一种急倾斜煤层柔性掩护支架机械化开采系统

本发明属于开采，尤其涉及一种急倾斜煤层柔性掩护支架机械化开采系统。

背景技术：

1、急倾斜煤层是指地下开采时煤层倾角大于45°的煤层。急倾斜煤层采区高度一般为80～200m.双翼采区走向长度一般为400～600m。采区沿倾斜一般也分为区段，但区段斜长一般较小，取决于选用的采煤方法小的仅15～20m，大的则达50～60m。区段之间的煤柱宽度一般为3～5m。一般说来，急倾斜煤层都经历过强烈的地质变动。地质构造较复杂，赋存不稳定，劳动条件差，技术经济指标较低。采煤工作面采下的煤块能自动下滑，从而简化了工作面的装运工作，但下滑的煤块和矸石容易冲倒支架,砸伤人员，给生产带来不安全因素；然而，现有急倾斜煤层柔性掩护支架机械化开采系统不能准确确定目标急倾斜煤层的急倾斜煤层气含量；同时，现有排采制度的监控方法考虑因素较单一，无法合理判断排水速度，难以保证生产井及井底设备安全。

2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

3、(1)现有急倾斜煤层柔性掩护支架机械化开采系统不能准确确定目标急倾斜煤层的急倾斜煤层气含量。

4、(2)现有排采制度的监控方法考虑因素较单一，无法合理判断排水速度，难以保证生产井及井底设备安全。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种急倾斜煤层柔性掩护支架机械化开采系统。

2、本发明是这样实现的，一种急倾斜煤层柔性掩护支架机械化开采系统包括：

3、煤层探测模块，与主控模块连接，用于根据实际煤层情况对急倾斜煤层进行实时探测；

4、视频监控模块，与主控模块连接，用于在急倾斜煤层开采时进行视频监控，及时发现问题，解决问题；

5、主控模块，与煤层探测模块、视频监控模块、位置确定模块、煤层气含量确定模块、开采模块、安全监控模块、显示模块连接，用于调节控制各个模块，保障各个模块的正常工作；

6、位置确定模块，与主控模块连接，用于根据煤层探测的结果进一步确定急倾斜煤层开采位置；

7、煤层气含量确定模块，与主控模块连接，用于根据目标急倾斜煤层的多个位置测得相应位置处的点含气量sdg和急倾斜煤层的电阻率，最终确定急倾斜煤层气含量；

8、开采模块，与主控模块连接，用于对目标急倾斜煤层开采时根据实际情况进行实时调控；

9、安全监控模块，与主控模块连接，用于根据获取的急倾斜煤层气井的井底煤粉浓度数据、携粉能力数据，对急倾斜煤层安全进行监控，确定井底煤粉危险等级启动对应的处理程序；

10、显示模块，与主控模块连接，用于根据各模块的调整实时显示探测信息、监控视频、开采位置、煤层气含量情况，并由主控模块来调节控制。

11、进一步，所述煤层气含量确定模块确定方法如下：

12、(1)在所述目标急倾斜煤层的多个位置测得相应位置处的点含气量sdg和急倾斜煤层的电阻率rcoal，所述盖层的电阻率r，所述电阻率rcoal与电阻率r的比值为所述目标急倾斜煤层的特征参数p，

