CN110219692A - 利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，属于煤矿动力灾害预测预报领域。包括步骤：煤矿井下采掘工作面采用水排渣或者风排渣的形式施工瓦斯参数测定或者瓦斯抽采钻孔；利用钻头施钻时的扩孔效应，将铁质细管沿钻孔孔壁伸入钻孔内部，并向钻孔内部供风；利用数显型压差传感器精准测量铁质供风细管两侧压差，进而计算得出所供风量大小；结合打钻地点的瓦斯浓度、风量等数据，计算水排渣、风排渣条件下钻孔瓦斯涌出解吸量，瓦斯涌出解吸量间接反应煤体物理力学性质的差异；对施钻地点瓦斯突出危险性进行快速预测预报。本发明可实现井下突出危险性的快速预测，并为矿井通风瓦斯安全提供科学方法与先进技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿动力灾害预测预报领域，具体设计一种利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法。
背景技术
煤矿井下瓦斯抽采是目前瓦斯灾害防治最主要的手段，而钻孔工程则是预抽煤层瓦斯措施的重要构成部分。现阶段，煤矿井下单纯地施工钻孔进行瓦斯抽采或者煤层参数测定，钻孔施工时由于安全措施执行不到位，瓦斯超限事故时有发生，在钻孔施工过程中缺少同步的危险性判识手段。煤层瓦斯参数测定等工作是在钻孔施工完成后采取煤样进行实验室测定，在此过程中极易受到误差因素影响导致测定结果的准确性得不到保障，缺少在施钻过程中对潜在突出主控参数的研究与应用。钻孔瓦斯涌出量的测定是在钻孔施工完成之后，通过注浆封孔由仪器设备观测得到，整个工序操作繁琐，对过程的要求高，时效性也较差。煤矿井下钻孔施工过程中对瓦斯涌出数据的挖掘与应用也基本处于空白。
因此，有必要研究出一种利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，能够解决煤矿井下钻孔施工过程中瓦斯超限、瓦斯涌出解吸量快速测定、煤体物理力学性质快速判识等难题，可实现井下突出危险性的快速预测，并为矿井通风瓦斯安全提供科学方法与先进技术保障。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，能够解决煤矿井下钻孔施工过程中瓦斯超限、瓦斯涌出解吸量快速测定、煤体物理力学性质快速判识等难题，可实现井下突出危险性的快速预测，并为矿井通风瓦斯安全提供科学方法与先进技术保障。
本发明涉及一种利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：煤矿井下采掘工作面按照相关规程规定采用水排渣或者风排渣的形式正常施工瓦斯突出危险性预测钻孔或者瓦斯抽采钻孔；
步骤二：利用钻头施钻时的扩孔效应，将铁质细管沿钻孔孔壁伸入钻孔内部，并通过主动压风装置向钻孔内部供风；
步骤三：利用数显型压差传感器精准测量铁质供风细管两侧压差，由于供风细管的摩擦风阻R为反应几何特征的固定值，通过公式实时计算得出所供风量Q1大小；
步骤四：包含水排渣与风排渣两种情形，水排渣情形：结合悬挂在打钻地点的高低浓度甲烷传感器所测孔口的瓦斯浓度数据q，水排渣条件下通过公式q＝W/(Q1+W)×100％进而反演得出钻孔瓦斯涌出解吸量W；风排渣情形：利用安装在钻杆水尾部位的流量计精准测量所供风量Q2，瓦斯浓度数据q及主动压风量Q1，通过公式q＝W/(Q1+Q2+W)×100％反演得到钻孔瓦斯涌出解吸量W，瓦斯涌出解吸量间接反应煤体物理力学性质的差异；
步骤五：结合是否有喷孔现象、瓦斯浓度q、瓦斯涌出解吸量W、煤体物理力学性质四个突出主控参数，对施钻地点瓦斯突出危险性进行快速预测预报。
进一步，在所述步骤一中，排渣工艺：煤矿井下施工钻孔所采用的排渣工艺主要有水排渣、风排渣两种，采用水排渣工艺能够保证钻孔内只有涌出解吸的瓦斯W与压入钻孔的气体Q1，风排渣工艺时在孔口则是涌出解吸的瓦斯W、压入钻孔的气体Q1+Q2；
煤矿井下施工钻孔：用于煤层瓦斯突出突出危险性预测参数测定、煤层瓦斯抽采所需要施工的钻孔。
进一步，在所述步骤二中，利用钻头钻进的扩孔效应，将铁质细管沿钻孔壁深入钻孔内部，通过压风装置向钻孔内部供风。
进一步，在所述步骤三中，数显型压差传感器精确测量出供风细管两侧压差；
摩擦风阻式中：为摩擦阻力系数，查阅摩擦阻力系数表得；L为供风细管长度，m；U为供风细管周长，m；S为供风细管横截面积，m2；所述压入风量m3/min。
