基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法及装置计算领域本专利技术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。
技术实现思路
针对现有计算的不足，本专利技术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；根据抽放泵风压、管道摩擦阻值、局部调节阻值、流量、自然压差和基本回路矩阵计算钻孔平均瓦斯压力；根据原始瓦斯压力和钻孔平均瓦斯压力建立瓦斯流动模型函数；利用可快速收敛的计算机模拟求解算法计算所有钻孔的钻孔平均瓦斯压力的平均值。结合第一方面，在第一方面的第三种实施方式中，所述根据模拟解算数学模型求解结果和煤层监测瓦斯涌出量建立连立方程包括：利用瓦斯抽放检测系统获取监测钻孔平均瓦斯压力；根据所述监测钻孔平均瓦斯压力构建监测瓦斯涌出量表达式；根据模拟解算数学模型得出的所有钻孔的钻孔平均瓦斯压力的平均值生成模型瓦斯涌出量表达式；利用监测瓦斯涌出量表达式和模型瓦斯涌出量表达式建立联立方程。结合第一方面，在第一方面的第四种实施方式中，所述根据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包括：求解所述联立方程得到煤层在钻孔附件的最大瓦斯压力和抽放影响半径；根据所述最大瓦斯压力和抽放影响半径计算瓦斯压力分布；根据所述瓦斯压力分布计算钻场瓦斯压力；根据所述瓦斯压力计算钻场瓦斯含量。第二方面，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装置，所述装置包括：拓扑建立单元，配置用于根据瓦斯抽放系统的节点、管道和钻孔建立系统拓扑结构；矩阵生成单元，配置用于根据所述系统拓扑结构生成系统基本回路矩阵；模型建立单元，配置用于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；方程建立单元，配置用于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；含量计算单元，配置用于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。结合第二方面，在第二方面的第一种实施方式中，所述拓扑建立单元包括：节点编号模块，配置用于将钻孔孔底节点、瓦斯抽放泵出口节点和管道节点进行编号；管道编号模块，配置用于按照瓦斯流向由始点到终点对管道依次编号；高差标注模块，配置用于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。结合第二方面，在第二方面的第二种实施方式中，所述模型建立单元包括：风压计算模块，配置用于利用瓦斯泵特性曲线函数计算抽放泵风压；摩擦计算模块，配置用于利用管道摩擦阻力函数计算管道摩擦阻值；压力计算模块，配置用于根据抽放泵风压、管道摩擦阻值、局部调节阻值、流量、自然压差和基本回路矩阵计算钻孔平均瓦斯压力；函数建立模块，配置用于根据原始瓦斯压力和钻孔平均瓦斯压力建立瓦斯流动模型函数；模型求解模块，配置用于利用可快速收敛的计算机模拟求解算法计算所有钻孔的钻孔平均瓦斯压力的平均值。结合第二方面，在第二方面的第三种实施方式中，所述方程建立单元包括：压力监测模块，配置用于利用瓦斯抽放检测系统获取监测钻孔平均瓦斯压力；监测计算模块，配置用于根据所述监测钻孔平均瓦斯压力构建监测瓦斯涌出量表达式；模型计算模块，配置用于根据模拟解算数学模型得出的所有钻孔的钻孔平均瓦斯压力的平均值生成模型瓦斯涌出量表达式；方程建立模块，配置用于利用监测瓦斯涌出量表达式和模型瓦斯涌出量表达式建立联立方程。结合第二方面，在第二方面的第四种实施方式中，所述含量计算单元包括：方程求解模块，配置用于求解所述联立方程得到煤层在钻孔附件的最大瓦斯压力和抽放影响半径；分布计算模块，配置用于根据所述最大瓦斯压力和抽放影响半径计算瓦斯压力分布；压力计算模块，配置用于根据所述瓦斯压力分布计算钻场瓦斯压力；含量计算模块，配置用于根据所述瓦斯压力计算钻场瓦斯含量。第三方面，提供一种终端，包括：处理器、存储器，其中，该存储器用于存储计算机程序，该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得终端执行上述的终端的方法。第四方面，提供了一种计算机存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。第五方面，提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的方法。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供的基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法及装置，通过构建瓦斯抽放系统的拓扑结构生成系统基本回路矩阵，并根据基本回路矩阵建立模拟解算数学模型，根据模拟解算数学模型求解得出的理论值与煤层监测得到的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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；根据抽放泵风压、管道摩擦阻值、局部调节阻值、流量、自然压差和基本回路矩阵计算钻孔平均瓦斯压力；根据原始瓦斯压力和钻孔平均瓦斯压力建立瓦斯流动模型函数；利用可快速收敛的计算机模拟求解算法计算所有钻孔的钻孔平均瓦斯压力的平均值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据模拟解算数学模型求解结果和煤层监测瓦斯涌出量建立连立方程包括：利用瓦斯抽放检测系统获取监测钻孔平均瓦斯压力；根据所述监测钻孔平均瓦斯压力构建监测瓦斯涌出量表达式；根据模拟解算数学模型得出的所有钻孔的钻孔平均瓦斯压力的平均值生成模型瓦斯涌出量表达式；利用监测瓦斯涌出量表达式和模型瓦斯涌出量表达式建立联立方程。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据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包括：求解所述联立方程得到煤层在钻孔附件的最大瓦斯压力和抽放影响半径；根据所述最大瓦斯压力和抽放影响半径计算瓦斯压力分布；根据所述瓦斯压力分布计算钻场瓦斯压力；根据所述瓦斯压力计算钻场瓦斯含量。6.一种基于瓦斯抽放系统模拟解算的瓦斯参数反演装置，其特征在于，所述装置包括：拓扑建立单元，配置用于根据瓦斯抽放系...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢新明，王永，尹红，涂辉，
申请(专利权)人：山东蓝光软件有限公司，平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：山东,37