CN102852514A - 一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法 - Google Patents

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姚平
宋文义
周连春
郝瑞明
魏里阳
吴青峰
邢玉强
王恒晓
彭建国
潘瑞卿
胡千庭
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Shenhua Group Corp Ltd
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Abstract

本发明公开了一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，所述方法包括以下步骤：步骤①：测定采矿工作面倾向长度L1；步骤②：利用公式计算采矿工作面卸压带的倾向长度L2，其中，f为煤层界面的摩擦因数、m为煤层厚度、A0为侧压系数、γ为岩石密度、H为煤层开采深度、σt为煤体抗拉强度；步骤③：确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深L=L1-L2。本发明通过准确地确定卸压区的宽度来获得瓦斯抽放钻孔的孔深，避免根据经验确定瓦斯抽放钻孔的孔深，从而大幅度提高瓦斯抽放效率，确保矿井的安全生产。

Description

一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法
技术领域
本发明涉及一种确定钻孔的孔深的方法，尤其涉及一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法。
背景技术
在煤矿开采过程中会产生瓦斯，通过钻孔抽放瓦斯是高瓦斯矿井综合治理的治本之策，但是目前瓦斯抽放钻孔通常以开采的工程量为依据进行设计，瓦斯抽放方法的钻孔深度的确定大多依靠经验，无法准确地确定瓦斯抽放钻孔的孔深，从而造成瓦斯抽放中存在很多盲区，瓦斯抽放效率偏低，严重地影响了矿井的安全生产。
如图1所示，在煤巷掘进过程中，煤层的原有应力平衡被破坏，在煤巷两帮的煤壁正前方形成了卸压带1、应力集中带2、原始应力带3三个带，煤矿在井下采矿作业破坏了原始地层的应力平衡状态，是煤体中的应力重新分布，由于集中应力的作用，使煤体边缘首先被压酥，形成裂隙，造成煤体强度显著降低，只能承受低于原岩应力的载荷，形成所谓卸压带，在卸压带1内由于煤体被压酥，使集中应力的作用点向煤体深部转移，煤体的裂隙明显增多，煤体的透气性系数能够增加上千倍，此区域内的瓦斯会自然地大量地逸散到采掘空间，沿着顺槽打倾向钻孔到卸压带内时，不仅无法抽到瓦斯，由于煤体的裂隙比较发育，与顺槽的空间相连通会导致巷道中大量的空气进入瓦斯抽放钻孔，致使钻孔内的瓦斯浓度下降，降低了瓦斯抽放效率。所述应力集中带2内又可分为塑性变形区和弹性变形区，在此区域由于煤层与顶底板之间的摩擦力逐渐增加，使煤体所受的水平挤压力增大，此时，煤体受力状态为双向乃至三向，其强度增大，所受压力逐渐增高直至集中应力峰值，在该区域内煤层被压缩，透气性系数降低，顺槽倾向钻孔打钻到此区域就基本达到了极限。所述原始应力带3内的煤体由于远离采掘空间，不受采动压力的影响，故煤体仍处于原始应力状态，在此领域钻孔周围煤体的透气性变化不大，瓦斯涌出比较均匀，瓦斯抽放浓度比较高，瓦斯抽放效率比较高，通常是顺槽倾向钻孔抽放效果最好的区域。
具体地，如图1所示，卸压带1中，煤层在工作面前方应力集中带2的作用下，出现扩容现象，煤层的透气性增大，地应力与瓦斯压力都大大降低，大量存在的煤层裂隙给空气流动提供了有利通道，大量吸附在煤层中的瓦斯都沿着煤层裂隙解吸释放到巷道中去，同时在集中应力峰后区，煤层整体变为塑性状态，煤层极限塑性区范围急剧扩大，大量的裂隙与煤巷巷道相连通，卸压区内的瓦斯大量逸散到巷道里去了。在瓦斯抽放钻孔打到卸压带1后，瓦斯抽放钻孔通过大量的裂隙与巷道贯通，在卸压带1内的钻孔段不仅会抽不到煤层中的瓦斯，而且由于钻孔通过大量的裂隙与巷道贯通还会使钻孔存在漏气现象，严重地影响了瓦斯抽放钻孔的瓦斯抽放效率。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，该方法能够准确地确定瓦斯抽放钻孔的孔深，从而提高抽放效率。
本发明上述目的通过下述技术方案实现：
一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤①：测定采矿工作面倾向长度L1；
步骤②：利用公式
Figure BDA00002100857000021
