基于瓦斯抽采空白区识别的补充钻孔轨迹计算方法和系统与流程

本发明一般涉及煤矿勘探，具体涉及基于瓦斯抽采空白区识别的补充钻孔轨迹计算方法和系统。

背景技术：

1、煤层中的瓦斯是指在煤层中存在的天然气，主要成分为甲烷，也包括少量的乙烷、丙烷、氮气、二氧化碳等气体。这些气体是在煤层形成过程中由于有机质分解和压力作用而产生的。在实际的煤矿开采过程中，需要先将煤层中的瓦斯抽取出来，进而避免开采过程中产生瓦斯突出。

2、现有技术中，抽取煤层中瓦斯的方式为：在煤层所处的区域内，沿一个截面均匀地标记多个孔位，并在每个孔位处进行钻孔抽采瓦斯。由于一个钻孔抽采瓦斯的抽采范围有限，因此需要多个钻孔之间的抽采范围相互重叠，来保证整个煤层都被钻孔的抽采范围覆盖。

3、但是由于钻孔过程中多种复杂的因素影响，钻孔的轨迹通常会随着钻孔深度的增加，与预设轨迹之间产生越来越大的偏移；这就导致煤层中可能存在瓦斯抽采空白区。若不补充钻孔对抽采空白区内的瓦斯进行补采，则依旧存在瓦斯突出的风险。而如何计算得到抽采空白区补充钻孔的钻孔轨迹，则成为了亟需解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供基于瓦斯抽采空白区识别的补充钻孔轨迹计算方法和系统。

2、一方面，本发明提供基于瓦斯抽采空白区识别的补充钻孔轨迹计算方法，包括：

3、获取煤层的三维地图；所述三维地图中包含初次钻孔抽采瓦斯过程中，多个钻孔的实际钻孔轨迹；

4、以第一设定间隔，在所述三维地图中沿第一方向截取多个垂直于所述第一方向的第一煤层断面；每个所述第一煤层断面均具有不同的钻孔深度；每个所述第一煤层断面内均包括所有实际钻孔轨迹在本所述第一煤层断面的投影点坐标；所述第一方向平行于预设钻孔轨迹的方向；

5、获取钻孔的抽采半径；

6、根据所述抽采半径和所有所述投影点坐标，计算抽采空白区在所有所述第一煤层断面中的范围，得到每个所述第一煤层断面中的空白区范围；所述空白区范围包括多个子空白区；

7、计算多个所述子空白区的中心点在所属所述第一煤层断面中的坐标，得到多个中心坐标；

8、获取多个中心坐标集合；每个中心坐标集合中包含多个第一煤层断面中，每个第一煤层断面中的一个子空白区的中心坐标，且相邻第一煤层断面的两子空白区的中心坐标之间距离小于第二设定间隔；

9、根据所述中心坐标集合中包含的多个所述中心坐标计算得到补充钻孔轨迹。

10、根据本发明提供的技术方案，获取所述三维地图的步骤包括：

11、绘制煤层的初始三维地图；所述初始三维地图包括煤层的空间分布；

12、获取每个钻孔的预设钻孔轨迹；

13、获取每个钻孔沿第二方向与所述预设钻孔轨迹的偏移量随钻孔深度变化曲线，得到多个第一偏移曲线；所述第二方向垂直于第一方向；

14、获取每个钻孔沿第三方向与所述预设钻孔轨迹的偏移量随钻孔深度变化曲线，得到多个第二偏移曲线；所述第三方向垂直于第一方向，且垂直于第二方向；

15、根据多个所述第一偏移曲线、多个所述第二偏移曲线和每个钻孔的预设钻孔轨迹，计算得到多个钻孔的实际钻孔轨迹；

16、将多个钻孔的实际钻孔轨迹绘制在所述初始三维地图中，得到所述三维地图。

17、根据本发明提供的技术方案，根据所述抽采半径和所有所述投影点坐标，计算抽采空白区在所有所述第一煤层断面中的范围，得到每个所述第一煤层断面中的空白区范围的步骤包括：

