一种煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计方法

本发明属于煤层增渗，尤其涉及一种煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计方法。

背景技术：

1、瓦斯是一种以甲烷为主要成分的混合气体，是影响煤矿安全高效生产的五大灾害之首，同时也是一种洁净能源，具有高热值、清洁的属性。瓦斯抽采是治理瓦斯相对更直接、更有效、更现实的方法，也是获得洁净能源的有效途径。瓦斯抽采技术的关键控制因素是煤层的渗透性。

2、爆破产生的能量可以瞬间粉碎煤岩并制造大量的微裂隙，因此，与其它增渗技术相比，爆破增渗技术受煤层地质条件的限制较小。但是，由于井下使用爆破炸药容易造成安全事故，目前主要在地面竖直钻孔中采用爆破技术来提升炮孔周围岩体的渗透性，此方法容易形成瓦斯抽采死角和空白带。为了克服直接爆破的缺陷，可以采用定向钻孔技术。定向钻孔技术可以由地面往下构造竖直主孔，然后根据煤层的位置和厚度等赋存条件构造水平支孔，由支孔进入煤层瓦斯影响区；通过布置主孔和支孔，形成“竖直孔+水平孔”的孔网结构覆盖整个煤层区域；最后，在孔网结构中采用合理的爆破方式提升整个煤层的渗透性，实现煤层瓦斯的快速抽采，降低抽采周期和减少空白带。

3、然而，当前定向钻孔技术中的布孔方式还不够合理，所采取的爆破方式也无法发挥更好的效用，导致当前瓦斯的地面抽采效率不够理想。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本发明实施例提供了一种煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计方法。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计方法，包括：基于目标煤层区域的三维数值模型和多个爆破增渗正交方案，确定每个爆破增渗正交方案对应的模拟瓦斯抽采总流量；所述多个爆破增渗正交方案基于不同的孔网结构和不同的工艺参数确定，所述孔网结构包括多个爆破增渗单元；基于所述多个爆破增渗正交方案及对应的瓦斯抽采总流量，建立训练样本数据库；基于所述训练样本数据库对预设的神经网络模型进行训练，得到瓦斯抽采总流量预测模型；基于所述目标煤层区域的目标瓦斯抽采总流量和所述瓦斯抽采总流量预测模型，确定目标孔网结构和目标工艺参数。

4、结合第一方面，在一些实施例中，所述爆破增渗单元包括一个竖直孔和两个共线水平孔；所述孔网结构的参数包括所述爆破增渗单元的布置形式、所述竖直孔之间的间距和孔径；所述竖直孔和所述共线水平孔的直径为所述孔径；所述布置形式包括正方形、菱形和三角形；所述工艺参数包括不耦合装药系数和竖直孔口抽采压力。

5、结合第一方面，在一些实施例中，所述基于所述目标煤层区域的目标瓦斯抽采总流量和所述瓦斯抽采总流量预测模型，确定目标孔网结构和目标工艺参数，包括：基于所述目标瓦斯抽采总流量和所述瓦斯抽采总流量预测模型，建立最佳逼近目标函数；以所述最佳逼近目标函数的值最小为目标，通过遗传算法进行求解，确定所述目标孔网结构和所述目标工艺参数。

6、结合第一方面，在一些实施例中，所述最佳逼近目标函数为：

7、δ＝|qu-ψ(x1,x2,x3,x4,x5)|

8、其中，δ表示所述最佳逼近目标函数，qu表示所述目标瓦斯抽采总流量，ψ表示所述瓦斯抽采总流量预测模型，x1、x2、x3、x4、x5为所述瓦斯抽采总流量预测模型的输入变量，x1、x2、x3、x4、x5分别为所述爆破增渗单元的布置形式、所述竖直孔之间的间距、所述孔径、所述不耦合装药系数和所述竖直孔口抽采压力。

