[發明專利]一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法

有效

• 申請號: 202010419970.0
• 申請日: 2020-05-18
• 公開（公告）號: CN111577256B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 劉清泉;褚鵬;盧彥飛;程遠平;劉嫄嫄;夏磊;鄭思文
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B47/08
• 分類號: E21B47/08;E21B43/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法，步驟是：先從巖石巷道施工穿層鉆孔穿透煤層并測定煤層瓦斯壓力，測壓完成后測量鉆孔瓦斯流量，利用徑向流量法計算煤層初始滲透率；在鉆孔內實施水力沖孔，沖孔完成后持續監測鉆孔瓦斯流量，利用徑向流量法計算并確定沖孔后煤層的等效滲透率；利用數值軟件模擬沖孔后的煤層瓦斯流動并輸出模擬瓦斯流量，與實測瓦斯流量匹配確定等效增透半徑；利用等效滲透率和等效增透半徑，對水力沖孔的增透效果進行定量評價。本發明利用等效滲透率和等效增透半徑定量評價沖孔增透效果，不需要獲知煤層地應力和力學參數，操作簡單，結果可靠，方便在工程現場應用，為水力強化瓦斯抽采設計提供指導。

技術領域

本發明涉及煤礦井下煤層水力沖孔增透技術領域，具體涉及一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法。

背景技術

我國煤炭資源豐富，煤層瓦斯作為煤的伴生產物在煤層中廣泛存在，瓦斯事故成為制約煤礦安全生產的重要原因。瓦斯抽采是解決瓦斯事故的主要方法，同時可以使煤層氣得到利用。然而，我國的煤層滲透率普遍很低，瓦斯抽采十分困難，因此抽采時必須采取措施提高煤層滲透率。

水力沖孔技術是煤礦常用的有效增透手段，由于其操作簡單、適用性強，近些年來在各煤礦得到了廣泛應用。施工瓦斯抽采鉆孔深入煤層內部后，在孔內利用高壓旋轉水射流沖出大量煤體及瓦斯，形成直徑較大的卸壓洞室，為煤體膨脹變形和瓦斯解吸積聚提供充分空間，在洞室周圍煤體形成裂隙網絡，從而達到提高煤層滲透率和強化抽采的目的。

準確獲知沖孔后煤體的滲透率分布，是進行水力沖孔強化瓦斯抽采設計的重要基礎。然而，由于鉆孔周圍煤體破壞形式不同，沖孔后鉆孔周圍煤層滲透率呈非均勻分布，靠近鉆孔滲透率最大，隨著距鉆孔距離增加滲透率逐漸降低直至原始值。現有手段無法直接測定沖孔后非均勻分布的滲透率和增透范圍，通過數值模擬分析鉆孔周圍應力分布是目前最常用的煤層沖孔增透效果評價方法。數值模擬方法是通過理論分析建立沖孔后的滲透率數學模型，然后利用數值仿真軟件解算得到煤層滲透率分布，但其缺陷是需要獲得準確的煤層地應力分布與煤層力學參數，而煤層地應力和力學參數測定較為復雜，現場難以實施，若使用兩者的估算值將大幅增加評價誤差。

發明內容

本發明的目的是提供一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法，不需要獲知煤層地應力和力學參數，操作簡單方便。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種穿層鉆孔水力沖孔增透效果定量評價方法，具體步驟如下：

1)從巖石巷道向煤層施工穿層鉆孔穿透煤層，記錄鉆孔半徑、見煤長度，并取樣測出煤層瓦斯含量，然后封孔，在孔口安裝壓力表測定煤層原始瓦斯壓力；

2)測壓完成后打開閥門使鉆孔內壓力降至大氣壓，然后測出各個時刻鉆孔瓦斯自然排放量，再利用徑向流量法，通過相應的公式計算煤層初始滲透率；

3)對鉆孔實施水力沖孔工程，記錄沖孔后鉆孔半徑，沖孔結束后持續監測鉆孔瓦斯流量兩周以上，每天至少測量1次；

4)基于測量的鉆孔瓦斯流量，利用徑向流量法計算出沖孔后的煤層滲透率，由于沖孔后煤層滲透率的非均勻分布，瓦斯流量隨測量時間的延長而減小，故計算出的滲透率也隨時間的延長而減小并趨于穩定，當計算結果變化小于5％時判斷為滲透率達到穩定，確定等效滲透率；

5)在數值仿真軟件中建立煤層瓦斯運移模型，將煤層參數和步驟4)獲得的煤層滲透率、等效滲透率輸入數值仿真軟件，先輸入預設值作為等效增透半徑，計算出模擬鉆孔瓦斯流量，并將模擬的瓦斯流量與步驟3)實測的瓦斯流量進行比對；根據比對結果調整輸入的等效增透半徑值，使模擬瓦斯流量與實測瓦斯流量相匹配，確定等效增透半徑；

上述煤層瓦斯運移模型包括煤層幾何模型和雙孔介質煤層瓦斯運移數學模型，其中雙孔介質煤層瓦斯運移數學模型的計算公式如下：