煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统及方法，该系统包含钻进状态感知系统、瓦斯抽采钻孔智能设计系统；其中，钻进状态感知系统由钻孔轨迹及煤岩识别单元、钻进压力监测单元、信号转换传输单元组成；其中瓦斯抽采智能设计系统由煤层基础参数录入模块、钻进状态参数录入模块、煤层瓦斯三维地质解算模块、钻进状态数据解算模块、钻孔智能设计模块。本发明专利技术的系统及方法可以基于煤层瓦斯三维地质情况进行钻孔智能设计，并在钻孔施工过程中依据钻进实时状态进行钻孔设计、补充、优化，保证工作面瓦斯抽采钻孔分布合理且施工后无抽采空白带。本发明专利技术的系统及方法可广泛应用于矿井煤层瓦斯抽采钻孔设计工作。泛应用于矿井煤层瓦斯抽采钻孔设计工作。泛应用于矿井煤层瓦斯抽采钻孔设计工作。

【技术实现步骤摘要】
煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统及方法


[0001]本专利技术属于煤层瓦斯治理
，具体涉及一种煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统及方法。

技术介绍

[0002]矿井瓦斯防治最主要的方法是进行煤层瓦斯抽采，通过合理布置瓦斯抽采钻孔，及时对煤层内赋存的瓦斯进行负压抽采，降低煤层瓦斯含量。因此，钻孔设计方案的优劣直接影响矿井瓦斯抽采能力。然而，目前大多数矿井进行钻孔设计时，多采用常规饱和式设计，既造成了一定的资源浪费，也因为实际施工与设计不符导致煤层瓦斯抽采钻孔布置存在空白带，从而影响煤层瓦斯治理效果。
[0003]考虑到瓦斯抽采钻孔设计与诸多因素有关，既包含煤层瓦斯含量、瓦斯压力、瓦斯抽采半径、煤层透气性系数等基础因素，也包括实际钻孔施工后实钻轨迹分布情况。目前钻孔设计方案，其主要存在的问题是工作面煤层瓦斯抽采钻孔设计不够高效，以至于煤层瓦斯抽采能力有待进一步优化和提高。因此，亟需研发一套煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统及方法，从而实现煤层钻孔初步设计后，通过实际钻孔施工情况循环优化设计方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统，解决了目前钻孔设计方案存在的，工作面煤层瓦斯抽采钻孔设计不够高效，以至于煤层瓦斯抽采能力有待进一步优化和提高的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统，包括钻进状态感知系统和瓦斯抽采钻孔智能设计系统；其中，
[0007]钻进状态智能感知系统，用于对煤层瓦斯抽采钻孔施工过程中钻机运行状态参数、钻孔轨迹参数、煤岩特性参数进行采集；
[0008]瓦斯抽采钻孔智能设计系统，用于根据工作面瓦斯地质特征进行钻孔智能设计，并依据钻进状态感知系统采集到的各类关键参数，实时解算钻孔布置合理参数进行工作面瓦斯钻孔设计优化。
[0009]本专利技术的特点还在于：
[0010]钻进状态智能感知系统包括钻孔轨迹及煤岩识别单元、钻进压力监测单元以及信号传输单元。
[0011]钻孔轨迹及煤岩识别单元用于采集钻进过程中钻孔轨迹及不同位置的煤岩特性信息，钻孔轨迹及煤岩识别单元包括自然伽马采集模块、钻杆震动监测模块、测斜模块和信号传输模块；其中，自然伽马采集模块用于采集钻孔在钻进过程中煤岩的自然伽马信号，钻杆震动监测模块用于监测钻机钻进过程中钻杆震动信号，测斜模块用于实时监测钻孔运行
轨迹参数；
[0012]钻进压力监测单元用于采集钻机钻进过程中所受到的轴压和环压，钻进压力监测单元包括轴向压力监测模块和环向压力监测模块，其中轴向压力监测模块用于实时采集钻机运行过程中不同位置的进钻压力，环向压力监测模块用于实时采集钻杆在钻孔内不同位置所受到的环向压力；
[0013]信号传输单元包括调制解调模块和信号传输模块，信号传输单元用于将钻孔轨迹及煤岩识别单元及钻进压力监测单元采集到的电信号转换为数字信号传输至瓦斯抽采钻孔智能设计系统。
[0014]瓦斯抽采钻孔智能设计系统包括煤层基础参数录入模块、钻进状态参数录入模块、钻孔信息反演模块、煤层瓦斯三维地质解算模块以及钻孔智能设计模块。
[0015]煤层基础参数录入模块用于工作面坐标、巷道坐标、煤层厚度、瓦斯含量、瓦斯压力、钻孔透气性系数、瓦斯抽采半径、百米钻孔瓦斯衰减率、煤层渗透率固定参数的录入；
[0016]钻进状态参数录入模块用于钻进过程中自然伽马参数、钻孔震动参数、钻孔轨迹参数、钻进压力、钻杆环压参数的自动录入；
[0017]煤层瓦斯三维地质解算模块用于对录入的煤层基础参数进行解算，自动构建煤层瓦斯三维地质模型，并进一步根据钻进状态智能感知系统得到的煤岩特性信息优化煤层瓦斯三维地质模型；
[0018]钻孔信息反演模块用于对录入的钻进状态参数进行解算，综合得到煤层钻孔实钻轨迹、煤岩分布、钻孔压力区分布详细特征，并与钻孔初步设计方案进行连续对比，反演出煤层瓦斯抽采空白带；
[0019]钻孔智能设计模块用于在煤层钻孔施工前依据煤层基础参数和煤层瓦斯三维地质解算模块得到的煤层瓦斯三维地质模型进行抽采单元划分以及钻孔初步设计，并在煤层钻孔施工过程中依据钻孔信息反演模块得到的瓦斯抽采空白带分布特征进行钻孔连续优化设计。
