利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理系统及方法与流程

本发明属于地质工程领域，涉及利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理方法，具体是利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理系统及方法。

背景技术：

1、煤炭开采是一项复杂而庞大的工程，该项工程一般在专业上归于地质工程，煤炭开采直接关系到开采及周边区域居民人员的安全以及开采人员的生命与财产安全。煤炭开采前通常需要进行地下瓦斯抽采和地下裂缝注浆填充两步工作。

2、其中，煤矿瓦斯抽采是一项关键的安全措施，通过向煤层和瓦斯集聚区打钻孔，并将瓦斯抽到地面或排放到总回风流中，可以有效减少煤矿中的瓦斯含量和压力，避免瓦斯超限和积聚，预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故的发生，此外，地下裂缝注浆填充处理是一种重要的煤炭开采的防治措施，其原理是在地下裂缝中注入一定的浆液，通过硬化和粘结作用形成固体结构，从而加固和稳定地质结构。地下裂缝注浆填充一般会选择合适的注浆填充材料，通过钻孔等方式将浆液注入地下裂缝中，确保浆液充分填充地下裂缝并形成固体结构，这种处理方式可以有效减少地下裂缝的扩展和发展，防止煤层顶板或煤柱的失稳，保障煤矿生产的安全和稳定，此外地下裂缝分布不均，裂缝之间是否连通通过现有技术很难勘察准确，然而在实际中对裂缝中瓦斯抽采和注浆填充时，随着地下瓦斯不断被抽采以及地下裂缝被不断的注浆填充，地下裂缝中产生的负压值会越来越大，不将地下裂缝中产生的负压值纳入地下裂缝瓦斯抽采及注浆填充的施工考虑范畴会带来产生极大的能源浪费及影响地下裂缝瓦斯抽采及注浆填充的施工效率。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提出利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理系统及方法，该利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理系统及方法使通过瓦斯浓度传感器实时探测钻孔中的瓦斯浓度，进而对钻孔中的瓦斯抽排与钻孔中的注浆填充进行策略性的调整，使得瓦斯抽采管与注浆填充管二管合一管，降低了施工成本，降低能耗，利用天气时段系数判断地下裂缝的连通性，同时依据地面上的安全风险进行等级划分，进而使得地下开采有序进行有利于科学的指导施工，保证开采施工安全。

2、为实现上述目的，根据本发明的第一方面的实施例提出利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理系统及方法，利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理方法，包括以下步骤：

3、利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理方法，包括以下步骤：

4、将二合一管道放置在钻孔中，二合一管道用于进行钻孔中瓦斯抽排以及进行钻孔中注浆充填处理；

5、获取钻孔中瓦斯浓度值，温度数据，湿度数据；

6、获取每个钻孔中每时刻的气体时刻系数值其中表示第n钻孔第t时刻气体时刻系数值；

7、依据气体时刻系数获取任意两个钻孔同一时刻下气体时刻系数差值绝对值表示第m与第n钻孔在第t时刻下的气体时刻系数的差值绝对值；

8、依据气体时刻系数差值绝对值确定钻孔间的裂缝是否连通，具体判断逻辑如下：

9、设定气体时刻系数标准阈值w0；

10、若表示第n，m钻孔之间的裂缝连通，在进行注浆填充操作时，只需开启n,m钻孔中任意一个二合一管道进行注浆充填及瓦斯抽排；

11、若表示第n，m钻孔之间的裂缝不连通，进行注浆填充操作时，需要同时开启第n，m钻孔中的二合一管道进行注浆充填及瓦斯抽排。

12、进一步的，体时刻系数值获取步骤如下：采用的无量纲的处理方式计算每个钻孔中每时刻的气体时刻系数具体计算如下：

13、

14、上式中，a0表示温度系数，b0表示湿度系数，c0表示瓦斯浓度系数，d0表示加常数，表示第n钻孔第t时刻温度值，表示第n钻孔第t时刻钻孔湿度值，表示第n钻孔第t时刻钻孔瓦斯浓度值。

