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石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计及应用

解北京 钟诗晴 曹筱

解北京, 钟诗晴, 曹筱. 石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计及应用[J]. 矿业科学学报, 2021, 6(6): 678-687. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.006
引用本文: 解北京, 钟诗晴, 曹筱. 石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计及应用[J]. 矿业科学学报, 2021, 6(6): 678-687. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.006
Xie Beijing, Zhong Shiqing, Cao Xiao. Automatic optimization design and application of drilling parameters for gas drainage in cross cut coal uncovering[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2021, 6(6): 678-687. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.006
Citation: Xie Beijing, Zhong Shiqing, Cao Xiao. Automatic optimization design and application of drilling parameters for gas drainage in cross cut coal uncovering[J]. Journal of Mining Science and Technology, 2021, 6(6): 678-687. doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.006

石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计及应用

doi: 10.19606/j.cnki.jmst.2021.06.006
基金项目: 

国家自然科学基金 2021YQAQ07

国家自然科学青年基金 51404277

中央高校基本科研业务费专项资金 2020YQAQ01

中央高校基本科研业务费专项资金 2020YJSAQ16

详细信息
    作者简介:

    解北京(1984—),男,安徽滁州人,博士,副教授,主要从事煤岩动力灾害防治、矿井瓦斯灾害防治方面的研究工作。Tel:15201290493,E-mail:bjxie1984@163.com

  • 中图分类号: TD712

Automatic optimization design and application of drilling parameters for gas drainage in cross cut coal uncovering

  • 摘要: 高瓦斯或突出矿井石门揭煤前,需要设计抽采钻孔并将钻孔位置立体展现在巷道与煤层交互面上。为解决普通AutoCAD等绘图软件无法满足大量计算的问题,本文结合煤矿瓦斯抽采的相关规定,基于Matlab软件编程,采用匈牙利算法和模拟退火算法,开发了石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数的自动优化设计软件。应用结果表明:①自动优化设计软件可以解决基于任意煤层、巷道空间位置、抽采输入条件下的钻孔参数自动优化设计和方案对比问题,极大提高了计算效率和准确率;②图像绘制功能可以实现钻孔轨迹立体化呈现;③在确定抽采钻孔参数基础上同步设计验证钻孔布孔参数,实现抽采设计、验证的闭环控制;④实现任意补孔参数设计功能,大大提高了自动优化设计软件的实用性,解决了井下补孔参数设计问题。应用石门揭煤瓦斯抽采钻孔参数自动优化设计可以获得最优化抽采钻孔参数,极大提高了煤矿现场技术人员工作效率,为煤矿智能开采提供了重要支撑。
  • 图  1  石门揭煤煤层底板视图

    Figure  1.  View of coal seam floor with crosscut uncovering

    图  2  石门揭煤煤层底板留有冗余示意图

    Figure  2.  Reserving redundancy map in coal seam floor of crosscut uncovering coal

    图  3  工作面视图

    Figure  3.  View of working face

    图  4  匹配过后的煤层底板视图

    Figure  4.  Coal seam floor view after matching

    图  5  煤层底板平面验证孔

    Figure  5.  Plane verification hole of coal seam floor

    图  6  工作面平面验证孔

    Figure  6.  Verification hole of working face plane

    图  7  实时补孔功能

    Figure  7.  Real-time hole filling function

    图  8  GUI界面

    Figure  8.  GUI interface

    图  9  设计方案侧视图

    Figure  9.  Side view of design scheme

    图  10  输出图窗

    Figure  10.  Output window

    图  11  工作面钻孔布置图

    Figure  11.  Drilling layout of working face

    图  12  Hungarian算法匹配结果

    Figure  12.  Matching results of Hungarian algorithm

    图  13  模拟退火算法匹配结果

    Figure  13.  Simulated annealing algorithm matching results

    图  14  计算结果

    Figure  14.  Computational of results

    表  1  相关参数

    Table  1.   Related parameter

    石门/煤层参数 钻机参数
    煤层编号No. 俯角限制(正值)β/(°)
    煤层厚度d/m 仰角限制α/(°)
    石门高度H/m 有效半径R/m
    揭煤工作面与煤层距离N/m 超深距离le/m
    石门宽度W/m 钻孔长度限制l/m
    石门上/下底宽(梯形)W'/m 工作面布孔间距r/m
    石门帮高(拱形)H'/m 工作面布孔下极限ld/m
    石门与煤层倾向夹角γ/(°) 工作面布孔上极限lu/m
    石门与煤层走向夹角φ/(°)
    下载: 导出CSV

    表  2  设计参数

    Table  2.   Design parameters

    煤层编号No.1
    参数 数值
    煤层厚度d/m 6
    石门高度H/m 5
    石门与煤层倾向夹角γ/(°) 15
    石门与煤层走向夹角φ/(°) 15
    工作面布孔间距r/m 0.4
    揭煤工作面与煤层距离N/m 7.4
    石门宽度W/m 6.2
    石门帮高(拱形)H′/m 0.9
    钻孔长度限制ls/m 200
    工作面布孔上极限lu/m 1
    俯角限制(正值)β/(°) 25
    有效半径R/m 4
    仰角限制α/(°) 40
    超深距离le/m 1
    工作面布孔下极限ld/m 0.6
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-01-05
  • 修回日期:  2021-05-25
  • 刊出日期:  2021-12-01

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