一種確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法

2023-05-01 18:42:56

專利名稱：一種確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法
技術領域：
本發明涉及一種確定鑽孔的孔深的方法，尤其涉及一種確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法。
背景技術：
在煤礦開採過程中會產生瓦斯，通過鑽孔抽放瓦斯是高瓦斯礦井綜合治理的治本之策，但是目前瓦斯抽放鑽孔通常以開採的工程量為依據進行設計，瓦斯抽放方法的鑽孔深度的確定大多依靠經驗，無法準確地確定瓦斯抽放鑽孔的孔深，從而造成瓦斯抽放中存在很多盲區，瓦斯抽放效率偏低，嚴重地影響了礦井的安全生產。如圖I所示，在煤巷掘進過程中，煤層的原有應力平衡被破壞，在煤巷兩幫的煤壁 正前方形成了卸壓帶I、應力集中帶2、原始應力帶3三個帶,煤礦在井下採礦作業破壞了原始地層的應力平衡狀態，是煤體中的應力重新分布，由於集中應力的作用，使煤體邊緣首先被壓酥，形成裂隙，造成煤體強度顯著降低，只能承受低於原巖應力的載荷，形成所謂卸壓帶，在卸壓帶I內由於煤體被壓酥，使集中應力的作用點向煤體深部轉移，煤體的裂隙明顯增多，煤體的透氣性係數能夠增加上千倍，此區域內的瓦斯會自然地大量地逸散到採掘空間，沿著順槽打傾向鑽孔到卸壓帶內時，不僅無法抽到瓦斯，由於煤體的裂隙比較發育，與順槽的空間相連通會導致巷道中大量的空氣進入瓦斯抽放鑽孔，致使鑽孔內的瓦斯濃度下降，降低了瓦斯抽放效率。所述應力集中帶2內又可分為塑性變形區和彈性變形區，在此區域由於煤層與頂底板之間的摩擦力逐漸增加，使煤體所受的水平擠壓力增大，此時，煤體受力狀態為雙向乃至三向，其強度增大，所受壓力逐漸增高直至集中應力峰值，在該區域內煤層被壓縮，透氣性係數降低，順槽傾向鑽孔打鑽到此區域就基本達到了極限。所述原始應力帶3內的煤體由於遠離採掘空間，不受採動壓力的影響，故煤體仍處於原始應力狀態，在此領域鑽孔周圍煤體的透氣性變化不大，瓦斯湧出比較均勻，瓦斯抽放濃度比較高，瓦斯抽放效率比較高，通常是順槽傾向鑽孔抽放效果最好的區域。具體地，如圖I所示，卸壓帶I中，煤層在工作面前方應力集中帶2的作用下，出現擴容現象，煤層的透氣性增大，地應力與瓦斯壓力都大大降低,大量存在的煤層裂隙給空氣流動提供了有利通道，大量吸附在煤層中的瓦斯都沿著煤層裂隙解吸釋放到巷道中去，同時在集中應力峰後區，煤層整體變為塑性狀態，煤層極限塑性區範圍急劇擴大，大量的裂隙與煤巷巷道相連通，卸壓區內的瓦斯大量逸散到巷道裡去了。在瓦斯抽放鑽孔打到卸壓帶I後，瓦斯抽放鑽孔通過大量的裂隙與巷道貫通，在卸壓帶I內的鑽孔段不僅會抽不到煤層中的瓦斯，而且由於鑽孔通過大量的裂隙與巷道貫通還會使鑽孔存在漏氣現象，嚴重地影響了瓦斯抽放鑽孔的瓦斯抽放效率。

發明內容
針對現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，該方法能夠準確地確定瓦斯抽放鑽孔的孔深，從而提高抽放效率。
本發明上述目的通過下述技術方案實現—種確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，所述方法包括以下步驟步驟①測定採礦工作面傾向長度L1 ；步驟②利用公式U =O計算採礦工作面卸壓帶的傾向長度L2,其
中，f為煤層界面的摩擦因數、m為煤層厚度、Atl為側壓係數、Y為巖石密度、H為煤層開採深度、σ t為煤體抗拉強度；步驟③確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深L=L1-L215
進一步地，所述煤層界面的摩擦因數f=tan(K所述Φ為工作面煤層界面的內摩擦角。進一步地,所述側壓係數Atl = O I。進一步地,所述側壓係數Atl=O. 5。進一步地，所述巖石密度Y為鑽孔所穿透巖層的巖石密度的算術平均值。進一步地，所述煤體抗拉強度σ t=C/tan Φ，其中，所述C為工作面煤層界面的粘結力，所述Φ為工作面煤層界面的內摩擦角。本發明通過準確地確定卸壓區的寬度來獲得瓦斯抽放鑽孔的孔深，避免根據經驗確定瓦斯抽放鑽孔的孔深，從而大幅度提高瓦斯抽放效率，確保礦井的安全生產。


