CN111898268A - 一种顶煤放出率计算机统计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种顶煤放出率计算机统计方法，旨在解决综采放顶煤工作面开采过程无法实现顶煤放出率统计的难题，实现顶煤放出率的计算机统计识别。所述所述顶煤放出率计算机统计方法的实施结构由放煤支架、煤炭颗粒模型、矸石颗粒模型、放煤过程计算机仿真模型、放煤仿真结果、初始放煤煤矸界面y1、终止放煤煤矸界面y2、剩余煤煤矸界面y3、顶煤放出率Q组成，对获得的放煤仿真结果，采用计算机方法拟合出y1、y2、y3这三段曲线，计算所述顶煤放出率Q＝∫y1dx‑∫y2dx‑∫(y1‑y3)dx，所得Q即为所求的顶煤放出率。

Description

一种顶煤放出率计算机统计方法

技术领域

本发明专利涉及放顶煤工作面开采的顶煤放出率的计算机识别，尤其是中、低位放顶煤工作面开采中顶煤放出率的计算机识别。

背景技术

煤炭资源在我国能源中处于主导地位，在整个国民经济中占有举足轻重的地位。综采放顶煤开采能实现高产、高效、低耗，是我国煤矿开采的重要开采工艺之一，因此放顶煤技术的研究和推广对我国煤炭工业的发展具有特别重要的意义。放顶煤采煤技术自从1982年引进到中国，至今已经得到了迅速的发展，放顶煤采煤方法具有掘进率低、效率高、适应性强、以及易于实现高产等显著优点。在放煤过程中，放煤控制一般采取“见矸关窗”的原则控制操纵阀关闭放煤窗口停止放煤，这种放煤工艺损失的煤炭占总损失的64％。为了提高顶煤放出率，见矸后再持续一段放煤时间，即所谓过放，这样增加了矸石的含量，降低了煤炭质量。为了保证煤炭质量，见矸后即刻停止放煤，即所谓欠放，这样造成回收率降低、煤炭资源的浪费。目前综采放顶煤的放顶煤工序仍然依靠人工来进行控制，通过经验，将煤矸流分为顶煤下放和煤矸混放2个阶段，难以进行顶煤放出率的控制，煤炭质量和生产效率在很大程度上受到人为因素影响。

由此，实现顶煤放出率的计算机统计，不仅能够提高顶煤回收率、提升煤炭生产质量，而且为放煤自动化提供理论依据，解决放煤自动化的先决条件，是实现综放工作面自动化开采的技术支撑。

该专利实现了顶煤放出率的计算机统计，解决了放煤过程的自动化的先决条件，填补了在放煤过程顶煤放出率统计的空白。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种顶煤放出率计算机统计方法，旨在解决目前综采放顶煤工作面顶煤放出率无法统计的问题，克服目前因没有先进检测手段和统计计算方法实现放煤过程顶煤放出率统计的缺点，从而揭露深层放煤规律。

本发明实施例是这样实现的，所述顶煤放出率计算机统计方法的实施结构由放煤支架、煤炭颗粒模型、矸石颗粒模型、放煤过程计算机仿真模型、放煤仿真结果、初始放煤煤矸界面y1、终止放煤煤矸界面y2、剩余煤煤矸界面y3、顶煤放出率Q组成：

所述放煤支架由三维计算机建模软件按照1∶1的比例建模，并按照放煤中设计放煤口大小设置所述放煤支架的放煤窗口大小，用于模拟放煤过程的放煤液压支架；

所述煤炭颗粒模型是按照实际煤炭参数，在离散仿真软件Edem中建立的煤炭颗粒；

所述矸石颗粒模型是按照实际工业生产现场矸石参数，在离散仿真软件Edem中建立的矸石颗粒；

所述放煤过程计算机仿真模型，为按照一定的煤层厚度和矸石厚度建立的放煤模拟的计算机仿真模型，用于模拟放煤过程；

所述放煤仿真结果是在一定的放煤步距和采访比下获取的放煤前后的结果图；

所述初始放煤煤矸界面y1是初见矸石时在所述放煤仿真结果中的煤矸界面；

所述终止放煤煤矸界面y2是放煤终止，即达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中的煤矸界面；

所述剩余煤煤矸界面y3是放煤终止，即达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中的未放出的煤和下放矸石的界面；

