本回路矩阵；

根据所述基本回路矩阵建立模拟解算数学模型并利用可快速收敛的计算机模拟求解算法对所述模拟解算数学模型进行求解；

根据所述模拟解算数学模型求解结果和煤层监测瓦斯涌出量建立联立方程；

根据所述联立方程计算钻场煤层瓦斯压力分布并根据所述瓦斯压力分布计算瓦斯含量。

结合第一方面，在第一方面的第一种实施方式中，所述根据瓦斯抽放系统的节点、管道和钻孔建立系统拓扑结构包括：

将钻孔孔底节点、瓦斯抽放泵出口节点和管道节点进行编号；

按照瓦斯流向由始点到终点对管道依次编号；

将标高最高的瓦斯泵出口作为基点对每个节点的精确标高或每条管道的始终点高差进行标注。

结合第一方面，在第一方面的第二种实施方式中，所述根据基本回路矩阵建立模拟解算数学模型并利用可快速收敛的计算机模拟求解算法对所述模拟解算数学模型进行求解包括：

利用瓦斯泵特性曲线函数计算抽放泵风压；

利用管道摩擦阻力函数计算管道摩擦阻值；