【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿瓦斯资源开发利用，具体涉及一种废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法。
技术介绍
1、受回采率的制约，各废弃矿井普遍存在45％-50％的主采煤层和保护煤柱遗留井下，其中赋存着大量的瓦斯资源。与此同时，瓦斯可能通过地层裂隙通道进入地表大气产生温室效应，或被遗煤氧化点燃发生瓦斯爆炸。因此，对废弃矿井进行钻孔瓦斯抽采在减少资源浪费、保护环境、保障安全、促进矿业可持续发展方面意义重大。矿井关闭后，其“再平衡”效应显著、瓦斯遗留空间繁多、运移机制复杂等因素极大影响了钻孔瓦斯抽采效果，进而制约了废弃矿井瓦斯资源的“再开发”。针对以上问题，亟需寻求一种废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，为相关应用研究提供参考。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供种废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，可反演对应矿井全时空瓦斯储运路径，为提升废弃矿井钻孔瓦斯抽采效果，实现废弃矿井瓦斯资源精准“再开发”，提高煤矿安全水平提供帮助。
2、为实现上述目的，本专利技术的一种废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，包括以下步骤：
3、步骤s1、初始flac3d数值模拟模型建立，首先根据废弃矿井工程研究方案要求，确定建模区域、范围和精度；参照已有地质、工程资料建立对应数值模拟模型并进行区域分组，完成力学性质赋值与边界条件设置后利用自身重力实现初始地应力生成；
4、步骤s2、flac3d数值模拟模型采掘与后处理，具体方法包括：
5、
6、步骤s2.2、导出已有钻孔历史瓦斯抽采数据时间节点对应的flac3dsav文件，转化为plt文件用于定量分析与计算；
7、步骤s2.3、利用pytecplot与自定义公式模块，将模型网格节点应力数据转换为渗透率数据，以矿井历史瓦斯抽采钻孔位置与抽采范围为基准，定位各钻孔抽采影响范围在数值模型中所处的位置，计算各对应影响区域内渗透率的平均值kai；
8、步骤s3、模型合理性验证与反演瓦斯储运路径输出，具体方法包括：
9、步骤s3.1、结合python，将步骤s2.3中得到的各影响范围内渗透率平均值kai与矿井瓦斯抽采数据进行时空双维度对比验证，构造抽采量—渗透率验证矩阵进行一致性检验；计算各矩阵组内相关系数icc指标ri，根据指标ri对可能出现的偏差进行修正并重新进行模型计算，直至指标ri≥0.75，然后将模型转化为准确反映对应废弃矿井瓦斯储运路径的合理模型，得到合理模型参数与对应初始地应力存档；
10、步骤s3.2、在步骤s3.1合理模型中的初始地应力存档基础上，重复步骤s2.1，以模型工况时间为序列，多次输出并转化生成该合理模型不同时间点的瓦斯储运路径plt文件群，将得到的准确瓦斯储运路径一一对应并生成检索集，最终实现该废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演。
11、作为本专利技术的进一步技术方案，在步骤s1中，所述地质、工程资料包括地质报告、采掘工程平面图、地质柱状图和各工作面回采规划。
12、作为本专利技术的进一步技术方案，在步骤s2.1中，所述工况时间t在数值模拟中为采掘进行的总时间，数值上与现实时间相同，计算公式如下：
13、
14、其中，n为数值模拟总步数，si为节点单步位移(m)，vi为节点单步速度(m/s)。
15、4.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤s2.3中，应力σ—渗透率k转换公式如下：
16、
17、其中，k0为初始渗透率(m2)；δσe为有效应力增量(mpa)；kf为裂隙体积模量(mpa)，此处取60mpa。
18、作为本专利技术的进一步技术方案，在步骤s2.3中，对应影响区域指的是以实际工程钻孔终孔位置在模型内的对应位置为球心，钻孔抽采范围为半径的球空间。
19、作为本专利技术的进一步技术方案，在步骤s2.3中，对应影响区域渗透率平均值kai计算公式如下
20、
21、其中，j为范围内块体序号，n为范围内块体总数，kj为范围内各块体渗透率值(m2)。
22、作为本专利技术的进一步技术方案，在步骤s3.1中，所述时空双维度对比验证方法具体包括：
23、(1)先固定位置，然后钻孔瓦斯抽采量与模型对应影响区域平均渗透率随时间变化各自形成的曲线的一致性验证；
24、(2)先固定时刻，然后组内各钻孔瓦斯抽采量与模型对应影响区域平均渗透率随空间变化各自形成的曲线的一致性验证。
25、作为本专利技术的进一步技术方案，在步骤s3.1中，模型验证采用数值模型渗透率—工程实际瓦斯抽采量icc一致性检验，验证前先进行z—score标准化，公式如下：
26、
