[發明專利]一種煤層頂板裂隙場的定量化描述方法

有效

• 申請號: 201811055893.4
• 申請日: 2018-09-11
• 公開（公告）號: CN109117589B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 劉見中;劉延保;張碧川;孫海濤;趙旭生;申凱;熊偉;巴全斌;王波;戴林超;曹偈
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種煤層頂板裂隙場的定量化描述方法，屬于煤礦瓦斯抽采技術領域，該方法包含如下步驟：S1：根據煤層回采高度和煤層傾角分析裂隙場的發育高度范圍，確定裂隙場存在的范圍及形態；S2：根據裂隙場存在的范圍及形態，分析確定裂隙場內每層巖層斷裂塊體數目；S3：對裂隙場幾何模型進行量化分析，定量計算出各斷裂塊體間形成的離層裂隙和破斷裂隙面積，并獲得裂隙面積分布、滲透率分布；S4：根據各斷裂塊體間形成的離層裂隙和破斷裂隙面積，明確煤層頂板裂隙場內瓦斯抽采的優選位置。本發明方法解決頂板裂隙場內鉆孔或高抽巷等布置位置不合理引發的瓦斯超限問題，對于指導煤層頂板裂隙場瓦斯抽采具有深遠的意義。

技術領域

本發明屬于煤礦瓦斯抽采技術領域，涉及一種煤層頂板裂隙場的定量化描述方法。

背景技術

瓦斯抽采是減少瓦斯涌出、降低瓦斯積聚、預防瓦斯超限的根本措施，同時可用于開發 利用高效清潔的煤層氣能源。我國大部分礦區煤層具“三高一低”的特征，煤層低滲透性使 得預抽瓦斯效果不理想，回采空間瓦斯涌出量巨大，嚴重影響生產安全，因此高效抽采采動 裂隙場內卸壓瓦斯是防止上隅角瓦斯超限的重要方法。

目前，依據礦山壓力與巖層控制理論及覆巖裂隙特征將采空區上方覆巖劃分為“豎三帶”， 從上至下依次劃分為彎曲下沉帶、裂隙帶和冒落帶，覆巖的瓦斯抽采主要針對于裂隙帶內瓦 斯，如申請號為201110425131.0的中國專利申請公開了一種基于上覆巖層裂隙殼的瓦斯抽采 鉆孔布置方法，將裂隙帶從上至下依次劃分為高位裂隙殼、中位裂隙殼、低位裂隙殼，對于 來自本煤層和鄰近煤層由于采動作用形成的卸壓解吸瓦斯，分別由在瓦斯尾巷布置的抽采鉆 孔進行抽采。裂隙殼中高位裂隙殼內離層裂隙與微裂隙發育，低位裂隙殼內破斷裂隙與離層 裂隙均發育較好，中位裂隙殼位于中間過渡區。現有采空區頂板裂隙場瓦斯抽采方法主要有 高位鉆孔、高抽巷等，上述抽采方法中尤其重要的是巷道和鉆孔的布置位置，而布置位置的 確定首先要對頂板裂隙場進行量化描述，確定滲透率較高的位置。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種頂明確板裂隙場中離層裂隙面積、破斷裂隙面積 分布狀態，達到量化標準，建立裂隙場滲透率分布的定量化描述方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種煤層頂板裂隙場的定量化描述方法，該方法包含如下步驟：

S1：根據煤層回采高度和煤層傾角分析裂隙場的發育高度范圍，結合砌體梁理論計算， 確定裂隙場存在的范圍及形態；

S2：根據裂隙場存在的范圍及形態，分析確定裂隙場內每層巖層斷裂塊體數目，并建立 裂隙場幾何模型；

S3：對裂隙場幾何模型進行量化分析，獲得頂板裂隙場內裂隙發育特征，建立頂板裂隙 場坐標系，定量計算出各斷裂塊體間形成的離層裂隙和破斷裂隙面積，并獲得裂隙面積分布、 滲透率分布；

S4：根據各斷裂塊體間形成的離層裂隙和破斷裂隙面積，建立煤層頂板裂隙場三維滲透 率分布模型，明確煤層頂板裂隙場內瓦斯抽采的優選位置。

進一步，步驟S1具體為：

根據已有的地表下沉曲線特征，結合砌體梁力學模型得到了砌體梁的位移函數：

其中，W_x表示砌體梁的位移曲線，x表示距開采邊界的距離，l為關鍵層斷裂巖長度，W₀表 示最終下沉量，滿足：

W₀＝M-∑h(C′_p-1)

其中，M為采厚，h為巖層厚度，C_p′為巖石碎脹系數。

進一步，步驟S2具體包含如下步驟：

S21：確定裂隙場內的塊體長度，滿足：