15、进一步的，气体时刻差值绝对值处理步骤如下：

16、将相同时刻下的不同钻孔的气体时刻系数作差获得钻孔气体时刻差值绝对值具体计算如下：

17、

18、进一步的，利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理方法还包括：将开采区进行网格化处理，其中每个网格中包含有若干钻孔；

19、统计每个网格中每个钻孔需要将瓦斯浓度值排到安全浓度值以下所需要的时间，按照进行表示，其中，表示第b格网第u钻孔中瓦斯浓度被采集到标准安全浓度所需要的时间；

20、遍历中的每个值与tb比对，其中tb表示将b网格中n个钻孔中瓦斯浓度降低到安全阈值的平均时间；

21、若，网格中所有钻孔瓦斯抽采时间小于等于tb，则该网格为无地质风险区；

22、若，网格中任意一个钻孔中瓦斯抽采时间大于tb，则该网格为第一地质风险区。

23、进一步的，依据有无危害因素对开采区域地表设定地表危险区与地表正常区；其中，危害因素为对地表居民或者地下开采带来直接危害的因素。具体判断逻辑如下：

24、若网格中存在危害因素，则开采区域地表设定为地表危险区；

25、若网格中不存在危害因素，则开采区域地表设定为地表正常区。

26、进一步的，利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理方法，包括以下步骤：根据无地质风险区、第一地质风险区、地表危险区、地表正常区划综合分析得出第一优先开挖区、第二优先开挖区、第三优先开挖区；具体处理逻辑如下：

27、网格区域同时为无地质风险区和地表正常区为a情形；网格区域同时为；网格区域同时为无地质风险区和地表危险区为b情形；网格区域同时为第一地质风险区和地表正常区为c情形；网格区域同时为第一地质风险区和地表危险区为d情形；

28、对于具有a情形的网格区域设置为第一优先开挖区域；对于具有b情形和c情形的网格区域设置为第二优先开挖区域；对于具有d情形的网格区域设置为第三开挖区域。

29、一种利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理系统，包括:

30、二合一管，用于放置在钻孔中进行瓦斯抽排以及对钻孔中进行注浆充填处理；

31、第一检测模块，获取钻孔中瓦斯浓度值，温度数据，湿度数据；

32、第一处理模块，获取每个钻孔中每时刻的气体时刻系数值其中表示第n钻孔第t时刻气体时刻系数值；

33、第一处理模块，依据气体时刻系数获取任意两个钻孔同一时刻下气体时刻系数差值绝对值表示第m与第n钻孔在第t时刻下的气体时刻系数的差值绝对值；

34、第一分析模块，依据气体时刻系数差值绝对值确定钻孔间的裂缝是否连通，具体判断逻辑如下：

35、设定气体时刻系数标准阈值w0；

36、若表示第n，m钻孔之间的裂缝连通，在进行注浆填充操作时，只需开启n,m钻孔中任意一个二合一管道进行注浆充填及瓦斯抽排；

37、若表示第n，m钻孔之间的裂缝不连通，进行注浆填充操作时，需要同时开启m以及n钻孔中二合一管道进行注浆充填及瓦斯抽排；

38、其中，各个模块之间通过电气和/或无线网络方式连接。。

39、进一步的，气体时刻系数值获取步骤如下：

40、采用的无量纲的处理方式计算每个钻孔中每时刻的气体时刻系数具体计算如下：

41、

42、上式中，a0表示温度系数，b0表示湿度系数，c0表示瓦斯浓度系数，d0表示加常数，表示第n钻孔第t时刻气体时刻系数值，表示第n钻孔第t时刻温度值，表示第n钻孔第t时刻钻孔湿度值，表示第n钻孔第t时刻钻孔瓦斯浓度值；

