基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測定抽采影響半徑的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于瓦斯抽采及防治煤與瓦斯突出方面的煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一 種基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測定抽采影響半徑的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近些年來，測定抽采影響半徑的方法主要有：瓦斯壓力指標法、瓦斯流量法、含量 指標法、示蹤氣體法、計算機模擬法等。壓降法是在煤層內(nèi)先打一排測壓孔，裝上壓力表，封 閉嚴密，然后在其一側(cè)施工抽采孔聯(lián)網(wǎng)抽采淀期觀測測壓孔的壓力，若某一測壓孔的壓力 小于預(yù)抽瓦斯有效性壓力指標P。，則該鉆孔距抽采孔的距離即為抽采影響半徑。應(yīng)該指出， 上述測定方法所需設(shè)備和人員較多，各測壓孔需要連續(xù)觀測，測試時間長，且測定煤層瓦斯 壓力對封孔質(zhì)量要求較高，封孔質(zhì)量的好壞是保證測定結(jié)果的關(guān)鍵。
[0003] 目前，順層鉆孔的瓦斯壓力測定仍然是業(yè)界尚未有效解決的一個難題。另外，受煤 層地質(zhì)條件及開采擾動的影響，難W連續(xù)、準確地測定煤層瓦斯壓力。相對壓力指標法即是 基于該樣的考慮，測定瓦斯壓力下降的幅度，因此相比壓降法要有一定的優(yōu)越性。含量指標 法的測定原理與壓降法類似，都要測定煤層瓦斯壓力，只是又另取煤樣測定相關(guān)參數(shù)，如煤 體堅固性系數(shù)、煤層瓦斯吸附常數(shù)等，間接求得煤層瓦斯含量。相比壓降法，只是把考察抽 采半徑的有效性指標由瓦斯壓力變換為瓦斯含量而已；由于同樣測定煤層瓦斯壓力，和壓 降法有相同的難W克服的缺點。示蹤氣體法是在注氣孔兩側(cè)不同距離施工抽采孔，通過考 察檢出示蹤氣體的時間和距離的關(guān)系確定抽采半徑。雖然示蹤氣體一般為惰性氣體，檢測 靈敏度高，但向煤層注入另外一種氣體勢必會改變煤層原始壓力梯度，且沒有考慮示蹤氣 體和瓦斯的在煤層中運移特性的差異。計算機模擬法W煤層瓦斯流動理論為基礎(chǔ)建立鉆孔 瓦斯流動模型，設(shè)定邊界條件，根據(jù)編制的解算程序模擬鉆孔周圍瓦斯流動狀態(tài)，但是假設(shè) 條件過于理想化，不能完全模擬現(xiàn)場實際情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種操作簡單、測量準確、耗時較短 的基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測定抽采影響半徑的方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測 定抽采影響半徑的方法，包括W下步驟： 1) 在巷道的新鮮暴漏煤壁處間隔一定距離施工若干觀測鉆孔，各觀測鉆孔中屯、線相 互平行； 2) 測定各觀測鉆孔的瓦斯初始涌出量，然后施工抽采孔，將所有觀測孔和抽采孔封孔 后聯(lián)網(wǎng)抽義； 3) 測定各個觀測孔的瓦斯涌出量，然后繪制瓦斯涌出量變化曲線； 4) 對各個觀測孔的瓦斯涌出量變化曲線進行回歸分析； 5) 根據(jù)回歸分析結(jié)果和瓦斯涌出量整體變化曲線，分析觀測孔瓦斯涌出量的分段性 特征，確定瓦斯涌出量衰減特征的前期和后期，變化曲線進行分段處理； 6) 回歸分析后期的瓦斯涌出量變化曲線，求出后期的瓦斯涌出量衰減系數(shù)； 7)根據(jù)后期瓦斯涌出量衰減系數(shù)受抽采負壓影響的突變情況，并結(jié)合百米鉆孔瓦斯 極限排放量，確定瓦斯抽采影響半徑。
[0006] 在抽采影響圈內(nèi)，部分瓦斯流向抽采孔，瓦斯涌出量衰減較快，衰減系數(shù)較大；在 抽采影響圈范圍W外，瓦斯涌出量按負指數(shù)規(guī)律衰減，衰減系數(shù)較??；在抽采影響圈內(nèi)受抽 采影響的觀測孔瓦斯涌出量衰減系數(shù)明顯大于在抽采影響圈外不受抽采影響的觀測孔衰 減系數(shù)。
