CN115828361A - 一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，涉及煤矿工作面建模和三位坐标转换技术领域，所述建模方法包括以下步骤：S1：依据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档，确定工作面的形状、位置，并根据形状，分为一个或多个长方体，获取每个长方体的长度、宽度、高度。该煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，通过在工作面的模型中，采用若干长方体按工作面比例缩放直接替代建模，瓦斯抽采的钻孔进行坐标转换，展示在工作面模型中，在生产中可视化实时监控，全景化、直观化地实现煤矿井下采区、工作面、评价单元、钻孔(钻场)等不同区域的瓦斯抽采效果展示，为实时掌握煤矿瓦斯抽采和防治瓦斯突出提供全新的技术手段。

Description

一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法

技术领域

本发明涉及煤矿工作面建模和三位坐标转换技术领域，具体为一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法。

背景技术

在瓦斯治理中，防突措施最重要的一环是瓦斯抽采，即用抽采设备(一般为抽采泵)将煤层和采空区中的瓦斯抽至地面，煤矿瓦斯抽采就是向煤层和瓦斯集聚区域打钻，将钻孔接在专用的管路上，用抽采设备将煤层和采空区中的瓦斯抽至地面，加以利用或排空；抽采瓦斯不仅是降低开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和积聚，预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故的重要措施，还可变害为利，作为煤炭伴生的资源加以开发利用。

目前煤矿工作面建模基于目的不同，采用的方式也不尽相同，形式和工具也多种多样；工作面钻孔设计方式按照防突“一矿一策、一面一策”要求，也分各种方式，包含穿层孔、顺层交叉孔、顺层平行孔、高位裂隙孔等。

煤矿要进行瓦斯抽采，必须先进行钻孔设计，现有技术在钻孔设计时，大部分是在二维的CAD中完成设计，并加以设计文档描述；如采用三维建模，可让设计孔在三维模型直观立体的显示出设计效果，利于后期实际钻孔轨迹对比和空白带的分析；在此基础上，加装一些传感器，通过先进的数学理论方法(计算机模拟、模糊数学理论、灰色系统理论、专家系统、流变与突变理论等)以及计算机科学中的数据库、数据挖掘，应用于煤与瓦斯突出的定量评价与预测中，可降低瓦斯突出的危害，因此，需要以此设计一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法来解决上述问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种快捷三维建模和生成钻孔设计的方法，在生产中可视化实时监控，全景化、直观化地实现了煤矿井下采区、工作面、评价单元、钻孔(钻场)等不同区域的瓦斯抽采效果展示，为实时掌握煤矿瓦斯抽采和防治瓦斯突出提供了全新的技术手段。

(二)技术方案

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，所述建模方法包括以下步骤：

S1：依据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档，确定工作面的形状、位置，并根据形状，分为一个或多个长方体，获取每个长方体的长度、宽度、高度；

S2：依据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档，整理出钻孔的设计表，包括钻孔编号、钻场间距、切眼方向基准距离、停采线、开孔高度、开孔深度、方位角、倾角；

S3：按煤矿工作面至切眼方向为X方向，再根据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档参数，获取钻孔的起始点相对工作面的坐标点；

S4：依据起始坐标、方位角、倾角参数，计算相对工作面的终点坐标；

S5：对坐标系转换，每条钻孔的起始坐标和终点坐标生成三位GIS的坐标；

S6：在建模工具上，生成钻孔设计轨迹。

优选的，所述S1步骤中长方体的高度选取长方体单元最高高度。

优选的，所述S2步骤中钻孔的开孔高度为距离巷道地板的Y轴方向。

优选的，所述S2步骤中钻孔的开孔深度为Z轴方向。

(三)有益效果

本发明的有益效果在于：

该煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，通过在工作面的模型中，采用若干长方体按工作面比例缩放直接替代建模，瓦斯抽采的钻孔进行坐标转换，展示在工作面模型中，在生产中可视化实时监控，全景化、直观化地实现了煤矿井下采区、工作面、评价单元、钻孔(钻场)等不同区域的瓦斯抽采效果展示，为实时掌握煤矿瓦斯抽采和防治瓦斯突出提供了全新的技术手段。

附图说明

图1为本发明设计开孔坐标示意图；

图2为本发明设计孔终端坐标点示意图；

图3为本发明起始坐标和终点坐标生成三位GIS的坐标示意图；

图4为本发明工作面瓦斯抽采设计CAD图纸示意图；

图5为本发明钻场开孔示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明提供一种技术方案：一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，所述建模方法包括以下步骤：

S1：依据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档，确定工作面的形状、位置，并根据形状，分为一个或多个长方体，获取每个长方体的长度、宽度、高度，且长方体的高度选取长方体单元最高高度；

S2：依据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档，整理出钻孔的设计表，包括钻孔编号、钻场间距、切眼方向基准距离、停采线、开孔高度、开孔深度、方位角、倾角，且钻孔的开孔高度为距离巷道地板的Y轴方向，钻孔的开孔深度为Z轴方向；