进一步，在所述步骤四中，高低浓度甲烷传感器：悬挂在施钻孔口位置，用于监测并实时显示孔口瓦斯浓度的传感器；
水排渣条件下瓦斯涌出解吸量W＝qQ1/(1-q)，m3/min；
风排渣条件下瓦斯涌出解吸量W＝q(Q1+Q2)/(1-q)，m3/min；
瓦斯涌出解吸量W指：反映钻进过程中煤中瓦斯涌出解吸量及解吸量的指标，间接反应煤体物理力学性质，煤质偏软，则瓦斯涌出解吸量偏大，反之亦然。
进一步，在所述步骤五中，喷孔现象：在煤矿井下施工钻孔过程中，在瓦斯压力的作用下，从钻孔短时、断续喷出瓦斯和煤粉，且喷出距离一般大于0.5m的异常动力现象；
瓦斯浓度：通过高低浓度甲烷传感器实时监测到的孔口瓦斯浓度数据；
瓦斯涌出解吸量：钻孔钻进过程中，孔内煤体及钻屑所释放的瓦斯量；
煤体物理力学性质：施钻区域煤体的软硬程度，煤质偏弱则瓦斯涌出解吸量增大，反之亦然；
施钻地点煤与瓦斯突出危险性快速预测预报：综合是否有喷孔现象、瓦斯浓度q、瓦斯涌出解吸量W、煤体物理力学性质四个突出主控参数，实现打钻地点突出危险性的快速预测预报。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1是本发明的部署示意图(水排渣)；
图2是本发明的部署示意图(风排渣)。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本发明首先提供了一种利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法。参见图1、图2，本实施例提供了采用水排渣、风排渣工艺条件下的部署示意图，主要包括：
步骤一：煤矿井下采掘工作面按照相关规程规定采用水排渣或者风排渣的形式正常施工瓦斯突出危险性预测钻孔或者瓦斯抽采钻孔；
步骤二：利用钻头施钻时的扩孔效应，将铁质细管沿钻孔孔壁伸入钻孔内部，并通过主动压风装置向钻孔内部供风；
步骤三：利用数显型压差传感器精准测量铁质供风细管两侧压差，由于供风细管的摩擦风阻R为反应几何特征的固定值，通过公式可实时计算得出所供风量Q1大小；
步骤四：包含水排渣与风排渣两种情形，水排渣情形：结合悬挂在打钻地点的高低浓度甲烷传感器所测孔口的瓦斯浓度数据q，水排渣条件下通过公式q＝W/(Q1+W)×100％进而反演得出钻孔瓦斯涌出解吸量W；风排渣情形：利用安装在钻杆水尾部位的流量计精准测量所供风量Q2，瓦斯浓度数据q及主动压风量Q1，通过公式q＝W/(Q1+Q2+W)×100％反演得到钻孔瓦斯涌出解吸量W，瓦斯涌出解吸量间接反应煤体物理力学性质的差异；
步骤五：结合是否有喷孔现象、瓦斯浓度q、瓦斯涌出解吸量W、煤体物理力学性质四个突出主控参数，对施钻地点瓦斯突出危险性进行快速预测预报。
关于步骤一的进一步说明：
所述的排渣工艺主要指：煤矿井下施工钻孔所采用的排渣工艺主要有水排渣、风排渣两种，采用水排渣工艺能够保证钻孔内只有涌出解吸的瓦斯W与压入钻孔的气体Q1，风排渣工艺时在孔口则是涌出解吸的瓦斯W、压入钻孔的气体Q1+Q2；所述煤矿井下施工钻孔主要指：用于煤层瓦斯突出突出危险性预测参数测定、煤层瓦斯抽采所需要施工的钻孔。
关于步骤二的进一步说明：
所述工艺主要指：利用钻头钻进的扩孔效应，将铁质细管沿钻孔壁深入钻孔内部，通过压风装置向钻孔内部供风。
关于步骤三的进一步说明：
所述的数显型压差传感器可以精确测量出供风细管两侧压差；所述摩擦风阻 式中：为摩擦阻力系数，可查阅摩擦阻力系数表所得；L为供风细管长度，m；U为供风细管周长，m；S为供风细管横截面积，m2；所述压入风量m3/min。
关于步骤四的进一步说明：
所述高低浓度甲烷传感器指：悬挂在施钻孔口位置，用于监测并实时显示孔口瓦斯浓度的传感器；所述水排渣条件下瓦斯涌出解吸量W＝qQ1/(1-q)，m3/min；所述风排渣条件下瓦斯涌出解吸量W＝q(Q1+Q2)/(1-q)，m3/min；所述瓦斯涌出解吸量W指：反映钻进过程中煤中瓦斯涌出解吸量及解吸量的指标，可间接反应煤体物理力学性质，煤质偏软，则瓦斯涌出解吸量偏大，反之亦然。
关于步骤五的进一步说明：
所述喷孔现象指：在煤矿井下施工钻孔过程中，在瓦斯压力的作用下，从钻孔短时、断续喷出瓦斯和煤粉，且喷出距离一般大于0.5m的异常动力现象；所述瓦斯浓度指：通过高低浓度甲烷传感器实时监测到的孔口瓦斯浓度数据；所述瓦斯涌出解吸量指：钻孔钻进过程中，孔内煤体及钻屑所释放的瓦斯量，可由前述公式计算得到；所述煤体物理力学性质指：施钻区域煤体的软硬程度，煤质偏弱则瓦斯涌出解吸量增大，反之亦然；所述施钻地点煤与瓦斯突出危险性快速预测预报指：综合是否有喷孔现象、瓦斯浓度q、瓦斯涌出解吸量W、煤体物理力学性质四个突出主控参数，实现打钻地点突出危险性的快速预测预报。