[0007] 鉆孔瓦斯涌出的整個過程分為前期和后期，把每次觀測的數(shù)據(jù)展布在坐標紙上， 明顯觀察到一個斜率的轉(zhuǎn)折點，一般為觀測時間的前5~7d劃分為前期，5~7d之后劃分為后 期；由于前期、后期衰減系數(shù)差別較大，分段擬合相關(guān)性明顯高于整體擬合相關(guān)性；因抽采 時間的后期遠長于前期，故在考察各鉆孔瓦斯涌出量衰減系數(shù)時主要比較后期衰減系數(shù)。
[0008] 采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明W鉆孔瓦斯涌出量作為考察指標，通過在抽采鉆孔兩 側(cè)不同距離打一排自然排放鉆孔，用多級流量計測定鉆孔瓦斯涌出量，根據(jù)鉆孔瓦斯涌出 衰減系數(shù)受抽采負壓影響的突變情況及瓦斯涌出的分段性特征，并結(jié)合百米鉆孔瓦斯極限 排放量確定瓦斯抽采影響半徑。相比其他抽采影響半徑測定方法，本發(fā)明克服了瓦斯壓力 值測定難度較大，真實值與實測值存在一定的誤差；示蹤氣體法人為操作影響較大，可靠性 較低且成本較高；計算機模擬法模型建立過于理想化等缺點，且操作簡單，測量準確，耗時 較短。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的流程圖； 圖2是本發(fā)明中巷道內(nèi)觀測孔和抽采孔布置示意圖； 圖3是本發(fā)明中各觀測孔前期瓦斯流量變化及負指數(shù)方程，即前期鉆孔瓦斯涌出量隨 時間變化擬合曲線； 圖4是本發(fā)明中各觀測孔后期瓦斯流量變化及負指數(shù)方程，即后期鉆孔瓦斯涌出量隨 時間變化擬合曲線。
【具體實施方式】
[0010] 如圖1所示，本發(fā)明的基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測定抽采影響半徑的方法，包 括W下步驟： 1) 在巷道的新鮮暴漏煤壁處間隔一定距離施工若干觀測鉆孔，各觀測鉆孔中屯、線相 互平行； 2) 測定各觀測鉆孔的瓦斯初始涌出量，然后施工抽采孔，將所有觀測孔和抽采孔封孔 后聯(lián)網(wǎng)抽采； 3)測定各個觀測孔的瓦斯涌出量，然后繪制瓦斯涌出量變化曲線； 4)對各個觀測孔的瓦斯涌出量變化曲線進行回歸分析； 5)根據(jù)回歸分析結(jié)果和瓦斯涌出量整體變化曲線，分析觀測孔瓦斯涌出量的分段性 特征，確定瓦斯涌出量衰減特征的前期和后期，變化曲線進行分段處理； 6) 回歸分析后期的瓦斯涌出量變化曲線，求出后期的瓦斯涌出量衰減系數(shù)； 7) 根據(jù)后期瓦斯涌出量衰減系數(shù)受抽采負壓影響的突變情況，并結(jié)合百米鉆孔瓦斯 極限排放量，確定瓦斯抽采影響半徑。
[0011] 在抽采影響圈內(nèi)，部分瓦斯流向抽采孔，瓦斯涌出量衰減較快，衰減系數(shù)較大；在 抽采影響圈范圍W外，瓦斯涌出量按負指數(shù)規(guī)律衰減，衰減系數(shù)較??；在抽采影響圈內(nèi)受抽 采影響的觀測孔瓦斯涌出量衰減系數(shù)明顯大于在抽采影響圈外不受抽采影響的觀測孔衰 減系數(shù)。
[0012] 鉆孔瓦斯涌出的整個過程分為前期和后期，把每次觀測的數(shù)據(jù)展布在坐標紙上， 明顯觀察到一個斜率的轉(zhuǎn)折點，一般為觀測時間的前5~7d劃分為前期，5~7d之后劃分為后 期；由于前期、后期衰減系數(shù)差別較大，分段擬合相關(guān)性明顯高于整體擬合相關(guān)性；因抽采 時間的后期遠長于前期，故在考察各鉆孔瓦斯涌出量衰減系數(shù)時主要比較后期衰減系數(shù)。