计算采矿工作面卸压带的倾向长度L2，其中，f为煤层界面的摩擦因数、m为煤层厚度、A0为侧压系数、γ为岩石密度、H为煤层开采深度、σt为煤体抗拉强度；
步骤③：确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深L=L1-L2。
进一步地，所述煤层界面的摩擦因数f=tanφ，所述φ为工作面煤层界面的内摩擦角。
进一步地，所述侧压系数A0＝0～1。
进一步地，所述侧压系数A0=0.5。
进一步地，所述岩石密度γ为钻孔所穿透岩层的岩石密度的算术平均值。
进一步地，所述煤体抗拉强度σt=C/tanφ，其中，所述C为工作面煤层界面的粘结力，所述φ为工作面煤层界面的内摩擦角。
本发明通过准确地确定卸压区的宽度来获得瓦斯抽放钻孔的孔深，避免根据经验确定瓦斯抽放钻孔的孔深，从而大幅度提高瓦斯抽放效率，确保矿井的安全生产。
附图说明
图1是本发明煤矿瓦斯抽放钻孔结构的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个优选实施例做详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，所述方法包括以下步骤：
步骤①：测定采矿工作面倾向长度L1；
步骤②：利用公式
Figure BDA00002100857000031
计算采矿工作面卸压带的倾向长度L2，其中，f为煤层界面的摩擦因数、m为煤层厚度、A0为侧压系数、γ为岩石密度、H为煤层开采深度、σt为煤体抗拉强度；
步骤③：确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深L=L1-L2。
作为本发明的一种优选方案，所述煤层界面的摩擦因数f=tanφ，所述煤体抗拉强度σt=C/tanφ，其中，所述C为工作面煤层界面的粘结力，所述φ为工作面煤层界面的内摩擦角，例如，神华集团乌海能源有限公司五虎山煤矿1201工作面的界面粘结力C为1.57，界面内摩擦角φ为33.4°，经测量煤层厚度m为2.68m，煤层开采深度H为250m。所述侧压系数A0优选地为0～1，更优选地，本实施例选择侧压系数A0=0.5。所述岩石密度γ优选地为钻孔所穿透岩层的岩石密度的算术平均值，例如神华集团乌海能源有限公司五虎山煤矿1201工作面，钻孔所要穿过的岩层包括泥岩层和砂岩层，所述泥岩层的密度为2.55×103Kg/m3,所述砂岩层的密度为2.63×103Kg/m3，求其算术平均值即为岩石密度γ=2.59×103Kg/m3，藉此，可得卸压带的倾向长度L2为12.7m，经测量所述工作面倾向长度为L1为180m，所以确定神华集团乌海能源有限公司五虎山煤矿1201工作面瓦斯抽放钻孔的孔深L=L1-L2=180-12.7=167.3m。
本发明利用中煤科工集团西安研究院研制的6000LD型钻机在神华集团乌海能源公司五虎山煤矿1201工作面打倾向瓦斯抽放钻孔来抽放本煤层的瓦斯，并采用上述方法设计瓦斯抽放钻孔的孔深。本发明利用光学瓦斯鉴定仪、U型压差计、煤气表仪器对瓦斯抽放钻孔孔深确定前后的抽放钻孔的瓦斯浓度、负压、流量等参数进行了测定，其技术效果比较如表1和表2所示，其中，表1用于表示现有技术中未确定瓦斯抽放钻孔孔深时抽放瓦斯的负压、浓度和流量，表2为采用本发明方法确定瓦斯抽放钻孔孔深后的抽放瓦斯的负压、浓度和流量。
Figure BDA00002100857000041
表1
Figure BDA00002100857000042
Figure BDA00002100857000051
表2
此外，本发明还利用中煤科工集团重庆研究院的多功能V型锥流量计对五虎山1201工作面瓦斯抽放管内的瓦斯抽放浓度、负压等参数进行了测定。又对瓦斯抽放率、回风顺槽的瓦斯浓度、月平均瓦斯断电次数、工作面推进度、工作面月平均产量进行了分析对比，其分析表如表3所示：
Figure BDA00002100857000052
表3
由表1和表2的对比可以看出，经本发明方法确定抽放钻孔的孔深后，瓦斯的抽放浓度和瓦斯抽放流量都显著增加，瓦斯的抽放浓度和流量有助于提高瓦斯的抽放率。进一步地，由表3可以看出，经过本发明方法确定抽放钻孔的孔深后，瓦斯抽放率提高了15％，抽放管内瓦斯浓度提高了17%～22%，回风流平均瓦斯浓度有了明显地下降，工作面每月瓦斯断电次数由平均5次左右下降为0次，工作面推进度也明显地加快；工作面月平均产量由5.5万吨提高到6.8万吨，由此可见，经本发明方法确定瓦斯抽放钻孔孔深后，极大地提高了1201工作面的瓦斯抽放率，提高了工作面的煤炭产量，还有助于确保工作面的安全生产，其经济效益和安全效益非常可观。
上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由各权利要求限定。