所述顶煤放出率，是利用所述所述初始放煤煤矸界面y1、所述终止放煤煤矸界面y2、所述剩余煤煤矸界面y3计算获得的顶煤下放过程煤炭的放出率。

进一步，所述顶煤放出率计算机统计方法的具体实施方法及步骤为：

(1)在离散仿真软件Edem中，设置仿真步长为20％，总时间为2min，放煤次数为4次，放煤步距为800cm，仿真实验过程基本和实际放煤过程相似，为简化操作，不考虑支架移动带来的影响，放煤插板打开和关闭时间忽略不计；首先是0s时打开放煤插板，开始放煤，0～1min期间放出的为纯煤炭颗粒，期间开始出现矸石，并其矸石含量不断增多，到达2min时关闭放煤插板，停止放煤，获得所述放煤仿真结果；

(2)在所述放煤仿真结果中，标出初见矸石时的煤矸界面，即初始放煤煤矸界面y1；标出达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中的煤矸界面，即终止放煤煤矸界面y2；标出达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中未放出的煤和下放矸石的界面，即剩余煤煤矸界面y3，获得整个放煤过程三条特征曲线来进行顶煤放出率的计算；

(3)利用edem中位置信息导出功能，导出y1、y2、y3三条曲线的x、y位置坐标；

(4)将导出的煤岩颗粒位置信息导入spss软件中，点击分析-回归-曲线估算，自变量为颗粒x轴坐标，因变量为颗粒y轴坐标，设定拟合程度指标最高为98％，获得拟合后的方程为y1＝2.829x³-0.015x²-156.789，y2＝2.563x³-0.011x²-185.336，y3＝-45x-150；

(5)计算所述顶煤放出率Q＝∫y1dx-∫y2dx-∫(y1-y3)dx。

本发明获得了放煤过程顶煤的放出率的关系，实现了顶煤放出率的计算机统计，从而揭露深层放煤规律，为放煤自动化的实施提供了先决条件，科研成果将极大地带动科技进步和社会、经济的发展。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种顶煤放出率计算机统计方法的实施结构组成图。

图2是本发明实施例提供的一种顶煤放出率计算机统计方法的放煤过程计算机仿真模型图。

图3是本发明实施例提供的一种顶煤放出率计算机统计方法的放煤仿真结果。

图4是本发明实施例提供的一种顶煤放出率计算机统计方法的顶煤放出率回归拟合曲线。

图中，1.放煤支架、2.煤炭颗粒模型、3.矸石颗粒模型、4.放煤过程计算机仿真模型、5.放煤仿真结果、6.初始放煤煤矸界面y1、7.终止放煤煤矸界面y2、8.剩余煤煤矸界面y3、9.顶煤放出率Q。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的一种顶煤放出率计算机统计方法的实施结构组成，图中，对放煤支架1，根据实际放煤工作面现场情况，在离散仿真软件Edem中设定放煤支架的高度、宽度参数以及煤炭和矸石的硬度、密度，根据现场实际情况，设置煤炭颗粒模型2和矸石颗粒模型3，并建立一定煤炭厚度和矸石厚度的放煤过程计算机仿真模型4。

图2为放煤过程计算机仿真模型图，按照图1所述的操作方法，建立图2所示的放煤过程计算机仿真模型4后即可对该模型放煤操作进行放煤统计。

在离散仿真软件Edem中，设置仿真步长为20％，总时间为2min，放煤次数为4次，放煤步距为800cm，仿真实验过程基本和实际放煤过程相似，为简化操作，不考虑支架移动带来的影响，放煤插板打开和关闭时间忽略不计；首先是0s时打开放煤插板，开始放煤，0～1min期间放出的为纯煤炭颗粒，期间开始出现矸石，并其矸石含量不断增多，到达2min时关闭放煤插板，停止放煤，获得所述放煤仿真结果5。