27、其中，y为原始数据；为原始数据均值；σ为原始数据标准差；x为标准化后的数据。
28、作为本专利技术的进一步技术方案，在步骤s3.1中，模型验证采用数值模型渗透率—工程实际瓦斯抽采量icc一致性检验，选取的验证指标为组内相关系数icc双向混合模型，指标ri公式如下：
29、
30、其中,msr为行均方，mse为误差均方，msc为列均方，n样本数，k为集合数，i为验证矩阵序号；msr，mse，msc的计算方式分别如下：
31、
32、其中，为行均值，为列均值，为总样本均值。
33、作为本专利技术的进一步技术方案，在步骤s3.1中，偏差修正可采取的手段优先级由高到低分别为：调整网格尺寸-优化模型疏密-调整接触面刚度-修正地层力学强度。
34、本专利技术的有益效果是：
35、本专利技术通过数值模拟软件建立高度对应的废弃矿井三维模型，以数值模型渗透率—现场工程瓦斯钻孔抽采量建立时空对照矩阵，利用数学计算方法进行一致性检验，多次修正模型至数值模型相关数据符合现场规律；基于已验证的模拟参数与存档文件，计算得到准确的瓦斯储运路径，结合python与flac3d实现废弃矿井瓦斯储运路径反演。本专利技术结合编程、数值模拟、数据分析多领域软件，极大简化了反演全过程繁杂的数据运算与文件存取操作，充分考虑废弃矿井瓦斯多源多面条件影响，精确反演废弃矿井全局瓦斯储运路径，能够在提升废弃矿井钻孔瓦斯抽采效果，推动废弃矿井瓦斯资源开发利用的同时，保障生产安全。
36、下面结合附图及具体实施例对本专利技术的技术方案作进一步详细说明。
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1.一种废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤S1中，所述地质、工程资料包括地质报告、采掘工程平面图、地质柱状图和各工作面回采规划。
3.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤S2.1中，所述工况时间T在数值模拟中为采掘进行的总时间，数值上与现实时间相同，计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤S2.3中，应力σ—渗透率k转换公式如下：
5.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤S2.3中，对应影响区域指的是以实际工程钻孔终孔位置在模型内的对应位置为球心，钻孔抽采范围为半径的球空间。
6.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤S2.3中，对应影响区域渗透率平均值Kai计算公式如下：
7.根据权利要求1
8.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤S3.1中，模型验证采用数值模型渗透率—工程实际瓦斯抽采量ICC一致性检验，验证前先进行Z—Score标准化，公式如下：
9.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤S3.1中，模型验证采用数值模型渗透率—工程实际瓦斯抽采量ICC一致性检验，选取的验证指标为组内相关系数ICC双向混合模型，指标Ri公式如下：
10.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤S3.1中，偏差修正可采取的手段优先级由高到低分别为：调整网格尺寸-优化模型疏密-调整接触面刚度-修正地层力学强度。
...【技术特征摘要】
1.一种废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤s1中，所述地质、工程资料包括地质报告、采掘工程平面图、地质柱状图和各工作面回采规划。
3.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤s2.1中，所述工况时间t在数值模拟中为采掘进行的总时间，数值上与现实时间相同，计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤s2.3中，应力σ—渗透率k转换公式如下：
5.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在于，在步骤s2.3中，对应影响区域指的是以实际工程钻孔终孔位置在模型内的对应位置为球心，钻孔抽采范围为半径的球空间。
6.根据权利要求1所述的废弃矿井多源多面条件下瓦斯储运路径反演方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：林柏泉，沈家豪，施宇，沈扬，刘厅，郝志勇，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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