一种缓倾斜多煤层协同开采的智能优化布局系统及方法与流程

本发明涉及缓倾斜多煤层褐煤开采的巷道布局，更具体地说，本发明涉及一种缓倾斜多煤层协同开采的智能优化布局系统及方法。

背景技术：

1、在缓倾斜多煤层褐煤矿井的开采实践中，为服务于煤层群的长期开发，需布置一系列开拓巷道、准备巷道及回采巷道，这些巷道构成了矿井的骨干运输与通风系统，其设计通常需兼顾首采煤层的高效开采与为下部煤层预留工程条件。现有技术中，巷道布局与支护参数主要依据首采煤层的地质与开采技术条件进行设计，并基于经验对服务下部煤层时的加固需求进行预估，此种设计方法将巷道在整个服务期内所承受的采动影响，简化为主要考虑本煤层一次或有限次开采扰动的静态或准静态力学问题。

2、然而，在缓倾斜多煤层褐煤的协同开采过程中，同一巷道将不可避免地承受来自其穿过的及邻近的多个煤层、在不同时期进行的回采作业所产生的重复采动影响，这些影响在时间上具有累积性，在空间上具有方向异质性，导致巷道围岩的应力环境与破坏机制复杂演化，现有基于分层独立与静态功能假定的巷道设计方法，难以适应此种全生命周期内时空异质扰动的叠加作用，亦未系统考虑巷道在不同开采阶段可能承载的功能转换需求，致使巷道系统在后期服务中常出现非预期的大变形、失稳及功能失效，严重制约了多煤层资源安全、高效与协同开采的整体效能。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供一种缓倾斜多煤层协同开采的智能优化布局系统及方法以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种缓倾斜多煤层协同开采的智能优化布局方法，包括如下步骤：

4、s1、获取巷道系统的初始空间位置与支护参数、巷道系统的预计服务功能信息以及各煤层的开采规划信息；

5、s2、基于开采规划信息，分析巷道系统在全服务周期内将受其穿过的及邻近的多个煤层回采作业影响的采动扰动来源煤层信息；

6、s3、根据采动扰动来源煤层信息及开采规划信息，评估来自不同煤层的采动扰动在巷道系统的围岩中因作用时间不同与作用方向不同而产生的时空叠加效应信息；

7、s4、结合时空叠加效应信息与巷道系统的预计服务功能信息，对巷道系统的初始空间位置与支护参数进行优化，得到优化后的巷道系统布置参数；

8、s5、基于优化后的巷道系统布置参数，生成缓倾斜多煤层协同开采的整体布局方案。

9、进一步地，获取巷道系统的初始空间位置与支护参数、巷道系统的预计服务功能信息以及各煤层的开采规划信息，包括：

10、基于矿井开拓设计，确定巷道系统的初始空间位置与支护参数；

11、基于开采计划，生成巷道系统在全服务周期内对应于不同开采阶段的预计服务功能信息；

12、基于矿井长期规划，提取各煤层的开采层位、开采顺序与时间接续的开采规划信息。

13、进一步地，基于开采规划信息，分析巷道系统在全服务周期内将受其穿过的及邻近的多个煤层回采作业影响的采动扰动来源煤层信息，包括：

14、根据巷道系统的初始空间位置与各煤层的开采层位，判别与巷道系统存在空间交集或邻近关系的关联煤层；

15、结合关联煤层的开采顺序与时间接续，确定巷道系统在全服务周期内将经历的关联煤层回采作业；

16、基于将经历的关联煤层回采作业，生成巷道系统对应的采动扰动来源煤层信息。

17、进一步地，根据采动扰动来源煤层信息及开采规划信息，评估来自不同煤层的采动扰动在巷道系统的围岩中因作用时间不同与作用方向不同而产生的时空叠加效应信息，包括：

18、依据采动扰动来源煤层信息中的关联煤层开采顺序与时间接续，确定各关联煤层回采作业产生的采动扰动作用于巷道系统的时间序列；

19、依据巷道系统的初始空间位置与各关联煤层的开采层位，分析各关联煤层回采作业产生的采动扰动作用于巷道系统围岩的空间方向特征；

20、综合时间序列与空间方向特征，评估多期次、多方向的采动扰动在巷道系统围岩中叠加形成的时空叠加效应信息。

21、进一步地，评估多期次、多方向的采动扰动在巷道系统围岩中叠加形成的时空叠加效应信息，包括：分析在先采动造成的围岩损伤与后续采动引发的应力重分布之间的相互作用，并基于相互作用的结果生成时空叠加效应信息。

