[發明專利]一種原位可控的煤與瓦斯突出過程物理模擬方法

有效

• 申請號: 202011039312.5
• 申請日: 2020-09-28
• 公開（公告）號: CN112145073B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 劉廳;趙洋;林柏泉;王一涵;李彥君
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B7/18;E21B47/00;E21B47/06;E21B47/07;E21B33/06;E21B43/34;E21B34/00;E21F7/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

本發明公開了一種原位可控的煤與瓦斯突出過程物理模擬方法，適用于煤礦井下煤與瓦斯突出機理的研究。首先，在原位高瓦斯突出煤層施工煤與瓦斯突出激發鉆孔和參數測試鉆孔，然后，每組參數測試鉆孔中分別安放瓦斯壓力傳感器、應力傳感器和溫度傳感器并封孔。待所有傳感器監測參數穩定后，通過水射流發生裝置產生的高壓水射流沖擊煤與瓦斯突出激發鉆孔孔壁誘導煤與瓦斯突出，利用周圍的參數測試鉆孔監測煤與瓦斯突出激發過程中的瓦斯壓力、應力和溫度變化。采用深度學習算法分析獲得的瓦斯壓力、應力和溫度數據，獲取煤與瓦斯突出的臨界條件。該方法操作簡單、成本低、安全性高，并且能夠更真實地反映煤與瓦斯突出過程。

技術領域

本發明涉及煤礦開采領域，具體涉及一種原位可控的煤與瓦斯突出過程物理模擬方法。

背景技術

煤與瓦斯突出是煤礦井下開采過程中發生的一種極其復雜的典型動力災害，嚴重威脅礦井的安全生產。近年來，盡管采取了大量的防治措施，但隨著煤礦開采深度和強度的增加，礦井的開采環境持續惡化，地質構造較淺部煤層更加復雜，地應力和煤層瓦斯壓力不斷增大，且煤層透氣性較低，瓦斯抽采極其困難，煤與瓦斯突出危險性依然嚴重。煤與瓦斯突出現象是涉及多個領域的復雜問題，突出機理至今仍是國際性、世紀性難題。

而我國目前針對煤與瓦斯突出機理的研究大都基于實驗室試驗或者數值模擬。當前的研究無法準確再現原位煤層的物理力學邊界及初始條件，研究成果難以準確反映現場實際的煤與瓦斯突出發生過程。此外，開展原位煤層的煤與瓦斯突出過程成本極高且危險性大，難以實現突出激發過程的安全可控。因此，為了研究原位煤層的煤與瓦斯突出發生的機理和臨界判據，急需尋求原位可控的煤與瓦斯突出過程物理模擬方法，以更好地防治煤與瓦斯突出災害。

發明內容

針對上述存在的技術不足，本發明的目的是提供一種原位可控的煤與瓦斯突出過程物理模擬方法，其操作簡單、成本低、安全性高，并且能夠更真實地反映煤與瓦斯突出過程。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

本發明提供一種原位可控的煤與瓦斯突出過程物理模擬方法，具體包括以下步驟：

S1：首先在巷道向高瓦斯突出煤層中施工一個煤與瓦斯突出激發鉆孔，然后在煤與瓦斯突出激發鉆孔兩側再分別施工若干組參數測試孔，每組中參數測試孔的數目不少于三個；

S2：在每組參數測試孔中至少放入一個瓦斯壓力傳感器、一個應力傳感器和一個溫度傳感器，其中每個參數測試孔放一個傳感器，各個傳感器分別電性連接外部PC機，最后封孔；設置在煤與瓦斯突出激發鉆孔其中一側的每組參數測試孔距離煤與瓦斯突出激發鉆孔的間距分別為a、a+1、a+2……，設置在煤與瓦斯突出激發鉆孔另一側的每組參數測試孔分別距離煤與瓦斯突出激發鉆孔的間距分別為a+0.5、a+1.5、a+2.5……；

S3：選用合適的鉆桿連通水射流發生裝置后將其鉆頭放入煤與瓦斯突出激發鉆孔中，在鉆桿上安裝防噴孔裝置，防噴孔裝置通過管路連通氣液固分離器并且該管路上設有閥門二；

S4：待每組參數測試孔內的監測數據都穩定后，開啟水射流發生裝置，水射流通過鉆桿對煤與瓦斯突出激發鉆孔孔壁進行沖擊作業；同時打開防噴孔裝置和閥門二，煤與瓦斯突出激發過程中產生的氣、水和煤通過管路進入到氣液固分離器中進行分離；

S5：利用PC機打開每組參數測試孔中的各個傳感器，監測水射流沖擊過程中煤與瓦斯突出激發鉆孔周圍的瓦斯壓力、應力和溫度的變化；

S6：采用深度學習算法分析瓦斯壓力、應力和溫度數據，獲取煤與瓦斯突出的臨界條件。

優選地，步驟S1中，煤與瓦斯突出激發鉆孔兩側分別設有三組參數測試孔，其中每組參數測試孔中分別施工三個。

優選地，步驟S2中，煤與瓦斯突出激發鉆孔兩側的瓦斯壓力傳感器、應力傳感器和溫度傳感器分別水平共線設置。