一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法，具体涉及矸石充填开采技术领域，本发明专利技术对目标煤矿开采前后的岩层结构稳定性和地表下沉情况进行数据处理，计算了地质状态维稳系数和地表下沉控制质量指数，体现了本发明专利技术对煤矿开采区域地质环境以及地表下沉情况的维护能力，避免了煤矿开采对周围环境造成的巨大影响，本发明专利技术设置超长工作面进行煤矿的充填开采工作，降低了煤炭损失，提高了煤炭的产能，本发明专利技术基于地质状态维稳系数、地表下沉控制质量指数以及采煤效率指数计算了煤矿开采质量，从多个角度考虑并设置指标计算煤矿开采质量，提高了目标指数的全面性与精准性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法


[0001]本专利技术涉及矸石充填开采
，更具体地说，本专利技术涉及一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法。

技术介绍

[0002]煤炭作为我国主体能源，在开采时不仅需要考虑产量问题，还要考虑其开采过程的固体废弃物是否对环境有害，在煤炭的开采过程需尽量减少对周围环境的影响。
[0003]现有的煤炭充填开采技术主要包含挖、采、充三个步骤，在挖到煤矿后利用采煤机进行割煤，在矿井中将开采出的原煤进行毛煤排矸，原煤经分级后进入识别装置，煤矸图像识别后利用高压空气将煤或矸石各自排出，将分离出来的精煤输送至地面，将分离出的矸石采用空巷充填技术进行后续充填工作，具有明显的抗强矿压效果，实现了矸石的自产自销，避免了由于矸石大量堆积造成的环境污染，减少了将矸石运输至地面的经济成本。
[0004]但是现有系统仍存在一些问题，在进行开采时仅仅考虑到了矸石的影响因素，在煤炭充填开采过程中还可能出现地表下沉和岩层特征改变的情况，应尽力降低地表下沉高度、保持岩层地质结构的稳定性，同时利用空巷充填技术进行充填，强矿压工作面过空巷的顶板控制难度较大，对于边角煤和保护煤柱等不规则煤体的充填开采具有局限性，应进一步优化该充填技术，降低顶板控制难度，降低煤炭损失。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的实施例提供一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法，包括以下步骤：S1：对目标煤矿开采区域进行地质勘测，获取目标煤矿开采区域内部地质结构信息并对岩层结构稳定性进行评估；S2：基于目标煤矿开采区域的内部地质结构信息和所用开采设备设置煤矿开采的超长工作面长度、推进宽度以及开采高度；S3：将目标煤矿开采区域按照开采空间体积划分为若干个子区域并进行编号，具体编号为a1、a2……
a
n
，基于目标开采区域的地理环境和岩层特点确定煤矿开采路线；S4：按照开采路线进行煤矿开采工作，将采出的原煤输送至煤矸分选装置进行煤矸分选，分选完成后记录目标编号子区域开采到分选完成所需要的时间、采出的精煤量以及单位质量精煤含煤率；S5：将分选后的精煤运输至精煤储存仓中，矸石则输送至矸石仓中；S6：在目标编号子区域中的采空区布置若干个相同的充填工作面，将矸石仓中的原矸石全部运输至充填工作面进行充填并利用夯实机械增大充填物的夯实力，计算充填工作面的矸石压实率；
S7：获取开采后的岩层控制稳定性等级参数并与开采前的岩层控制稳定性等级参数进行比较计算地质状态维稳系数，对目标开采区域的开采完成后的地表下沉高度和充填工作面的矸石压实率进行处理计算地表下沉控制质量指数，由目标编号子区域开采到分选完成所需要的时间、采出的精煤质量以及单位质量精煤含煤率计算采煤效率指数并汇总求平均值；S8：基于地质状态维稳系数、地表下沉控制质量指数以及平均采煤效率指数计算煤矿开采质量指数。
[0007]优选的，步骤S1中获取的目标煤矿开采区域的内部地质结构信息包括具体岩石种类、岩石成分报告、断层结构，以及孔隙结构，岩层结构稳定性评估过程如下：S11：基于岩石种类和岩石成分计算岩石强度a
c
，具体计算公式为：，其中b
i
为岩石中不同成分的含量，x
i
为不同成分的硬度；S12：基于不同断层结构数量和岩石孔隙度计算岩石连接紧密度指数a
e
，具体计算公式为：，其中n
a
为断层结构数量，ξ
ai
为岩石孔隙度；S13：由岩石强度和岩石连接紧密度指数计算岩层结构稳定性指数at，具体计算公式为：，其中y1、y2为不同影响因素对应的岩层稳定性影响指数，y1>0、y2>0；S14：对计算出的岩层结构稳定性指数设定等级，岩层结构稳定性指数由低到高对应级别分别为超低稳、低稳、稳定、超稳定，将其数据化则对应的不同等级参数为θ
a
、θ
b
、θ
c
、θ
d
，，θ
a
>0。
[0008]优选的，步骤S3中的开采空间体积为设置的超长工作面长度L
a
、推进宽度L
b
以及开采高度L
c
组合生成的空间的体积V
a
，具体计算公式为：。
