煤与瓦斯共采非线性约束多变量时空协同优化模型

秦冰¹，郝建峰²，梁冰¹，孙维吉¹，秦新伟³，李存洲⁴

1. 辽宁工程技术大学力学与工程学院2. 辽宁工程技术大学矿业学院3. 四川电力设计咨询有限责任公司4. 国家能源集团神东煤炭集团有限责任公司

摘 要：实现煤与瓦斯共采是深部煤炭资源开采的必然途径。我国煤与瓦斯共采技术的工程应用已有雏形,但目前为止还未形成有效性、科学性、针对性的煤与瓦斯共采技术相配套的煤与瓦斯共采基础理论体系。由于煤与瓦斯共采的时效性、协同性差,瓦斯抽采效率低,生产接替关系紧张,导致还没有达到抽采效果就不得不开始采煤,给开采造成较大的安全隐患,瓦斯抽采量、煤炭开采量、抽采时间、采煤与抽采瓦斯如何衔接等目前还不清楚。煤与瓦斯共采中,为了在追求两种资源的总体收益最大化同时,满足煤炭、瓦斯资源采出率最大化,寻找最优的煤炭采出量和瓦斯抽采量,使得煤炭开采系统和瓦斯抽采系统由无序变为有序的协同。采用协同学、系统优化理论建立煤炭开采与瓦斯抽采协同作用模型,在满足煤炭开采安全规程和瓦斯抽采达标等规范要求前提下,以煤与瓦斯共采中煤炭开采、采前瓦斯预抽、采中瓦斯抽采、采空区瓦斯抽采等各个阶段关键的时间点、空间点的煤炭回采与瓦斯抽采两子系统间相互促进和相互制约关系为约束条件,选取煤炭资源采出率、瓦斯资源采收率以及经济效益最大化为煤与瓦斯共采优化目标函数,其中考虑开采成本、销售价格、安全因素和宏观政策等因素,以煤炭采出量x_c和采前瓦斯预抽量x_g1、采中瓦斯抽采量x_g2、采空区瓦斯抽采量x_g3、风排瓦斯量Q_fp、采空区回采时间t_chc、工作面瓦斯预抽时间t_y、平均日产量A为优化变量,建立煤与瓦斯共采约束非线性多变量时空协同优化模型,并编制共采优化求解程序。优化了沙曲矿24207共采工作面,提高了资源采收率和效益,验证该模型的有效性,实现有理论依据的煤与瓦斯时空协同采。

关键词：煤与瓦斯共采;时空协同;非线性约束;多变量;优化模型;