9、结合第一方面，在一些实施例中，所述基于目标煤层区域的三维数值模型和多个爆破增渗正交方案，确定每个爆破增渗正交方案对应的模拟瓦斯抽采总流量，包括：对于任意一个爆破增渗正交方案，根据该爆破增渗正交方案中的所述爆破增渗单元的布置形式、所述竖直孔之间的间隔和所述孔径，在所述三维数值模型中布置该爆破增渗正交方案对应的孔网结构；基于完成孔网结构布置的所述三维数值模型，以及该爆破增渗正交方案中的所述不耦合装药系数，对所述目标煤层区域的爆破致裂进行数值模拟；基于完成爆破致裂的数值模拟的所述三维数值模型，以及该爆破增渗正交方案中的所述竖直孔口抽采压力，对所述目标煤层区域的瓦斯抽采进行数值模拟，确定该爆破增渗正交方案对应的所述模拟瓦斯抽采总流量。

10、结合第一方面，在一些实施例中，所述基于所述训练样本数据库对预设的神经网络模型进行训练，得到瓦斯抽采总流量预测模型，包括：以所述多个爆破增渗正交方案中的所述爆破增渗单元的布置形式、所述竖直孔之间的间距、所述孔径、所述不耦合装药系数和所述竖直孔口抽采压力为所述预设的神经网络模型的输入样本，以各个爆破增渗正交方案对应的所述模拟瓦斯抽采总流量为输出样本，对所述预设的神经网络模型进行训练；得到所述瓦斯抽采总流量预测模型。

11、结合第一方面，在一些实施例中，在所述基于目标煤层区域的三维数值模型和多个爆破增渗正交方案，确定每个爆破增渗正交方案对应的模拟瓦斯抽采总流量之前，所述方法还包括：基于所述目标煤层区域的物理参数，建立所述三维数值模型；在所述三维数值模型中定义所述爆破增渗单元；获取预设的爆破增渗的多个影响因子及各个影响因子的多个水平值，基于所述多个影响因子及其各自的多个水平值，生成所述多个爆破增渗正交方案。

12、第二方面，本发明实施例提供了一种煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计装置，包括：

13、数值模拟模块，用于基于目标煤层区域的三维数值模型和多个爆破增渗正交方案，确定每个爆破增渗正交方案对应的模拟瓦斯抽采总流量；所述多个爆破增渗正交方案基于不同的孔网结构和不同的工艺参数确定，所述孔网结构包括多个爆破增渗单元；

14、非线性预测模型建立模块，用于基于所述多个爆破增渗正交方案及对应的瓦斯抽采总流量，建立训练样本数据库；基于所述训练样本数据库对预设的神经网络模型进行训练，得到瓦斯抽采总流量预测模型；

15、优化求解模块，用于基于所述目标煤层区域的目标瓦斯抽采总流量和所述瓦斯抽采总流量预测模型，确定目标孔网结构和目标工艺参数。

16、第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计方法。

17、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计方法。

18、第五方面，本发明实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在电子设备上运行时，使得电子设备执行上述第一方面中任一项所述的煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计方法。

19、本发明实施例与相关技术相比存在的有益效果是：

20、本发明实施例提供一种煤层爆破增渗的孔网结构和工艺参数设计方法，通过目标煤层区域的三维数值模型和多个爆破增渗正交方案，模拟各种方案下的瓦斯抽采总流量，可以获得丰富且较为准确的训练样本数据，无需通过实地试验和测量，提高了训练数据的获取效率和速度，节省数据获取成本；然后，利用训练样本数据训练瓦斯抽采总流量预测模型，并通过目标瓦斯抽采总流量和瓦斯抽采总流量预测模型来确定目标孔网结构和目标工艺参数，从而能够快速获得当前需求的瓦斯抽采总流量对应的更加合适的孔网结构和工艺参数设计方案，有助于实现煤层瓦斯的底面快速抽采。同时，在煤层爆破时，设置合适的孔网结构，有助于降低抽采周期，减少空白带，从而有效提高煤层渗透性。

21、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

22、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。