Claims (6)

1.一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤①：测定采矿工作面倾向长度L1；
步骤②：利用公式
Figure FDA00002100856900011
计算采矿工作面卸压带的倾向长度L2，其中，f为煤层界面的摩擦因数、m为煤层厚度、A0为侧压系数、γ为岩石密度、H为煤层开采深度、σt为煤体抗拉强度；
步骤③：确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深L=L1-L2。
2.根据权利要求1所述的确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，其特征在于，所述煤层界面的摩擦因数f=tanφ，所述φ为工作面煤层界面的内摩擦角。
3.根据权利要求1所述的确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，其特征在于，所述侧压系数A0＝0～1。
4.根据权利要求3所述的确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，其特征在于，所述侧压系数A0＝0.5。
5.根据权利要求1所述的确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，其特征在于，所述岩石密度γ为钻孔所穿透岩层的岩石密度的算术平均值。
6.根据权利要求1所述的确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，其特征在于，所述煤体抗拉强度σt=C/tanφ，其中，所述C为工作面煤层界面的粘结力，所述φ为工作面煤层界面的内摩擦角。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109682736A (zh) * 2018-12-26 2019-04-26 河南理工大学 一种井下注气测定煤层各向异性透气性系数的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4495804A (en) * 1981-02-17 1985-01-29 Grathnail Development Company Limited Method of and apparatus for mining analysis
CN1542257A (zh) * 2003-04-30 2004-11-03 淮南矿业(集团)有限责任公司 应用在煤层群开采中的多重上保护层防突开采法
CN1693654A (zh) * 2005-06-02 2005-11-09 淮南矿业(集团)有限责任公司 地面钻井抽采采动区、采空区卸压瓦斯方法
WO2009064728A1 (en) * 2007-11-12 2009-05-22 Schlumberger Canada Limited Well bore trajectory computation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4495804A (en) * 1981-02-17 1985-01-29 Grathnail Development Company Limited Method of and apparatus for mining analysis
CN1542257A (zh) * 2003-04-30 2004-11-03 淮南矿业(集团)有限责任公司 应用在煤层群开采中的多重上保护层防突开采法
CN1693654A (zh) * 2005-06-02 2005-11-09 淮南矿业(集团)有限责任公司 地面钻井抽采采动区、采空区卸压瓦斯方法
WO2009064728A1 (en) * 2007-11-12 2009-05-22 Schlumberger Canada Limited Well bore trajectory computation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨夺: "顺层倾向长钻孔区域性瓦斯预抽技术研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》, no. 10, 15 October 2011 (2011-10-15), pages 021 - 59 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109682736A (zh) * 2018-12-26 2019-04-26 河南理工大学 一种井下注气测定煤层各向异性透气性系数的方法

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