CN109630088A - 一种高位钻孔布置位置的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高位钻孔布置位置的确定方法，属于煤矿瓦斯抽采领域。该方法包括：S1：建立梯形顶板裂隙场几何模型；S2：分别计算用于抽采工作面初采期间遗煤瓦斯的低位钻孔布置位置、用于抽采工作面初采及正常回采期间瓦斯的中位钻孔布置位置和用于抽采工作面正常回采期间采空区瓦斯的高位钻孔布置位置。本发明将瓦斯运移特性和顶板裂隙场分布特征结合起来进行精准定位，能够有效提高瓦斯抽采浓度，且干扰了采空区内流场，减少了钻孔数目，缩减了工程量从而降低瓦斯治理成本。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采领域，涉及一种高位钻孔布置位置的确定方法。
背景技术
目前，随着煤炭开采效率的提高，回采速度增加，同时瓦斯涌出量也随之增大，尤其是在众多大型矿井存在“低瓦斯赋存，高瓦斯涌出”的特点，即：煤层原始瓦斯含量低，瓦斯预抽困难，回采速度增大又极易造成上隅角瓦斯超限。高位钻孔采空区瓦斯抽采技术作为采空区瓦斯治理的重要方法被广泛运用。如申请号为201510725666.8的中国专利申请公开了一种“大采高综采工作面初采及回采期间的瓦斯抽采钻孔布置方法”，在瓦斯分源治理的思想下，在回风巷布置低位钻孔抽采采空区遗煤瓦斯；布置中位钻孔抽采采空区瓦斯；布置高位钻孔抽采正常回采期间采空区瓦斯；布置底板拦截钻孔抽采下邻近层卸压瓦斯。
现有的高位钻孔抽采采空区瓦斯技术对于高位钻孔布置位置的选择处于定性和半定量阶段，若钻孔布置位置裂隙发育不充分、渗透率低，会导致瓦斯抽采浓度和流量较低，增大了风排瓦斯的压力，达不到瓦斯治理的目的。因此急需一种减少采空区瓦斯涌出量，减小风排瓦斯量，提高瓦斯抽采量和抽采瓦斯浓度，从而实现上隅角瓦斯超限的精准治理。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高位钻孔布置位置的确定方法，将瓦斯运移特性和顶板裂隙场分布特征结合起来进行精准定位，能够有效提高瓦斯抽采浓度，且干扰了采空区内流场，减少了钻孔数目，缩减了工程量从而降低瓦斯治理成本。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高位钻孔布置位置的确定方法，包括以下步骤：
S1：建立梯形顶板裂隙场几何模型：首先对层位进行选择，剔除不适合打钻孔的岩层，然后根据裂隙场的分布特征确定同一岩层裂隙率最大的位置，最终确定各类抽采钻孔的优选位置；
S2：分别计算用于抽采工作面初采期间遗煤瓦斯的低位钻孔布置位置、用于抽采工作面初采及正常回采期间瓦斯的中位钻孔布置位置和用于抽采工作面正常回采期间采空区瓦斯的高位钻孔布置位置。
进一步，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：确定模型高度，通过计算梯形裂隙场的几何模型高度，其中ht为裂隙带高度，∑M为累计采厚，几何模型的底部为煤层顶板；
S12：通过测量确定几何模型的煤壁支撑影响角θ。
进一步，所述步骤S12中，所述确定几何模型的煤壁支撑影响角θ的测量方法包括相似模拟或数值模拟方法。
进一步，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：依据各类瓦斯源的位置确定低位、中位、高位瓦斯抽采钻孔布置的大致高度Hf，依据确定抽采钻孔水平方向与回风巷的距离，其中L为周期来压步距；
S22：若瓦斯源对应的钻孔布置位置对应的岩层较为软弱，则应在对应高度Hf±20m范围内选择较适合岩层进行钻孔布置，钻孔与回风巷的距离依据步骤S21中的公式进行计算。
本发明的有益效果在于：本发明将裂隙场分布形态、施工难易程度与瓦斯源分布位置相结合，利用矿井瓦斯源分布特征与现场施工特点，在对瓦斯源卸压解吸瓦斯进行抽采的前提下减少了钻孔数目，提高了成孔概率，从而实现了瓦斯治理成本达到最低值的目标。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为梯形顶板裂隙场分布图；
图2为顶板长钻孔布置位置确定方法流程图；
图3为某矿4308工作面钻孔布置的俯视图；
