[发明专利]基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法

说明书

技术领域

本发明属于瓦斯抽采及防治煤与瓦斯突出方面的煤矿安全技术领域，具体涉及一种基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法。

背景技术

近些年来，测定抽采影响半径的方法主要有：瓦斯压力指标法、瓦斯流量法、含量指标法、示踪气体法、计算机模拟法等。压降法是在煤层内先打一排测压孔，装上压力表，封闭严密，然后在其一侧施工抽采孔联网抽采；定期观测测压孔的压力，若某一测压孔的压力小于预抽瓦斯有效性压力指标P₀，则该钻孔距抽采孔的距离即为抽采影响半径。应该指出，上述测定方法所需设备和人员较多，各测压孔需要连续观测，测试时间长，且测定煤层瓦斯压力对封孔质量要求较高，封孔质量的好坏是保证测定结果的关键。

目前，顺层钻孔的瓦斯压力测定仍然是业界尚未有效解决的一个难题。另外，受煤层地质条件及开采扰动的影响，难以连续、准确地测定煤层瓦斯压力。相对压力指标法即是基于这样的考虑，测定瓦斯压力下降的幅度，因此相比压降法要有一定的优越性。含量指标法的测定原理与压降法类似，都要测定煤层瓦斯压力，只是又另取煤样测定相关参数，如煤体坚固性系数、煤层瓦斯吸附常数等，间接求得煤层瓦斯含量。相比压降法，只是把考察抽采半径的有效性指标由瓦斯压力变换为瓦斯含量而已；由于同样测定煤层瓦斯压力，和压降法有相同的难以克服的缺点。示踪气体法是在注气孔两侧不同距离施工抽采孔，通过考察检出示踪气体的时间和距离的关系确定抽采半径。虽然示踪气体一般为惰性气体，检测灵敏度高，但向煤层注入另外一种气体势必会改变煤层原始压力梯度，且没有考虑示踪气体和瓦斯的在煤层中运移特性的差异。计算机模拟法以煤层瓦斯流动理论为基础建立钻孔瓦斯流动模型，设定边界条件，根据编制的解算程序模拟钻孔周围瓦斯流动状态，但是假设条件过于理想化，不能完全模拟现场实际情况。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种操作简单、测量准确、耗时较短的基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法，包括以下步骤：

1） 在巷道的新鲜暴漏煤壁处间隔一定距离施工若干观测钻孔，各观测钻孔中心线相互平行；

2） 测定各观测钻孔的瓦斯初始涌出量，然后施工抽采孔，将所有观测孔和抽采孔封孔后联网抽采；

3） 测定各个观测孔的瓦斯涌出量，然后绘制瓦斯涌出量变化曲线；

4） 对各个观测孔的瓦斯涌出量变化曲线进行回归分析；

5） 根据回归分析结果和瓦斯涌出量整体变化曲线，分析观测孔瓦斯涌出量的分段性特征，确定瓦斯涌出量衰减特征的前期和后期，变化曲线进行分段处理；

6） 回归分析后期的瓦斯涌出量变化曲线，求出后期的瓦斯涌出量衰减系数；

7） 根据后期瓦斯涌出量衰减系数受抽采负压影响的突变情况，并结合百米钻孔瓦斯极限排放量，确定瓦斯抽采影响半径。

在抽采影响圈内，部分瓦斯流向抽采孔，瓦斯涌出量衰减较快，衰减系数较大；在抽采影响圈范围以外，瓦斯涌出量按负指数规律衰减，衰减系数较小；在抽采影响圈内受抽采影响的观测孔瓦斯涌出量衰减系数明显大于在抽采影响圈外不受抽采影响的观测孔衰减系数。

钻孔瓦斯涌出的整个过程分为前期和后期，把每次观测的数据展布在坐标纸上，明显观察到一个斜率的转折点，一般为观测时间的前5~7d划分为前期，5~7d之后划分为后期；由于前期、后期衰减系数差别较大，分段拟合相关性明显高于整体拟合相关性；因抽采时间的后期远长于前期，故在考察各钻孔瓦斯涌出量衰减系数时主要比较后期衰减系数。

采用上述技术方案，本发明以钻孔瓦斯涌出量作为考察指标，通过在抽采钻孔两侧不同距离打一排自然排放钻孔，用多级流量计测定钻孔瓦斯涌出量，根据钻孔瓦斯涌出衰减系数受抽采负压影响的突变情况及瓦斯涌出的分段性特征，并结合百米钻孔瓦斯极限排放量确定瓦斯抽采影响半径。相比其他抽采影响半径测定方法，本发明克服了瓦斯压力值测定难度较大，真实值与实测值存在一定的误差；示踪气体法人为操作影响较大，可靠性较低且成本较高；计算机模拟法模型建立过于理想化等缺点，且操作简单，测量准确，耗时较短。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是本发明中巷道内观测孔和抽采孔布置示意图；

图3是本发明中各观测孔前期瓦斯流量变化及负指数方程，即前期钻孔瓦斯涌出量随时间变化拟合曲线；