[发明专利]煤层瓦斯抽采钻孔割缝封孔的参数确定方法

说明书

本发明涉及一种煤层瓦斯抽采钻孔割缝封孔的参数确定方法，属于煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔技术领域。该方法首先通过数值模拟和现场测试，确定不同瓦斯抽采区域内巷道围岩应力分布区间，以此指导环形缝槽施工的具体位置和数量，并根据煤层条件和割缝水力参数确定封孔空间大小，使得能够通过监测封孔材料用量，保证钻孔封孔段和环形缝槽能够被封孔材料完全填满，形成密实的钻孔封堵段。本发明简单准确，针对不同抽采区域进行精细化管理，能够有效的保障钻孔封孔质量，提高钻孔瓦斯抽采效果，具有较高的现场推广应用价值。

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，尤其涉及到钻孔封孔段进行割缝封孔的相关参数确定方法。

背景技术

我国煤层地质结构复杂，高瓦斯和突出矿井的煤炭产量在总产量的占比达到了30％以上，并随着我国煤矿开采深度的不断加深，高瓦斯、突出矿井和煤层越来越多，瓦斯灾害风险越来越高。瓦斯抽采是治理瓦斯的根本性措施，瓦斯抽采效果的优劣除受煤层地质赋存条件及煤层渗透率等自然因素制约外，封孔质量也是一个重要影响因素。

目前，煤矿常用的瓦斯抽采钻孔封孔工艺根据使用材料类型分为三种：机械式封孔、高分子聚合材料封孔、无机化学材料封孔。近年来，随着兼具流动性好、膨胀性高的特点的无机封孔材料的研发成功，基于“两堵一注”原理的带压注浆封孔工艺在现场取得了显著的效果。“两堵一注”带压注浆封孔是利用封孔器对封孔段两端进行封堵以形成一个相对密闭的空间，然后利用注浆设备以一定注浆压力向密闭空间注入具有膨胀性的无机封孔材料浆体，待浆体材料有效渗入到煤体裂隙后膨胀硬化，完成封孔。“两堵一注”封孔工艺成功的关键是注浆段两端的封堵和封孔材料能否有效封堵钻孔裂隙以提供主动的支撑作用。该工艺的特点是克服了机械式封孔、高分子发泡聚合材料封孔等工艺存在的不能有效封孔钻孔周围裂隙的弊端。然而在现场施工中发现，对于采用风钻的松软煤层，钻孔内遗留煤渣浮煤较多，影响封孔材料与钻孔壁的有效结合，造成钻孔的封孔注浆压力不高，封堵效果不佳；此外，通过对抽采条件下钻孔内不同气体浓度及抽采负压分布特征分析表明，当封孔深度过浅时，在负压作用下，钻孔可以通过裂隙与外部空间形成回路循环，导致空气经裂隙进入钻孔内，进而使瓦斯抽采浓度降低，钻孔寿命缩短。封孔深度过深，则影响经济性，且容易造成抽采的空白带。

为了解决这一问题，有学者提出了在钻孔周围沿径向切割形成环形缝槽，并利用封孔注浆将环形缝槽充满形成封堵墙的新技术途径。但该方法仅仅是概念性的解决手段，对割缝封孔的相关参数缺乏明确的确定方法，使得该方法的具体操作针对性不强。如中国发明专利(201610950226.7)公开的一种顺层瓦斯抽采钻孔封孔方法及其封孔结构，其提出环形缝槽的外径与钻孔孔径大小比值不小于5:1，环形缝槽在距钻孔孔口的距离5～18m范围内设置，每一环形缝槽的半径为0.5～3m，轴向宽度5～20cm，都只是简单直接的罗列的参数确定的大致范围；只提出了注浆压力达到2.0MPa的要求，没有对注浆量进行预估计算。因此，该技术需要研发配套参数确定方法，才能更好地指导工程实践，达到提高瓦斯抽采效果的最终目标。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤层瓦斯抽采钻孔割缝封孔的参数确定方法，主要通过数值模拟和现场测试分析巷道围岩应力分布区间，进而确定割缝位置、宽度、深度和割缝数量等参数，并提出封孔注浆压力和注浆量的确定方法，提高封孔质量和瓦斯抽采效果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

煤层瓦斯抽采钻孔割缝封孔的参数确定方法，该方法包括以下步骤：

S1：钻孔设计完毕后，根据该瓦斯抽采区域的煤层地质条件、巷道断面参数，结合钻屑量法实际测量，确定在巷道煤壁钻孔施工范围内，随钻进深度不同，煤层破碎区、应力集中区和原始应力区的分布范围；

S2：按照设计参数进行施工煤层瓦斯抽采钻孔；

S3：在步骤S1中确定的应力集中区和原始应力区内进行水力割缝，在钻孔壁周围形成环形缝槽；

S4：对钻孔进行注浆封孔。