图4为某矿4308工作面钻孔布置的I-I剖面图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明所述的一种顶板长钻孔布孔位置确定方法，如图2所示，包括以下步骤；
S1：建立梯形裂隙场的几何模型，如图1所示；该几何模型的构建原理为：高位钻孔的布置一般是由煤矿按照地质条件、回采高度、打钻工艺等确定最终钻孔布置层位，各类钻孔针对相应瓦斯源进行分源控制，在各类瓦斯源处存在多层多个位置能够实现瓦斯抽采孔布置的，首先对层位进行选择，剔除不适合打钻孔的岩层，然后根据裂隙场的分布特征确定同一岩层裂隙率最大的位置，最终确定各类抽采钻孔的优选位置。具体步骤为：
S11：确定模型高度，通过计算梯形裂隙场的几何模型高度，其中ht为裂隙带高度，∑M为累计采厚，几何模型的底部为煤层顶板。
S12：θ为几何模型的煤壁支撑影响角，可以通过相似模拟或数值模拟获得。
S2：计算抽采各个瓦斯源解吸瓦斯所需钻孔数目及高度，确定各瓦斯源所对应低位、中位、高位抽采瓦斯钻孔具体位置(即与回风巷距离和与煤层顶板高度)；若确定的位置所对应岩层不适合打岩层则，对钻孔位置进行修正，使得瓦斯治理成本达到最低阈值。具体步骤为：
S21：如图3、图4所示，在根据某矿的地质特征，设计高位、中位、低位钻孔在整个回风巷一侧裂隙场一侧均匀分布分布四类钻孔与煤层顶板的距离大致为20m、30m、40m、50m，代入公式(L为周期来压步距，取20m，θ为煤壁支撑影响角，这里取45°)得出四个钻孔与回风巷的距离分别为40m、50m、60m、70m，但根据实际钻孔地质图，该距离煤层顶板约70m处所对应的岩层为泥岩，不易成孔，故在应选择与煤层顶板距离55m处的石灰岩层布置抽采钻孔，并通过得出该钻孔的水平长度为75m，从而对50m高度岩层钻孔布置位置进行了修正，在实际的抽采过程中与该计算方法确定的位置较为吻合的2#、3#、4#钻孔抽采瓦斯浓度与流量均较大从而验证了本方法的合理性。
综上所述，对于采空区瓦斯的治理，使用本发明提出的基于顶板裂隙场分布的顶板长钻孔布置方法，能够将顶板裂隙场分布特征与瓦斯运移规律以及现场施工特点相结合，在实现瓦斯治理目的的前提下，瓦斯治理更加有针对性且钻孔成孔概率大钻孔数目少，使得煤矿企业瓦斯治理成本减少，实现了瓦斯的精准治理。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (4)
1.一种高位钻孔布置位置的确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：建立梯形顶板裂隙场几何模型：首先对层位进行选择，剔除不适合打钻孔的岩层，然后根据裂隙场的分布特征确定同一岩层裂隙率最大的位置，最终确定各类抽采钻孔的优选位置；
S2：分别计算用于抽采工作面初采期间遗煤瓦斯的低位钻孔布置位置、用于抽采工作面初采及正常回采期间瓦斯的中位钻孔布置位置和用于抽采工作面正常回采期间采空区瓦斯的高位钻孔布置位置。
2.根据权利要求1所述的高位钻孔布置位置的确定方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：确定模型高度，通过计算梯形裂隙场的几何模型高度，其中ht为裂隙带高度，∑M为累计采厚，几何模型的底部为煤层顶板；
S12：通过测量确定几何模型的煤壁支撑影响角θ。
3.根据权利要求2所述的高位钻孔布置位置的确定方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述确定几何模型的煤壁支撑影响角θ的测量方法包括相似模拟或数值模拟方法。
4.根据权利要求2所述的高位钻孔布置位置的确定方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：依据各类瓦斯源的位置确定低位、中位、高位瓦斯抽采钻孔布置的大致高度Hf，依据确定抽采钻孔水平方向与回风巷的距离，其中L为周期来压步距；
S22：若瓦斯源对应的钻孔布置位置对应的岩层较为软弱，则应在对应高度Hf±20m范围内选择较适合岩层进行钻孔布置，钻孔与回风巷的距离依据步骤S21中的公式进行计算。
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