18、s31:获取第i个第一煤层断面内，所有实际钻孔轨迹的投影坐标，得到多个第i投影坐标；i初始值设置为1；

19、s32:根据多个所述第i投影坐标和所述抽采半径，计算到每个所述第i投影坐标之间距离均大于所述抽采半径的区域，得到第i空白区范围；

20、s33:判断：i等于n时，进行步骤s34；否则，令i值加1,并重复进行步骤s31-s33；n等于当前所述第一煤层断面的个数；

21、s34:将第1空白区范围至第n空白区范围，依次作为每个所述第一煤层断面中的空白区范围，所述空白区范围包括多个子空白区。

22、根据本发明提供的技术方案，进行步骤s31前，还包括：

23、获取起始钻孔深度；所述起始钻孔深度表示实际钻孔轨迹与预设钻孔轨迹之间沿垂直于第一方向的距离等于第三设定值处的钻孔深度；

24、将钻孔深度大于所述起始钻孔深度的多个第一煤层断面，依次作为第1个第一煤层断面至第n个第一煤层断面。

25、根据本发明提供的技术方案，步骤s32具体包括：

26、在所述第i个第一煤层断面内以第四设定间隔均匀设置多个采样点，得到多个第i采样点；

27、计算第i个第一煤层断面内每个所述第i采样点到所有所述第i投影坐标的距离；

28、将到所有所述第i投影坐标的距离均大于所述抽采半径的第i采样点划分至空白区范围内，得到第i空白区范围。

29、根据本发明提供的技术方案，计算多个所述子空白区的中心点在所属所述第一煤层断面中的坐标，得到多个中心坐标的步骤包括：

30、获取第i空白区范围内所有第i采样点的坐标；

31、计算所有第i采样点之间的距离；

32、将距离等于所述第四设定间隔的第i采样点划分为同一子空白区内；

33、计算多个所述子空白区包含的所有第i采样点的坐标平均值，得到多个中心坐标。

34、根据本发明提供的技术方案，根据所述中心坐标集合中包含的多个所述中心坐标计算得到补充钻孔轨迹的步骤包括：

35、根据每组中包含的多个所述中心坐标，使用最小二乘法，对补充钻孔在所述三维地图中的轨迹进行拟合，得到每组对应的所述子空白区的补充钻孔轨迹。

36、根据本发明提供的技术方案，得到每组对应的所述子空白区的补充钻孔轨迹后，还包括：

37、获取待补偿的所述补充钻孔轨迹；

38、计算在最大钻孔深度处，沿垂直于第一方向，距离所述补充钻孔轨迹最短的多个实际钻孔轨迹，得到多个参考实际钻孔轨迹；

39、获取多个所述参考实际钻孔轨迹对应的多个所述第一偏移曲线中，在最大钻孔深度处的偏移量，得到多个第一偏移量；

40、获取多个所述参考实际钻孔轨迹对应的多个所述第二偏移曲线中，在最大钻孔深度处的偏移量，得到多个第二偏移量；

41、计算多个所述第一偏移量的均值，得到第一偏移均值；

42、计算多个所述第二偏移量的均值，得到第二偏移均值；

43、根据所述第一偏移均值和第二偏移均值，对所述补充钻孔轨迹进行反方向平移，得到偏移补充钻孔轨迹；

44、将偏移补充钻孔轨迹作为最终的补充钻孔轨迹。

45、根据本发明提供的技术方案，获取待补偿的所述补充钻孔轨迹的步骤包括：

46、s91:计算在最大钻孔深度处，沿垂直于第一方向，距离第j个补充钻孔轨迹最短的多个实际钻孔轨迹，得到多个第j实际钻孔轨迹；

47、s92:计算多个所述第j实际钻孔轨迹，在最大钻孔深度处的第j平均偏移量；

48、s93:判断：当所述第j平均偏移量大于第五设定值时，进行步骤s94-s95；否则，进行步骤s95；

49、s94:将第j个补充钻孔轨迹作为第j个待补偿的所述补充钻孔轨迹；

50、s95:判断：j等于所述补充钻孔轨迹的总数时，结束循环；否则，令j值加1，并重复步骤s91-s93。

51、另一方面，本发明提供基于瓦斯抽采空白区识别的补充钻孔轨迹计算系统，包括：

52、数据处理模块，所述数据处理模块用于进行：

53、获取煤层的三维地图；所述三维地图中包含初次钻孔抽采瓦斯过程中，多个钻孔的实际钻孔轨迹；

54、以第一设定间隔，在所述三维地图中沿第一方向截取多个垂直于所述第一方向的第一煤层断面；每个所述第一煤层断面均具有不同的钻孔深度；每个所述第一煤层断面内均包括所有实际钻孔轨迹在本所述第一煤层断面的投影点坐标；所述第一方向平行于预设钻孔轨迹的方向；

55、获取钻孔的抽采半径；

56、根据所述抽采半径和所有所述投影点坐标，计算抽采空白区在所有所述第一煤层断面中的范围，得到每个所述第一煤层断面中的空白区范围；所述空白区范围包括多个子空白区；

57、计算多个所述子空白区的中心点在所属所述第一煤层断面中的坐标，得到多个中心坐标；

58、获取多个中心坐标集合；每个中心坐标集合中包含多个第一煤层断面中，每个第一煤层断面中的一个子空白区的中心坐标，且相邻第一煤层断面的两子空白区的中心坐标之间距离小于第二设定间隔；

59、根据所述中心坐标集合中包含的多个所述中心坐标计算得到补充钻孔轨迹。

60、本发明的有益效果在于：

61、在对煤层进行初次钻孔抽采后，构建煤层的三维地图。在三维地图中截取多个煤层断面，根据抽采半径和实际钻孔轨迹在每个煤层断面的投影点坐标，计算得到每个煤层断面中的空白区范围，包括多个子空白区；进而计算子空白区中心点坐标。将沿预设钻孔轨迹的方向相互靠近的子空白区作为同一组，最终根据同一组子空白区的中心点坐标构建补充钻孔轨迹。这种方式能计算得到初次钻孔抽采瓦斯后，煤层内的抽采空白区，进而根据抽采空白区计算得到补充钻孔轨迹；方便施工人员根据补充钻孔轨迹对煤层进行补充钻孔。对抽采空白区进行额外钻孔补采的方式，有效减少了初次钻孔抽采瓦斯后煤层中瓦斯的残留，降低了煤矿开采过程中瓦斯突出的风险。同时，先计算煤层中空白区所处位置，再针对具体位置计算多个煤层断面处的中心坐标，进而绘制补偿钻孔轨迹，并进行补偿钻孔的方式，能够减少盲目打孔的次数，降低开采成本。