基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法

基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法
【技术领域】
[0001] 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，具体设及一 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】
[0002] 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淀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P。，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。
[0003] 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W连续、准确地测定煤层瓦斯压力。相对压力指标法即是 基于该样的考虑，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W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W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】

[0004] 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。
[0005] 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W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，各观测钻孔中屯、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 后联网抽义； 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。
[0006] 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W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。
[0007] 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。
[0008] 采用上述技术方案，本发明W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】
[0009] 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； 图4是本发明中各观测孔后期瓦斯流量变化及负指数方程，即后期钻孔瓦斯涌出量随 时间变化拟合曲线。
【具体实施方式】
[0010] 如图1所示，本发明的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W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，各观测钻孔中屯、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。
[0011] 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W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。
[0012] 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。
[0013]下面W某矿实测瓦斯抽采影响半径为例进行说明： 为便于对比分析，共施工走个观测孔1。观测孔编号为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#孔， 走个观测孔1在抽采孔2的两边分布，具体布置如图2所示。先施工观测孔1，垂直于巷道 3下帮，开孔高度1.Om，孔径113mm，孔深30m，倾角5°，PVC封孔管封孔并测定钻孔瓦斯流 量。随之施工抽采孔2,开孔高度1.Om，孔径113mm，孔深30m，倾角5°，采用聚氨醋封孔，封 孔深度9m，抽采负压13kPa。开始抽采后，定期观测1至7号孔的瓦斯自然涌出量。初期， 钻孔瓦斯涌出量衰减速度快，需每天观测。之后，随着抽采时间延长，钻孔瓦斯涌出量衰减 速度变慢，观测间隔时间可逐渐延长，后期可每周观测一次。
[0014]对近两个月所测数据进行负指数规律回归分析，分别绘制前期、后期钻孔瓦斯流 量衰减曲线如图3和图4所示。1#孔在测试的5天内瓦斯流量即衰减至零，在图上不作显 示。图中方程为各观测孔回归曲线方程，符合负指数规律。
[0015]
【主权项】
1. 基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法，其特征在于：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 后联网抽米； 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。
2. 根据权利要求1所述的基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法，其特 征在于：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。
3. 根据权利要求1或2所述的基于顺层钻孔瓦斯涌出特征测定抽采影响半径的方法， 其特征在于：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。
【专利摘要】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）钻观测孔孔；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；6）求出后期的瓦斯涌出量衰减系数；7）确定瓦斯抽采影响半径。本发明一方面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误差的缺点；另一方面也克服了示踪气体法人为操作影响较大，可靠性较低且成本较高的缺陷；同时减少了计算机模拟法模型建立过于理想化带来的问题，本发明操作简单，测量准确，耗时较短。
【IPC分类】E21F7-00, E21B47-00
【公开号】CN104763406
【申请号】CN201510045817
【发明人】张明杰, 李永生, 谭志宏, 段亚超, 张冠军, 杨坤, 张大千
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年1月29日