43、气体时刻差值绝对值处理步骤如下：

44、将相同时刻下的不同钻孔的气体时刻系数作差获得钻孔气体时刻差值绝对值具体计算如下：

45、

46、其中，表示第m钻孔中第t时刻气体时刻系数值，表示第n钻孔第t时刻气体时刻系数值。

47、进一步的，利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理系统，还包括：第二处理模块，将开采区进行网格化处理，其中每个网格中包含有若干钻孔；

48、第二处理模块，统计每个网格中每个钻孔需要将瓦斯浓度值排到安全浓度值以下所需要的时间，按照进行表示，其中，表示第b格网第u钻孔中瓦斯浓度被采集到标准安全浓度所需要的时间；

49、第二分析模块，遍历中的每个值与tb比对，其中tb表示将b网格中n个钻孔中瓦斯浓度降低到安全阈值的平均时间；

50、若，网格中所有钻孔瓦斯抽采时间小于等于tb，则该网格为无地质风险区；

51、若，网格中任意一个钻孔中瓦斯抽采时间大于tb，则该网格为第一地质风险区。

52、进一步的，利用地面瓦斯抽采管实现注浆充填的管理系统，还包括：第三分析模块，依据有无危害因素对开采区域地表设定地表危险区与地表正常区；危害因素为对地表居民或者地下开采带来直接危害的因素。

53、具体判断逻辑如下：

54、若网格中存在危害因素，则开采区域地表设定为地表危险区；

55、若网格中不存在危害因素，则开采区域地表设定为地表正常区；

56、根据无地质风险区、第一地质风险区、地表危险区、地表正常区划综合分析得出第一优先开挖区、第二优先开挖区、第三优先开挖区；具体处理逻辑如下：

57、网格区域同时为无地质风险区和地表正常区为a情形；网格区域同时为；网格区域同时为无地质风险区和地表危险区为b情形；网格区域同时为第一地质风险区和地表正常区为c情形；网格区域同时为第一地质风险区和地表危险区为d情形；

58、对于具有a情形的网格区域设置为第一优先开挖区域；对于具有b情形和c情形的网格区域设置为第二优先开挖区域；对于具有d情形的网格区域设置为第三开挖区域。

59、与现有技术相比，本发明至少有以下有益效果是：

60、1、通过计算钻孔中天气时段系数，获取任意两个钻孔之间同一时段下气体时刻差值绝对值值，通过设定允许误差，来判断裂缝之间的连通性，在判断裂缝之间的连通性后，通过控制模块控制钻孔中的二合一管道进行启停操作，避免了因为双向或者多向同时进行瓦斯抽排以及注浆填充带来裂缝压力过大，不利于裂缝中瓦斯的抽排及注浆填充，进一步的降低能耗。

61、2、通过在二合一管道上设置瓦斯浓度检测模型，通过判定钻孔中实时的瓦斯抽采浓度，通过设定第一允许安全浓度值k0以及第二安全允许浓度值kmax，当钻孔中的瓦斯浓度低于第一允许安全浓度值k0时候，利用抽采管进行注浆填充工作，随着地下裂缝逐步被浆液填充后，裂缝中的瓦斯气体被不断的挤压至钻孔中，当钻孔中的瓦斯浓度值达到kmax时，控制模块控制抽采管停止注浆填充，同时，控制模块控制瓦斯二合一管道进行瓦斯抽采工作，随着瓦斯抽采与注浆填充循环往复，直至将瓦斯抽采与注浆填充工作直至结束，这样通过将瓦斯抽采管与注浆填充管二管合一管，减少了施工程序，降低了工作量，同时降低能耗。

62、3、将地面网格化处理，依据将每个网格中钻孔的瓦斯浓度抽排至标准浓度时所需要的时间与该网格中所有瓦斯降低到允许瓦斯浓度值得平均时间对比，将网格划分为第一地质风险区与无地质风险区，同时，按照依据网格地面的风险因子将地面按照网格划分为地表风险区域地表正常区，通过叠加的方式对网格分为第一优先开挖区域、第二优先开挖区域，第三优先开挖区域，这样可以较为科学的指导地下开挖施工顺序，规避了一定的风险。