[0013]下面W某礦實測瓦斯抽采影響半徑為例進行說明： 為便于對比分析，共施工走個觀測孔1。觀測孔編號為1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#孔， 走個觀測孔1在抽采孔2的兩邊分布，具體布置如圖2所示。先施工觀測孔1，垂直于巷道 3下幫，開孔高度1.Om，孔徑113mm，孔深30m，傾角5°，PVC封孔管封孔并測定鉆孔瓦斯流 量。隨之施工抽采孔2,開孔高度1.Om，孔徑113mm，孔深30m，傾角5°，采用聚氨醋封孔，封 孔深度9m，抽采負壓13kPa。開始抽采后，定期觀測1至7號孔的瓦斯自然涌出量。初期， 鉆孔瓦斯涌出量衰減速度快，需每天觀測。之后，隨著抽采時間延長，鉆孔瓦斯涌出量衰減 速度變慢，觀測間隔時間可逐漸延長，后期可每周觀測一次。
[0014]對近兩個月所測數(shù)據(jù)進行負指數(shù)規(guī)律回歸分析，分別繪制前期、后期鉆孔瓦斯流 量衰減曲線如圖3和圖4所示。1#孔在測試的5天內(nèi)瓦斯流量即衰減至零，在圖上不作顯 示。圖中方程為各觀測孔回歸曲線方程，符合負指數(shù)規(guī)律。
[0015]
【主權(quán)項】
1. 基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測定抽采影響半徑的方法，其特征在于：包括以下步 驟， 1) 在巷道的新鮮暴漏煤壁處間隔一定距離施工若干觀測鉆孔，各觀測鉆孔中心線相 互平行； 2) 測定各觀測鉆孔的瓦斯初始涌出量，然后施工抽采孔，將所有觀測孔和抽采孔封孔 后聯(lián)網(wǎng)抽米； 3) 測定各個觀測孔的瓦斯涌出量，然后繪制瓦斯涌出量變化曲線； 4) 對各個觀測孔的瓦斯涌出量變化曲線進行回歸分析； 5) 根據(jù)回歸分析結(jié)果和瓦斯涌出量整體變化曲線，分析觀測孔瓦斯涌出量的分段性 特征，確定瓦斯涌出量衰減特征的前期和后期，變化曲線進行分段處理； 6) 回歸分析后期的瓦斯涌出量變化曲線，求出后期的瓦斯涌出量衰減系數(shù)； 7) 根據(jù)后期瓦斯涌出量衰減系數(shù)受抽采負壓影響的突變情況，并結(jié)合百米鉆孔瓦斯 極限排放量，確定瓦斯抽采影響半徑。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測定抽采影響半徑的方法，其特 征在于：在抽采影響圈內(nèi)，部分瓦斯流向抽采孔，瓦斯涌出量衰減較快，衰減系數(shù)較大；在 抽采影響圈范圍以外，瓦斯涌出量按負指數(shù)規(guī)律衰減，衰減系數(shù)較小；在抽采影響圈內(nèi)受抽 采影響的觀測孔瓦斯涌出量衰減系數(shù)明顯大于在抽采影響圈外不受抽采影響的觀測孔衰 減系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測定抽采影響半徑的方法， 其特征在于：鉆孔瓦斯涌出的整個過程分為前期和后期，把每次觀測的數(shù)據(jù)展布在坐標紙 上，明顯觀察到一個斜率的轉(zhuǎn)折點，一般為觀測時間的前5~7d劃分為前期，5~7d之后劃分 為后期；由于前期、后期衰減系數(shù)差別較大，分段擬合相關(guān)性明顯高于整體擬合相關(guān)性；因 抽采時間的后期遠長于前期，故在考察各鉆孔瓦斯涌出量衰減系數(shù)時主要比較后期衰減系 數(shù)。
【專利摘要】基于順層鉆孔瓦斯涌出特征測定抽采影響半徑的方法，包括以下步驟：1）鉆觀測孔孔；2）測定各觀測鉆孔的瓦斯初始涌出量，然后施工抽采孔，將所有觀測孔和抽采孔封孔后聯(lián)網(wǎng)抽采；3）測定各個觀測孔的瓦斯涌出量，然后繪制瓦斯涌出量變化曲線；4）對各個觀測孔的瓦斯涌出量變化曲線進行回歸分析；5）根據(jù)回歸分析結(jié)果和瓦斯涌出量整體變化曲線；6）求出后期的瓦斯涌出量衰減系數(shù)；7）確定瓦斯抽采影響半徑。本發(fā)明一方面克服了瓦斯壓力值測定難度較大，真實值與實測值存在一定誤差的缺點；另一方面也克服了示蹤氣體法人為操作影響較大，可靠性較低且成本較高的缺陷；同時減少了計算機模擬法模型建立過于理想化帶來的問題，本發(fā)明操作簡單，測量準確，耗時較短。
【IPC分類】E21F7-00, E21B47-00
【公開號】CN104763406
【申請?zhí)枴緾N201510045817
【發(fā)明人】張明杰, 李永生, 譚志宏, 段亞超, 張冠軍, 楊坤, 張大千
【申請人】河南理工大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年1月29日