[发明专利]基于采动裂隙圆矩梯台带的瓦斯抽采方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿山安全工程技术(瓦斯抽采技术)领域，具体是基于采动裂隙圆矩梯台带的瓦斯抽采方法。适用于我国高瓦斯煤矿生产过程中瓦斯抽采钻孔参数的确定，大大提高了煤矿生产过程中瓦斯利用效率，降低了瓦斯事故发生的概率。

背景技术

煤层赋存于地下，其上部覆岩是一系列岩层的有序组合，而层状组合中有一层或几层较为坚硬的厚岩层对控制整个上覆岩体的变形与破坏起主要的作用，这种坚硬的岩层称为关键层(Key stratum)，且多数上覆岩层中的关键层不止一层。煤层开采后，上覆岩层在关键层未破断失稳前，将以Winkle弹性地基结构形式产生挠曲下沉变形。此时，关键层下部将产生不协调的连续变形离层和各种裂隙分布，而主要分布于煤层上部覆岩中的有两种裂隙，即竖向破断裂隙和离层裂隙。随着工作面的进一步推进，这两种裂隙也随之向上发展，当裂隙发育贯穿煤层基本定（第一亚关键层）及其之后的其他亚关键层时，煤层上部覆岩中便形成了含有极其丰富破断裂隙及离层裂隙的空间区域，为瓦斯储存与积聚的主要空间。

目前，我国煤矿生产中对瓦斯的防治方法以抽采为主。但在实施过程中对于瓦斯抽采钻孔参数的确定上仍然处于利用经验判断的水平上。

发明内容

如果能够采用某种方法计算出并优化瓦斯抽采钻孔参数，那将会在很大程度上提高我国瓦斯的利用率，降低瓦斯灾害发生的概率，具有很高的社会价值。本发明所涉及的基于采动裂隙圆矩梯台带的瓦斯抽采方法，就是主要是针对于这一课题提出的。本发明的目的是提供基于采动裂隙圆矩梯台带的瓦斯抽采方法，为瓦斯抽采钻孔参数的优化奠定了理论基础，使现场瓦斯抽采的效率大大提高。

本发明专利解决上述技术问题采用的技术解决方案是：基于采动裂隙圆矩梯台带的瓦斯抽采方法，当工作面推进到一定距离后，岩层层面离层裂隙和穿层破断裂隙相互贯通，在平行于煤层的平面上，进回风巷的上覆岩层裂隙区与切眼、工作面上覆岩层的裂隙区贯通，在一矩形框内存在有一定宽度的环状裂隙发育区域，在环形圈的中部是压实的裂隙，如工作面足够长，则可形成类似于经过圆倒角的矩形。在垂直于煤层的剖面上，覆岩岩层断裂位置由下而上依次内错，各岩层断裂位置的连线可近似为直线，且此直线与离层带在纵断面上的连线共线，在三维空间上则形成了采动裂隙发育的圆角矩形梯台带，简称采动裂隙圆矩梯台带。所述的方法包括以下步骤：

（1）通过现场对煤层参数的实际调研，运用相似理论进行推导，根据配比计算公式计算出每个岩层中所有材料的总质量及某种材料的质量，

计算每个岩层中所有材料的总质量G（kg），即

G=(lwhγ_m×10³)/g   （1）

式中：γ_m—模型材料的容重，此处γ_m=15.7kN/m³；

g—重力加速度，g=9.8N/kg；

l、w、h—模型长度、宽度、高度，m。

计每层中需要某种材料的质量m_i（kg），即

m_i=G×R_i   （2）

式中：R_i——某料在每层中的比例，由配比号计算确定。

使其能够满足实验要求的配比，用此搭建模型，开展物理相似模拟实验，通过实验得到内外椭抛面高度h₁、h₂；

（2）利用FLAC3D有限差分数值模拟软件结合现场实际参数进行数值计算，得采动裂隙圆矩梯台带的高度、切眼侧带宽、进风巷及回风巷附近带宽；

（3）对物理相似模拟及数值模拟的结果进行分析，并结合建立的采动裂隙圆矩梯台带模型，可确定瓦斯抽采钻孔的合理参数，实施采动过程中的瓦斯抽采。

所述的合理参数包括钻孔倾角、钻孔方位角、终孔位置、抽采负压、钻孔长度。