[0020]基于该系统，煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计方法，具体包括如下步骤：
[0021]步骤1：首先通过瓦斯抽采钻孔智能设计系统的煤层基础参数录入模块录入煤层基础参数，煤层瓦斯三维地质解算模块依据煤层基础参数绘制三维瓦斯地质模型，并进行抽采单元划分及煤层钻孔初步设计；
[0022]步骤2：采用钻进状态智能感知系统实时采集钻机运行状态、钻孔煤岩特征参数、钻孔轨迹参数，并传输至瓦斯抽采钻孔智能设计系统，瓦斯抽采钻孔智能设计系统的钻孔信息反演模块进行数据解算，得到煤岩分布、钻孔压力区分布详细特征，并在煤层瓦斯三维地质解算模块进行三维瓦斯地质模型更新及抽采单元划分优化；
[0023]步骤3：瓦斯抽采钻孔智能设计系统的钻孔信息反演模块依据实钻轨迹参数反演出瓦斯抽采钻孔空白带分布特征，并进行煤层钻孔设计优化，在整个工作面钻孔施工过程中持续进行实时采集、解算优化，形成一个动态循环，以实现工作面瓦斯抽采钻孔智能设计。
[0024]本专利技术的有益效果是，本专利技术煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统及方法，其基于矿井既有的钻机设备，通过合理地设计，建立钻进状态感知系统，并与瓦斯抽
采钻孔智能设计系统相融合，实现基于瓦斯赋存特征及实钻轨迹变化的工作面煤层瓦斯抽采钻孔动态循环设计优化，保证工作面煤层瓦斯抽采钻孔高效设计，进而提升煤层瓦斯抽采能力，具有一定的实用意义。
附图说明
[0025]图1是本专利技术煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统及方法的架构示意图；
[0026]图2是煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统及方法的流程示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统进行详细说明。
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]以下结合附图对本专利技术做出进一步说明。
[0030]实施例1，参考图1和图2，本专利技术提供的煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统，由钻进状态感知系统和瓦斯抽采钻孔智能设计系统组成；其中钻进状态智能感知系统包括钻孔轨迹及煤岩识别单元、钻进压力监测单元和信号传输单元；其中瓦斯抽采钻孔智能设计系统分为煤层基础参数录入模块、钻进状态参数录入模块、钻孔信息反演模块、煤层瓦斯三维地质解算模块、钻孔智能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统，其特征在于，包括钻进状态感知系统和瓦斯抽采钻孔智能设计系统；其中，钻进状态智能感知系统，用于对煤层瓦斯抽采钻孔施工过程中钻机运行状态参数、钻孔轨迹参数、煤岩特性参数进行采集；瓦斯抽采钻孔智能设计系统，用于根据工作面瓦斯地质特征进行钻孔智能设计，并依据钻进状态感知系统采集到的各类关键参数，实时解算钻孔布置合理参数进行工作面瓦斯钻孔设计优化。2.根据权利要求1所述的煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统，其特征在于，钻进状态智能感知系统包括钻孔轨迹及煤岩识别单元、钻进压力监测单元以及信号传输单元。3.根据权利要求2所述的煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统，其特征在于，钻孔轨迹及煤岩识别单元用于采集钻进过程中钻孔轨迹及不同位置的煤岩特性信息，钻孔轨迹及煤岩识别单元包括自然伽马采集模块、钻杆震动监测模块、测斜模块和信号传输模块；其中，自然伽马采集模块用于采集钻孔在钻进过程中煤岩的自然伽马信号，钻杆震动监测模块用于监测钻机钻进过程中钻杆震动信号，测斜模块用于实时监测钻孔运行轨迹参数；钻进压力监测单元用于采集钻机钻进过程中所受到的轴压和环压，钻进压力监测单元包括轴向压力监测模块和环向压力监测模块，其中轴向压力监测模块用于实时采集钻机运行过程中不同位置的进钻压力，环向压力监测模块用于实时采集钻杆在钻孔内不同位置所受到的环向压力；信号传输单元包括调制解调模块和信号传输模块，信号传输单元用于将钻孔轨迹及煤岩识别单元及钻进压力监测单元采集到的电信号转换为数字信号传输至瓦斯抽采钻孔智能设计系统。4.根据权利要求1所述的煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统，其特征在于，瓦斯抽采钻孔智能设计系统包括煤层基础参数录入模块、钻进状态参数录入模块、钻孔信息反演模块、煤层瓦斯三维地质解算模块以及钻孔智能设计模块。5.根据权利要求4所述的煤层瓦斯抽采钻孔动态感知及智能优化设计系统，其特征在于，煤层基础参数录入模块用于工作面坐标、巷道坐标、...

【专利技术属性】
技术研发人员：马守龙，葛新玉，龚选平，朱立成，成小雨，姜璐，潘陶，
申请(专利权)人：中煤能源研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：