[發明專利]一種基于瓦斯抽采量確定水力沖孔圍巖塑性區范圍的方法

有效

• 申請號: 202110234507.3
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN112855251B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 王峰;張凱;曹鋒;袁國濤;韓旭;王高尚;朱讓河;李波;陳萌;郭曉磊
• 申請（專利權）人: 河南省許昌新龍礦業有限責任公司;中國礦業大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B47/00;E21B47/06
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張聯群

本發明公開了一種基于瓦斯抽采量確定水力沖孔塑性區范圍的方法，包括：1)確定煤層巷道掘進影響區域下的瓦斯抽采鉆孔；2)對抽采鉆孔進行水力輔助擴孔；3)通過測量裝置獲取鉆孔整個抽采生命周期的鉆孔流量以及瓦斯濃度；4)通過計算獲得鉆孔在水力沖孔下的塑性區范圍；5)根據計算的塑性區范圍指導水力沖孔下的煤巷支護設計。通過對單個鉆孔在瓦斯抽采期間的數據監測，間接計算出水力沖孔的塑性范圍，記錄整個抽采生命周期的鉆孔瓦斯流量以及瓦斯濃度，通過計算單孔瓦斯抽采總量值間接測量出水力沖孔下的塑性范圍，不涉及數值模擬與室內實驗等繁瑣的步驟，且結果對后期煤巷支護設計有較強的參考價值。其測量方法簡單，現場操作方便。

技術領域

本發明涉及煤礦瓦斯抽采以及巷道支護領域，具體涉及一種基于瓦斯抽采量確定水力沖孔塑性區范圍的方法。

背景技術

目前對于低滲透性煤層礦井多采用穿層水力化措施進行瓦斯防治，其中，水力沖孔技術對于低滲透煤層瓦斯治理效果尤為突出。水力沖孔技術采用高壓水射流破碎煤體，待煤體沖出后形成煤腔，引起孔道周邊煤體應力減少，卸壓增透，從而提高瓦斯抽采量，消除煤巷掘進期間的瓦斯突出問題，保證巷道安全快速掘進的目的。

一般來說，抽采鉆孔經水力擴孔后，周圍煤體發生一定范圍內的塑性破壞，如果煤巷掘進需經過該區域時，那么在巷道支護設計上需要著重分析水力沖孔后的塑性區范圍對支護參數的影響，如采用錨網支護時錨桿、錨索長度的選取。目前確定塑性區范圍的現場測試方法有地質雷達方法、鉆孔窺視方法、隨鉆測試方法等。但是這些方法多是以巷道開挖為研究對象，很難直接對煤層中的水力沖孔的塑性區進行測量。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對上述現有技術存在的問題，提供一種基于瓦斯抽采量確定水力沖孔塑性區范圍的方法，在瓦斯抽采過程中，對瓦斯抽采鉆孔進行流量以及瓦斯濃度的監測，得到抽采時間內的瓦斯抽采量，進而求出水力沖孔的塑性區范圍，從而為巷道支護設計提供參考。

技術方案：為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于瓦斯抽采量確定水力沖孔塑性區范圍的方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟A、確定煤層巷道掘進影響區域下的瓦斯抽采鉆孔以及煤層的原始瓦斯濃度；

步驟B、對抽采鉆孔進行水力輔助擴孔，增大瓦斯抽采量；

步驟C、通過瓦斯抽采綜合測定儀獲取鉆孔整個抽采時間內的瓦斯抽采量；

步驟D、通過計算獲得鉆孔在水力沖孔下的塑性區范圍；

步驟E、根據計算的塑性區范圍指導水力沖孔下的煤巷支護設計。

所述確定煤層巷道掘進影響區域下的瓦斯抽采鉆孔以及煤層的原始瓦斯濃度過程如下：

首先根據工作面的煤巷掘進平面圖，明確煤巷掘進的規劃區域內哪些抽采鉆孔需要進行水力擴孔，并通過對煤層預先打孔安裝壓力計測定煤層的原始瓦斯濃度。

所述對抽采鉆孔進行水力輔助擴孔的過程如下：

對確定的瓦斯抽采鉆孔進行水力沖孔造穴，以增加瓦斯抽采效果，完成沖孔并清理沖孔出煤，用煤體測量箱估算沖孔出煤的量m，通過下式求出沖孔后的煤腔半徑r₁：

式中：ρ為煤體視密度，r₀為水力沖孔前鉆孔半徑，l為水力沖孔的見煤長度。

所述通過瓦斯抽采綜合測定儀獲取鉆孔整個抽采時間內的瓦斯抽采量的過程如下：

在水力沖孔后的鉆孔內插入抽采管并進行密封，在抽采管的外露一端安裝瓦斯抽采綜合測定儀，定期測量鉆孔內的瓦斯純量，做好數據記錄，最終繪制鉆孔瓦斯純量隨抽采時間的關系曲線。

所述通過計算獲得鉆孔在水力沖孔下的塑性區范圍如過程如下：