22、进一步地，结合时空叠加效应信息与巷道系统的预计服务功能信息，对巷道系统的初始空间位置与支护参数进行优化，得到优化后的巷道系统布置参数，包括：

23、基于时空叠加效应信息与巷道系统的预计服务功能信息，识别巷道系统在全服务周期内需满足的动态稳定性要求与功能承载要求；

24、依据动态稳定性要求与功能承载要求，生成针对巷道系统的初始空间位置与支护参数的调整策略；

25、应用调整策略对巷道系统的初始空间位置与支护参数进行迭代修正，得到满足动态稳定性要求与功能承载要求的优化后的巷道系统布置参数。

26、进一步地，应用调整策略对巷道系统的初始空间位置与支护参数进行迭代修正，包括：建立以动态稳定性要求与功能承载要求为约束条件、以巷道系统布置参数为优化对象的参数调整模型，通过求解参数调整模型获得优化后的巷道系统布置参数。

27、进一步地，基于优化后的巷道系统布置参数，生成缓倾斜多煤层协同开采的整体布局方案，包括：

28、基于优化后的巷道系统布置参数，配置巷道系统的最终空间位置与支护参数；

29、结合各煤层的开采规划信息，确定与巷道系统的最终空间位置与支护参数相协调的各煤层开采时序；

30、集成巷道系统的最终空间位置与支护参数以及各煤层开采时序，生成缓倾斜多煤层协同开采的整体布局方案。

31、进一步地，生成缓倾斜多煤层协同开采的整体布局方案，包括：将巷道系统的最终空间位置与支护参数及各煤层开采时序整合为包含空间关系与时间关系的三维可视化开采规划图，缓倾斜多煤层协同开采的整体布局方案基于三维可视化开采规划图生成。

32、另一方面，本发明提供一种缓倾斜多煤层协同开采的智能优化布局系统，包括以下模块：

33、数据采集模块，用于获取巷道系统的初始空间位置与支护参数、巷道系统的预计服务功能信息以及各煤层的开采规划信息；

34、扰动分析模块，用于基于开采规划信息，分析巷道系统在全服务周期内将受其穿过的及邻近的多个煤层回采作业影响的采动扰动来源煤层信息；

35、叠加评估模块，用于根据采动扰动来源煤层信息及开采规划信息，评估来自不同煤层的采动扰动在巷道系统的围岩中因作用时间不同与作用方向不同而产生的时空叠加效应信息；

36、参数优化模块，用于结合时空叠加效应信息与巷道系统的预计服务功能信息，对巷道系统的初始空间位置与支护参数进行优化，得到优化后的巷道系统布置参数；

37、布局生成模块，用于基于优化后的巷道系统布置参数，生成缓倾斜多煤层协同开采的整体布局方案。

38、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

39、1.通过系统性地获取巷道全服务周期内的多源信息并评估其时空叠加效应，实现了对缓倾斜多煤层开采条件下巷道布局的前瞻性协同优化，将巷道设计从传统的基于单层静态条件的经验模式，转变为基于全生命周期动态分析的智能决策模式，通过精准识别采动扰动来源并定量评估多期次、多方向扰动在围岩中产生的叠加效应，能够预先揭示巷道在未来复杂受力环境下的薄弱环节与风险演变路径，通过将时空叠加效应信息与巷道动态功能需求结合进行参数优化，使得最终确定的巷道空间位置与支护参数具备内在的适应性与鲁棒性，能够主动抵御或适应多煤层重复采动带来的累积损伤与异质应力变化，从而预防巷道在服务后期出现非预期的失稳与功能失效，保障了巷道系统在全服务周期内的长期稳定与可靠运行。

40、2.通过生成与优化后巷道系统紧密耦合的整体开采布局方案，实现了巷道工程与开采活动在时空维度上的深度协同，提升了多煤层资源开采的系统性与整体经济性，优化后的布局不仅确保了单一巷道的安全，更通过协调各煤层的开采时序，使整个开采系统形成安全、高效、连续的接续关系，有效避免了因巷道提前损坏或功能中断导致的停产、重复投入与资源损失，使矿井能够在数十年的服务期内平稳、高效地开采所有煤层，尤其对于围岩软弱的缓倾斜褐煤煤层群，显著增强了开采系统应对复杂地质力学环境的综合能力，在提高资源回收率、降低长期维护成本、保障生产安全等方面展现出突出的技术优势，为同类条件下的矿产资源绿色、高效开发提供了可靠的技术支撑。