[0009]优选的，步骤S4中煤矸分选方案的挑选步骤如下：S41、抽样检测目标开采区域煤矿的含矸率、密度、硬度，以及粒度信息，根据目标煤质的抽样检测结果和煤矿用途确定原煤的分选指标和入选粒度；S42、将不同煤矸分选方法对应的粒度分选区间与入选粒度进行匹配，若入选粒度在分选区间内则匹配度c
a
数值为1，若入选粒度超出分选区间则匹配度c
a
数值为0；S43、根据采集到的数据建立数值模型计算理想状态下不同分选方法处理同一批质量为mt的原煤最后得到的单位质量精煤含煤率e
a
，具体计算公式为：，m0为1kg的精煤，m
a
为1kg精煤中包含的煤的质量，单位质量分选成本p
e
的计算公式为：，p
a
为分选质量为m
t
的原煤总分选成本；S44、基于每一种分选方案的入选粒度匹配度、单位质量精煤含煤率以及单位质量分选成本计算分选能力指数c
t
，具体计算公式为：；
S45、比较不同分选方法的分选能力指数，数值最大的即为目标煤矸分选方案。
[0010]优选的，步骤S6中充填工作面的矸石压实率α
c
的具体计算公式为：，L
d
为工作面顶板下沉高度，若工作面顶板下沉高度大于预设值则继续对该充填物进行充填，直到工作面顶板下沉高度小于或者等于预设值。
[0011]优选的，步骤S7中具体数据处理过程如下：S71、采取相同方法获取开采后目标区域的岩层控制稳定性等级参数并与开采前的岩层控制稳定性等级参数进行比较计算地质状态维稳系数β
a
，具体计算公式为：；S72、获取不同目标编号子区域的地表下沉高度h
a
，挑选出数值最大的地表下沉高度与预设的地表下沉高度进行对比，计算地表下沉控制质量指数γ
a
，具体计算公式为：；S73、计算采煤效率指数η
a
，具体计算公式为：，m
c
为采出的精煤质量，t
a
为在目标编号子区域内开采到分选完成的时间，将各个子区域内的采煤效率指数汇总求平均值η
e
，具体计算公式为：。
[0012]优选的，步骤S8基于地质状态维稳系数β
a
、地表下沉控制质量指数γ
a
以及平均采煤效率指数η
e
计算煤矿开采质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：对目标煤矿开采区域进行地质勘测，获取目标煤矿开采区域内部地质结构信息并对岩层结构稳定性进行评估；S2：基于目标煤矿开采区域的内部地质结构信息和所用开采设备设置煤矿开采的超长工作面长度、推进宽度以及开采高度；S3：将目标煤矿开采区域按照开采空间体积划分为若干个子区域并进行编号，具体编号为a1、a2……
a
n
，基于目标开采区域的地理环境和岩层特点确定煤矿开采路线；S4：按照开采路线进行煤矿开采工作，将采出的原煤输送至煤矸分选装置进行煤矸分选，分选完成后记录目标编号子区域开采到分选完成所需要的时间、采出的精煤量以及单位质量精煤含煤率；S5：将分选后的精煤运输至精煤储存仓中，矸石则输送至矸石仓中；S6：在目标编号子区域中的采空区布置若干个相同的充填工作面，将矸石仓中的原矸石全部运输至充填工作面进行充填并利用夯实机械增大充填物的夯实力，计算充填工作面的矸石压实率；S7：获取开采后的岩层控制稳定性等级参数并与开采前的岩层控制稳定性等级参数进行比较计算地质状态维稳系数，对目标开采区域的开采完成后的地表下沉高度和充填工作面的矸石压实率进行处理计算地表下沉控制质量指数，由目标编号子区域开采到分选完成所需要的时间、采出的精煤质量以及单位质量精煤含煤率计算采煤效率指数并汇总求平均值；S8：基于地质状态维稳系数、地表下沉控制质量指数以及平均采煤效率指数计算煤矿开采质量指数。2.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法，其特征在于：所述步骤S1中获取的目标煤矿开采区域的内部地质结构信息包括具体岩石种类、岩石成分报告、断层结构，以及孔隙结构，岩层结构稳定性评估过程如下：S11：基于岩石种类和岩石成分计算岩石强度a
c
，具体计算公式为：，其中b
i
为岩石中不同成分的含量，x
i
为不同成分的硬度；S12：基于不同断层结构数量和岩石孔隙度计算岩石连接紧密度指数a
e
，具体计算公式为：，其中n
a
为断层结构数量，ξ
ai
为岩石孔隙度；S13：由岩石强度和岩石连接紧密度指数计算岩层结构稳定性指数at，具体计算公式为：，其中y1、y2为不同影响因素对应的岩层稳定性影响指数，y1>0、y2>0；S14：对计算出的岩层结构稳定性指数设定等级，岩层结构稳定性指数由低到高对应级别分别为超低稳、低稳、稳定、超稳定，将其数据化则对应的不同等级参数为θ
a
、θ
b
、θ
c
、θ
d
，，θ
a
>0。3.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的原矸充填开采质量评估方法，其特征在
于：所述步骤S3中的开采空间体积为设置的超长工作面长度L
a
、推进宽度L
b
以及开采高度L
c
组合生成的空间的体积V
a

【专利技术属性】
技术研发人员：张斌，张强，胡兆锋，王统海，王广伟，付祖冈，张继业，王春生，类兴财，张定堂，
申请(专利权)人：山东新巨龙能源有限责任公司，
类型：发明
国别省市：