13、(2)根据所述特征参数p与所述点含气量sdg之间的关系构建所述目标急倾斜煤层的急倾斜煤层气含量sg的计算式，

14、(3)由所述步骤二中的急倾斜煤层气含量sg的计算式来确定所述目标急倾斜煤层的不同位置的急倾斜煤层气的含量；

15、所述盖层包括灰岩层和泥岩层，所述灰岩层的电阻率rfk，所述泥岩层的电阻率rsh，所述特征参数p包括第一特征参数p1和第二特征参数p2，

16、其中，p1＝rcoal/rfk，p2＝rcoal/rsh，

17、由所述第一特征参数p1和所述点含气量sdg得到第一含气分量sgp1的计算式，由所述第二特征参数p2和所述点含气量sdg得到第二含气分量sgp2的计算式，

18、所述急倾斜煤层气含量sg是所述第一含气分量sgp1和所述第二含气分量sgp2的函数。

19、进一步，所述电阻率rfk、电阻率rsh以及电阻率rcoal和点含气量sdg均通过测井资料获得。

20、进一步，所述第一含气分量sgp1与所述第一特征参数p1是线性递增关系，

21、所述第二含气分量sgp2与所述第二特征参数p2是线性递增关系。

22、进一步，所述第一含气分量sgp1由下式表示：

23、sgp1＝a1×p1+b1，

24、所述第二含气分量sgp2由下式表示：

25、sgp2＝a2×p2+b2，

26、其中，对于具体的目标急倾斜煤层而言，所述参数a1、b1、a2和b2为固定值，并且所述参数a1和a2大于零；

27、所述第一含气分量sgp1的计算式和所述第二含气分量sgp2的计算式通过最小二乘法拟合而得到；

28、所述目标急倾斜煤层的急倾斜煤层气含量sg是所述第一含气分量sgp1和所述第二含气分量sgp2的加权和；

29、所述目标急倾斜煤层的急倾斜煤层气含量sg由下式表示：

30、sg＝c1×sgp1+c2×sgp2，

31、其中，所述c1和c2分别为所述第一含气分量sgp1和所述第二含气分量sgp2的权系数，并且c1+c2＝1；

32、所述c1和所述c2的数值均为1/2。

33、进一步，所述安全监控模块监控方法如下：

34、1)获取急倾斜煤层气井的井底煤粉浓度数据；获取携粉能力数据；根据所述井底煤粉浓度数据和所述携粉能力数据，确定井底煤粉危险等级；

35、所述携粉能力数据即井内排出水所能携带的最大煤粉浓度，煤粉浓度预警仪根据产水量数据及油管内径值计算出液体流速，液体流速为产水量与油管横截面的比值，通过流体力学原理由液体流速预算出所述携粉能力数据。

36、进一步，所述获取携粉能力数据，具体为：

37、获取产水量数据；

38、根据产水量数据计算出携粉能力数据。

39、进一步，所述根据所述井底煤粉浓度数据和所述携粉能力数据，确定井底煤粉危险等级，具体为：

40、若所述井底煤粉浓度数据大于所述携粉能力数据，则井底煤粉危险等级为危险级别；

41、若所述井底煤粉浓度数据小于所述携粉能力数据，则井底煤粉危险等级为安全级别。

42、进一步，所述根据所述井底煤粉浓度数据和所述携粉能力数据，确定井底煤粉危险等级之后还包括：根据所述井底煤粉危险等级，启动对应的处理程序。

43、进一步，所述根据所述井底煤粉危险等级启动对应的处理程序，具体为：

44、将所述井底煤粉危险等级划分为三级，即：第一等级、第二等级和第三等级；所述第一等级，表示井底煤粉浓度低于安全范围；所述第二等级，表示井底煤粉浓度高，可能存在危险；所述第三等级，表示井底煤粉浓度过高，危险程度高；

45、若所述危险等级为第一等级，则控制急倾斜煤层气井处于正常生产状态；

46、若所述危险等级为第二等级，则将急倾斜煤层气井的排液速度增加至原速度的1.5-5倍；

47、若所述危险等级为第三等级，则启动辅助注水系统向急倾斜煤层气井的井底注水，注水量为日产水量的1-2倍，且将急倾斜煤层气井的排液速度增加至原速度的1.5-5倍；

48、所述煤粉浓度预警仪的输入端还与井底压力计的输出端及流量计的输出端相连。

49、结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

50、第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：

51、本发明通过煤层气含量确定模块将急倾斜煤层的电阻率rcoal与盖层电阻率r的比值作为目标急倾斜煤层的特征参数p，并将该特征参数p作为构件急倾斜煤层气含量sg的计算式的一个因素。这样就能够提高由急倾斜煤层气含量sg的计算式得到的结果的精度；同时，通过安全监控模块对井底煤粉浓度的实时监控及时掌握井下煤粉状态，根据获取的急倾斜煤层气井井底煤粉浓度数据和携粉能力数据确定井底煤粉危险等级，根据所述危险等级启动对应的井底煤粉危险处理程序，合理调控排水速度，从而能够更合理的确定排采制度，避免了由于排水速度不合理导致的对生产井及井底设备造成的危害，从而提升了急倾斜煤层气井的产能。

52、第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：

53、本发明通过煤层气含量确定模块将急倾斜煤层的电阻率rcoal与盖层电阻率r的比值作为目标急倾斜煤层的特征参数p，并将该特征参数p作为构件急倾斜煤层气含量sg的计算式的一个因素。这样就能够提高由急倾斜煤层气含量sg的计算式得到的结果的精度；同时，通过安全监控模块对井底煤粉浓度的实时监控及时掌握井下煤粉状态，根据获取的急倾斜煤层气井井底煤粉浓度数据和携粉能力数据确定井底煤粉危险等级，根据所述危险等级启动对应的井底煤粉危险处理程序，合理调控排水速度，从而能够更合理的确定排采制度，避免了由于排水速度不合理导致的对生产井及井底设备造成的危害，从而提升了急倾斜煤层气井的产能。