本发明利用煤层钻孔施工过程中瓦斯涌出数据反演得到突出主控参数的方法，能够解决煤矿井下钻孔施工过程中瓦斯超限、瓦斯涌出解吸量快速测定、煤体物理力学性质快速判识等难题，可实现井下突出危险性的快速预测，并为矿井通风瓦斯安全提供科学方法与先进技术保障。
Claims (6)
1.利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：煤矿井下采掘工作面按照相关规程规定采用水排渣或者风排渣的形式正常施工瓦斯突出危险性预测钻孔或者瓦斯抽采钻孔；
步骤二：利用钻头施钻时的扩孔效应，将铁质细管沿钻孔孔壁伸入钻孔内部，并通过主动压风装置向钻孔内部供风；
步骤三：利用数显型压差传感器精准测量铁质供风细管两侧压差，由于供风细管的摩擦风阻R为反应几何特征的固定值，通过公式实时计算得出所供风量Q1大小；
步骤四：包含水排渣与风排渣两种情形，水排渣情形：结合悬挂在打钻地点的高低浓度甲烷传感器所测孔口的瓦斯浓度数据q，水排渣条件下通过公式q＝W/(Q1+W)×100％进而反演得出钻孔瓦斯涌出解吸量W；风排渣情形：利用安装在钻杆水尾部位的流量计精准测量所供风量Q2，瓦斯浓度数据q及主动压风量Q1，通过公式q＝W/(Q1+Q2+W)×100％反演得到钻孔瓦斯涌出解吸量W，瓦斯涌出解吸量间接反应煤体物理力学性质的差异；
步骤五：结合是否有喷孔现象、瓦斯浓度q、瓦斯涌出解吸量W、煤体物理力学性质四个突出主控参数，对施钻地点瓦斯突出危险性进行快速预测预报。
2.根据权利要求1所述的利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，其特征在于：在所述步骤一中，排渣工艺：煤矿井下施工钻孔所采用的排渣工艺主要有水排渣、风排渣两种，采用水排渣工艺能够保证钻孔内只有涌出解吸的瓦斯W与压入钻孔的气体Q1，风排渣工艺时在孔口则是涌出解吸的瓦斯W、压入钻孔的气体Q1+Q2；
煤矿井下施工钻孔：用于煤层瓦斯突出突出危险性预测参数测定、煤层瓦斯抽采所需要施工的钻孔。
3.根据权利要求1所述的利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，其特征在于：在所述步骤二中，利用钻头钻进的扩孔效应，将铁质细管沿钻孔壁深入钻孔内部，通过压风装置向钻孔内部供风。
4.根据权利要求1所述的利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，其特征在于：在所述步骤三中，数显型压差传感器精确测量出供风细管两侧压差；
摩擦风阻式中：为摩擦阻力系数，查阅摩擦阻力系数表得；L为供风细管长度，m；U为供风细管周长，m；S为供风细管横截面积，m2；所述压入风量m3/min。
5.根据权利要求1所述的利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，其特征在于：在所述步骤四中，高低浓度甲烷传感器：悬挂在施钻孔口位置，用于监测并实时显示孔口瓦斯浓度的传感器；
水排渣条件下瓦斯涌出解吸量W＝qQ1/(1-q)，m3/min；
风排渣条件下瓦斯涌出解吸量W＝q(Q1+Q2)/(1-q)，m3/min；
瓦斯涌出解吸量W指：反映钻进过程中煤中瓦斯涌出解吸量及解吸量的指标，间接反应煤体物理力学性质，煤质偏软，则瓦斯涌出解吸量偏大，反之亦然。
6.根据权利要求1所述的利用煤层钻孔施工中瓦斯涌出数据反演突出主控参数的方法，其特征在于：在所述步骤五中，喷孔现象：在煤矿井下施工钻孔过程中，在瓦斯压力的作用下，从钻孔短时、断续喷出瓦斯和煤粉，且喷出距离一般大于0.5m的异常动力现象；
瓦斯浓度：通过高低浓度甲烷传感器实时监测到的孔口瓦斯浓度数据；
瓦斯涌出解吸量：钻孔钻进过程中，孔内煤体及钻屑所释放的瓦斯量；
煤体物理力学性质：施钻区域煤体的软硬程度，煤质偏弱则瓦斯涌出解吸量增大，反之亦然；
施钻地点煤与瓦斯突出危险性快速预测预报：综合是否有喷孔现象、瓦斯浓度q、瓦斯涌出解吸量W、煤体物理力学性质四个突出主控参数，实现打钻地点突出危险性的快速预测预报。
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