图3为放煤仿真结果，在上述规定的放煤时间结束后，获得图3所述的放煤仿真结果5，在获得的放煤仿真结果5中，标出初见矸石时的煤矸界面，即初始放煤煤矸界面y1；标出达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中的煤矸界面，即终止放煤煤矸界面y2；标出达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中未放出的煤和下放矸石的界面，即剩余煤煤矸界面y3，获得整个放煤过程三条特征曲线来进行顶煤放出率的计算；利用edem中位置信息导出功能，导出y1、y2、y3三条曲线的x、y位置坐标；将导出的煤岩颗粒位置信息导入spss软件中，点击分析-回归-曲线估算，自变量为颗粒x轴坐标，因变量为颗粒y轴坐标，设定拟合程度指标最高为98％，获得拟合后的方程为y1＝2.829x³-0.015x²-156.789，y2＝2.563x³-0.011x²-185.336，y3＝-45x-150。

图4为按照上述拟合方法获得的顶煤放出率回归拟合曲线，该曲线为3段，即y1段、y2段、y3段，三段按照统一的x、y坐标标定在该x-y直角坐标系中。

根据y1段、y2段、y3段的函数表达式，计算所述顶煤放出率Q＝∫y1dx-∫y2dx-∫(y1-y3)dx，所得Q即为所求的顶煤放出率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种顶煤放出率计算机统计方法，能够统计放煤过程顶煤放出率的规律，其特征在于，该方法的实施结构由放煤支架、煤炭颗粒模型、矸石颗粒模型、放煤过程计算机仿真模型、放煤仿真结果、初始放煤煤矸界面y1、终止放煤煤矸界面y2、剩余煤煤矸界面y3、顶煤放出率Q组成：

所述放煤支架由三维计算机建模软件按照1∶1的比例建模，并按照放煤中设计放煤口大小设置所述放煤支架的放煤窗口大小，用于模拟放煤过程的放煤液压支架；

所述煤炭颗粒模型是按照实际煤炭参数，在离散仿真软件Edem中建立的煤炭颗粒；

所述矸石颗粒模型是按照实际工业生产现场矸石参数，在离散仿真软件Edem中建立的矸石颗粒；

所述放煤过程计算机仿真模型，为按照一定的煤层厚度和矸石厚度建立的放煤模拟的计算机仿真模型，用于模拟放煤过程；

所述放煤仿真结果是在一定的放煤步距和采访比下获取的放煤前后的结果图；

所述初始放煤煤矸界面y1是初见矸石时在所述放煤仿真结果中的煤矸界面；

所述终止放煤煤矸界面y2是放煤终止，即达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中的煤矸界面；

所述剩余煤煤矸界面y3是放煤终止，即达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中的未放出的煤和下放矸石的界面；

所述顶煤放出率，是利用所述所述初始放煤煤矸界面y1、所述终止放煤煤矸界面y2、所述剩余煤煤矸界面y3计算获得的顶煤下放过程煤炭的放出率。

2.如权利要求1所述的顶煤放出率计算机统计方法，其特征在于，所述顶煤放出率计算机统计方法为：

(1)在离散仿真软件Edem中，设置仿真步长为20％，总时间为2min，放煤次数为4次，放煤步距为800cm，仿真实验过程基本和实际放煤过程相似，为简化操作，不考虑支架移动带来的影响，放煤插板打开和关闭时间忽略不计；首先是0s时打开放煤插板，开始放煤，0～1min期间放出的为纯煤炭颗粒，期间开始出现矸石，并其矸石含量不断增多，到达2min时关闭放煤插板，停止放煤，获得所述放煤仿真结果；

(2)在所述放煤仿真结果中，标出初见矸石时的煤矸界面，即初始放煤煤矸界面y1；标出达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中的煤矸界面，即终止放煤煤矸界面y2；标出达到设定放煤时间时在所述放煤仿真结果中未放出的煤和下放矸石的界面，即剩余煤煤矸界面y3，获得整个放煤过程三条特征曲线来进行顶煤放出率的计算；

(3)利用edem中位置信息导出功能，导出y1、y2、y3三条曲线的x、y位置坐标；

(4)将导出的煤岩颗粒位置信息导入spss软件中，点击分析-回归-曲线估算，自变量为颗粒x轴坐标，因变量为颗粒y轴坐标，设定拟合程度指标最高为98％，获得拟合后的方程为y1＝2.829x³-0.015x²-156.789，y2＝2.563x³-0.011x²-185.336，y3＝-45x-150；

(5)计算所述顶煤放出率Q＝∫y1dx-∫y2dx-∫(y1-y3)dx。

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