S3：按煤矿工作面至切眼方向为X方向，再根据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档参数，获取钻孔的起始点相对工作面的坐标点；

S4：依据起始坐标、方位角、倾角参数，计算相对工作面的终点坐标；

S5：对坐标系转换，每条钻孔的起始坐标和终点坐标生成三位GIS的坐标；

S6：在建模工具上，生成钻孔设计轨迹。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

计算依据和公式：

设计孔：设计孔的开孔坐标A点(Xa,Ya,Za)，相对于工作面的原点坐标以工作面煤层的右下角O点(0,0,0)为基准，如图1所示；

从钻孔设计数据可以知道该钻孔的倾角(θ)，方位角(α)；

根据已知开孔坐标A点(Xa,Ya,Za),再结合倾角(θ)，方位角(α)、前进量(S)可计算出设计轨迹上的任一点B点坐标，如图2所示，公式如下：

Xb＝Xa+S*Math.cos(θ*(Math.PI/180))*Math.cos((α-270)*(Math.PI/180))，

Yb＝Ya+S*Math.sin(θ*(Math.PI/180))，

Zb＝Za+S*Math.cos(θ*(Math.PI/180))*Math.sin((α-270)

*(Math.PI/180))；

同理，可按上述公式计算出钻孔终点C的坐标；

三维坐标系数据转换：

假设煤层长为L，宽为W，高为H，在单个煤层建模时，以图的中心点为原点时，将设计的点坐标重新转换到图3的坐标体系中；

则A点开孔坐标(Xa,Ya,Za)在新的坐标系A＇(Xa＇,Ya＇,Za＇)的计算公式为：

Xa＇＝(L/2)–Xa，

Ya＇＝Ya-(H/2)，

Za＇＝(W/2)-Za；

同理终点C(Xc,Yc,Zc)点坐标转换后的C＇(Xc＇,Yc＇,Zc＇)的计算公式为：

Xc＇＝(L/2)–Xc，

Yc＇＝Yc-(H/2)，

Zc＇＝(W/2)-Zc；

下面结合附图和实例对本发明进行详细的描述：

以XX煤矿302工作面为例，其CAD图部分如图4所示；

其钻场深度5米，钻场开孔图如图5所示；

在文档描述中，给出的列表：

本煤层钻孔施工参数302工作面

在302工作面回风巷口向302切眼方向133m处开始施工1#瓦斯抽放钻场，然后按照120m间隔施工，依次向切眼方向布置钻场，共18个钻场；

在工作面瓦斯抽采设计CAD图纸和瓦斯抽采工程设计文档中获取工作面的长宽高，且长宽高分别为2500m、304m、8m；

在Excel中，整理数据如下表：

其中涉及坐标excel计算公式(以第一行数据为例)有：

开孔坐标A：Xa＝B3+C3+E3-D3；

终点坐标C：Xc＝F3+J3*COS(RADIANS(K3))*COS(RADIANS(I3-270))；

终点坐标C：Yc＝G3+J3*SIN(RADIANS(K3))；

终点坐标C：Zc＝H3+J3*COS(RADIANS(K3))*SIN(RADIANS(I3-270))；

其它数据为CAD图纸和瓦斯抽采工程设计文档中直接提取；

坐标转换后excel表续前表如下表：

坐标转换后excel计算公式(以第一行数据为例)有：

坐标转换后开孔A＇Xa＇＝P3/2-F3；

坐标转换后开孔A＇Ya＇＝G3-Q3/2；

坐标转换后开孔A＇Za＇＝O3/2-H3；

坐标转换后终点C＇Xc＇＝P3/2-L3；

坐标转换后终点C＇Xc＇＝M3-Q3/2；

坐标转换后终点C＇Xc＇＝O3/2-N3；

其它数据为CAD图纸和瓦斯抽采工程设计文档中直接提取。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，其特征在于，所述建模方法包括以下步骤：

S1：依据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档，确定工作面的形状、位置，并根据形状，分为一个或多个长方体，获取每个长方体的长度、宽度、高度；

S2：依据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档，整理出钻孔的设计表，包括钻孔编号、钻场间距、切眼方向基准距离、停采线、开孔高度、开孔深度、方位角、倾角；

S3：按煤矿工作面至切眼方向为X方向，再根据工作面瓦斯抽采设计图纸或瓦斯抽采工程设计文档参数，获取钻孔的起始点相对工作面的坐标点；

S4：依据起始坐标、方位角、倾角参数，计算相对工作面的终点坐标；

S5：对坐标系转换，每条钻孔的起始坐标和终点坐标生成三位GIS的坐标；

S6：在建模工具上，生成钻孔设计轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，其特征在于：所述S1步骤中长方体的高度选取长方体单元最高高度。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，其特征在于：所述S2步骤中钻孔的开孔高度为距离巷道地板的Y轴方向。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿工作面建模和瓦斯抽采钻孔建模方法，其特征在于：所述S2步骤中钻孔的开孔深度为Z轴方向。

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