[发明专利]一种多分支水平井瓦斯抽采方案的评价方法

摘要

本发明提供一种多分支水平井瓦斯抽采方案的评价方法，涉及矿井瓦斯治理及利用技术领域。一种多分支水平井瓦斯抽采方案的评价方法，基于模糊结构元理论对模糊数进行表达和运算，构建多分支水平井的模糊产能计算公式；使用熵权法与判断矩阵法对评价指标组合赋权，将专家多年累计的经验与客观数据联系起来，充分考虑各评价指标对评价结果的综合影响及评价指标的模糊性问题，使多分支水平井瓦斯抽采方案的评价结果更加真实可靠。本发明提供的多分支水平井瓦斯抽采方案的评价方法，应用模糊数学的方法，摆脱了对数据非此即彼的精确性要求，能够选择出最适宜工作面瓦斯治理的抽采方案。

主权项

一种多分支水平井瓦斯抽采方案的评价方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：构建多分支水平井瓦斯抽采方案的评价指标体系；多分支水平井瓦斯抽采方案的评价指标包括：煤层瓦斯治理效果、瓦斯抽采时间、钻井产量、钻井施工难度、环境影响及工程费用；步骤2：计算多分支水平井瓦斯抽采待评价方案的模糊产能：通过查阅煤矿资料或者通过测量方法获得目标煤层瓦斯抽采参数和煤岩参数，包括恒压边界处煤层瓦斯压力煤层水平方向渗透率煤层垂直方向渗透率煤层渗透率比例系数瓦斯动力粘性系数煤层厚度和钻井到煤层顶板的距离以上各参数均为三角模糊数，同时还包括标态温度T、煤层温度Tsc、煤层中气体压缩因子Z和标态气体压缩因子Zsc；根据目标煤层瓦斯抽采参数、煤岩参数及瓦斯抽采待评价方案的钻井参数，得到多分支水平井瓦斯抽采方案的模糊产能模糊产能的计算公式如下式所示：Q~sc=774.6TscZscK~hh~(P~e-Pw)μ~TZ[ln4reLmain+h~β~Lmainlnh~β~/sin(πa~/h~)2πLbsinα+β~h~Lmain+nLblnh~2πrw]]]>其中，瓦斯抽采待评价方案的钻井参数包括井筒分支数目n、主井长度Lmain、分支井长度Lb、分支井和主井的夹角α、供给半径re、钻井半径rw和井底流压Pw；计算求得的多分支水平井瓦斯抽采待评价方案的模糊产能中包含模糊三角结构元E，公式中的模糊三角结构元E的取值为‑1、0和1，得到模糊产能的下确界、核和上确界，将模糊产能简化为三角模糊数；步骤3：构建多分支水平井瓦斯抽采待评价方案的模糊评价指标值矩阵，具体方法为：假设多分支水平井瓦斯抽采有n个待评价方案，以各待评价方案的评价指标体系对瓦斯抽采方案进行评价，得到多分支水平井瓦斯抽采方案的模糊评价指标值矩阵，表示为：X~=x~11x~12...x~1nx~21x~22...x~2nx~31x~32...x~3nx~41x~42...x~4nx~51x~52...x~5nx~61x~62...x~6n]]>其中，为第j个瓦斯抽采待评价方案的第i个评价指标的模糊评价指标值，i＝1、…、6，j＝1、…、n，该模糊评价指标值为三角模糊数；步骤4：将多分支水平井瓦斯抽采待评价方案的模糊评价指标值矩阵根据归一化公式进行归一化处理，具体方法为：将瓦斯抽采待评价指标值矩阵中的模糊评价指标值表示为(aij,bij,cij)的形式，其中，aij、bij和cij分别为三角模糊数的下确界、核和上确界，通过归一化公式得到归一化后的模糊评价指标值矩阵，表示为：Y~=y~11y~12...y~1ny~21y~22...y~2ny~31y~32...y~3ny~41y~42...y~4ny~51y~52...y~5ny~61y~62...y~6n]]>其中，为归一化后的第j个瓦斯抽采待评价方案的第i个评价指标的模糊评价指标值；步骤5：采用判断矩阵法对多分支水平井瓦斯抽采方案的各评价指标主观赋权，得到主观权重比矩阵，并对其进行矩阵相容性检验，最终得到各评价指标的主观权重向量w′＝(w′1,w′2,…,w′6)；步骤6：将由步骤4所得的归一化后的模糊评价指标值矩阵中的每个模糊标准评价指标值进一步做标准化处理，得到标准模糊评价指标值矩阵然后采用熵权法对多分支水平井瓦斯抽采各待评价方案的评价指标客观赋权，得到各评价指标的客观权重向量步骤7：将评价指标的主观权重向量w′和客观权重向量进行线性组合，得到评价指标的组合权重向量第i个评价指标的组合权重的计算公式如下式所示：w~i=θwi′+(1-θ)w~i′′]]>式中，θ为主观权重占组合权重的比例；步骤8：计算多分支水平井瓦斯抽采各待评价方案的综合评价值向量，并对各待评价方案的综合评价值进行排序，得到最适宜工作面瓦斯治理的多分支井瓦斯抽采方案，具体方法为：步骤8.1：将标准模糊指标值矩阵与各评价指标的组合权重向量相乘，得到各方案的综合评价值向量，具体计算如下式所示：P~=w~Z~=[p~1,p~2,...,p~n]]]>其中，为第j个待评价方案的综合评价值；步骤8.2：对瓦斯抽采各待评价方案的综合评价值两两进行比较，得出最优的瓦斯抽采方案；瓦斯抽采各待评价方案的综合评价值均为三角模糊数，三角模糊数比较大小采用如下公式进行比较：d(p~j,p~j′)=∫-11[pj(x)-pj′(x)]dx]]>式中，为第j个瓦斯抽采待评价方案的综合评价值，为第j′个瓦斯抽采待评价方案的综合评价值，j′＝1、…、n，j≠j′，pj(x)和pj′(x)分别为和所对应的在[‑1,1]区间内的同序单调函数；若则称拟小于若则称拟大于若则称拟等于根据上式对瓦斯抽采各评价方案的综合评价值进行基于模糊结构元的模糊数排序，越大所对应的多分支井瓦斯抽采方案越适合工作面进行瓦斯治理。