圖I是本發明煤礦瓦斯抽放鑽孔結構的剖視圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的一個優選實施例做詳細描述。如圖I所示，本發明提供了一種確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，所述方法包括以下步驟步驟①測定採礦工作面傾向長度L1 ；步驟②利用公式L2+ O計算採礦工作面卸壓帶的傾向長度L2,其
中，f為煤層界面的摩擦因數、m為煤層厚度、Atl為側壓係數、Y為巖石密度、H為煤層開採深度、σ t為煤體抗拉強度；步驟③確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深L=L1-L215作為本發明的一種優選方案，所述煤層界面的摩擦因數f=tan(K所述煤體抗拉強度ot=C/tancK其中，所述C為工作面煤層界面的粘結力，所述Φ為工作面煤層界面的內摩擦角，例如，神華集團烏海能源有限公司五虎山煤礦1201工作面的界面粘結力C為
I.57，界面內摩擦角Φ為33. 4°，經測量煤層厚度m為2. 68m，煤層開採深度H為250m。所述側壓係數Atl優選地為O 1，更優選地，本實施例選擇側壓係數Atl=O. 5。所述巖石密度Y優選地為鑽孔所穿透巖層的巖石密度的算術平均值，例如神華集團烏海能源有限公司五虎山煤礦1201工作面，鑽孔所要穿過的巖層包括泥巖層和砂巖層，所述泥巖層的密度為2. 55X 103Kg/m3，所述砂巖層的密度為2. 63X 103Kg/m3，求其算術平均值即為巖石密度Y =2. 59X 103Kg/m3，藉此，可得卸壓帶的傾向長度L2為12. 7m，經測量所述工作面傾向長度為LI為180m，所以確定神華集團烏海能源有限公司五虎山煤礦1201工作面瓦斯抽放鑽孔的孔深 L=L1-L2=ISO-^. 7=167. 3m。本發明利用中煤科工集團西安研究院研製的6000LD型鑽機在神華集團烏海能源公司五虎山煤礦1201工作面打傾向瓦斯抽放鑽孔來抽放本煤層的瓦斯，並採用上述方法設計瓦斯抽放鑽孔的孔深。本發明利用光學瓦斯鑑定儀、U型壓差計、煤氣表儀器對瓦斯抽放鑽孔孔深確定前後的抽放鑽孔的瓦斯濃度、負壓、流量等參數進行了測定，其技術效果比較如表I和表2所示，其中，表I用於表示現有技術中未確定瓦斯抽放鑽孔孔深時抽放瓦斯的負壓、濃度和流量，表2為採用本發明方法確定瓦斯抽放鑽孔孔深後的抽放瓦斯的負壓、濃度和流量。
鑽孔序號I 5 8 10 13 15 17 24 27
瓦斯抽放負壓(KPa) 14.5 Π 8 I 2 14 6 13. I 13.8 14.2 15. 3 13. 9 ι 6
瓦斯抽放濃度( )11 I 10 6 IU 8 9. 7 9. I 9.7 8.4 8. 9 13. I 12
瓦斯抽放流量(m3/min) 1.4 2. 5 I. 8 2. 3 3.5 2.4 1.9 LI 2. 7 I表I
鑽孔序號38 43 45 46 49 50 ^ 54 j8 61
瓦斯抽放負壓(KPa) 13. 2 13.9 14. I 14, 9 13.6 14. 3 15. 8 15. I 14. 7 15.4
瓦斯抽放濃度(《/O 28.4 37. 5 31. 3 39. I 42. 5 32.8 29. I 26. 3 35 I Vb 8
瓦斯抽放流量(raVmin) 4. I 5.8 3. 9 5.3 6. I 4, 7 4.4 6 5.6 5 H表2此外，本發明還利用中煤科工集團重慶研究院的多功能V型錐流量計對五虎山1201工作面瓦斯抽放管內的瓦斯抽放濃度、負壓等參數進行了測定。又對瓦斯抽放率、迴風順槽的瓦斯濃度、月平均瓦斯斷電次數、工作面推進度、工作面月平均產量進行了分析對t匕，其分析表如表3所示
權利要求
1.一種確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟 步驟①測定採礦工作面傾向長度L1 ； 步驟②利用公式L2+ 計算採礦工作面卸壓帶的傾向長度L2,其中，f
2.根據權利要求I所述的確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，其特徵在於，所述煤層界面的摩擦因數f=tan(K所述Φ為工作面煤層界面的內摩擦角。
3.根據權利要求I所述的確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，其特徵在於，所述側壓係數Atl = O I。
4.根據權利要求3所述的確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，其特徵在於，所述側壓係數A0 = O. 5 ο
5.根據權利要求I所述的確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，其特徵在於，所述巖石密度Y為鑽孔所穿透巖層的巖石密度的算術平均值。
6.根據權利要求I所述的確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，其特徵在於，所述煤體抗拉強度ot=C/tancK其中，所述C為工作面煤層界面的粘結力，所述Φ為工作面煤層界面的內摩擦角。
全文摘要
本發明公開了一種確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深的方法，所述方法包括以下步驟步驟①測定採礦工作面傾向長度L1；步驟②利用公式計算採礦工作面卸壓帶的傾向長度L2，其中，f為煤層界面的摩擦因數、m為煤層厚度、A0為側壓係數、γ為巖石密度、H為煤層開採深度、σt為煤體抗拉強度；步驟③確定煤礦瓦斯抽放鑽孔的孔深L=L1-L2。本發明通過準確地確定卸壓區的寬度來獲得瓦斯抽放鑽孔的孔深，避免根據經驗確定瓦斯抽放鑽孔的孔深，從而大幅度提高瓦斯抽放效率，確保礦井的安全生產。
文檔編號E21B47/04GK102852514SQ20121032582
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月5日 優先權日2012年9月5日
發明者姚平, 宋文義, 周連春, 郝瑞明, 魏裡陽, 吳青峰, 邢玉強, 王恆曉, 彭建國, 潘瑞卿, 胡千庭 申請人:中煤科工集團重慶研究院, 神華集團有限責任公司, 神華烏海能源有限責任公司