CN110410060A - 一种钻孔有效影响半径快速测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钻孔有效影响半径快速测定方法，通过在煤层中施工发射孔和探测钻孔，然后在孔内分别布置发射源与探测器，利用精准CT探测技术探测不同抽采时间煤层瓦斯压力的变化规律，根据煤层瓦斯压力的变化，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径，对于钻孔的合理布置以及提高抽采效率降低煤与瓦斯突出灾害等具有重要意义；其测试方法简单，操作性强，测量速度快，效果好，在本领域中具有广泛的实用性。

Description

一种钻孔有效影响半径快速测定方法
技术领域
本发明涉及瓦斯抽采领域，具体涉及一种钻孔有效影响半径快速测定方法。
背景技术
近年来，随着煤矿开采深度和强度的增加，矿井的开采环境持续恶化，地质构造较浅部煤层更加复杂，煤层瓦斯压力不断增大，且煤层透气性较低，瓦斯抽采极其困难，给煤矿的安全生产带来很大考验。由于钻孔有效抽采半径无法准确测定，导致煤层钻孔无法进行合理的布置。准确及时的确定不同抽采时间内煤层瓦斯压力的变化情况，对煤层钻孔有效影响半径的确定以及钻孔的合理布置等具有重要意义。而目前我国大部分煤矿测定钻孔有效影响半径的方法大都通过在现场进行打钻，然后利用传感器进行测量煤层瓦斯压力，这种方法不能准确快速的测量钻孔的有效影响半径，且测量结果误差较大。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种钻孔有效影响半径快速测定方法，其基于精准CT探测技术，通过在煤层中施工发射孔和探测钻孔，然后在孔内分别布置发射源与探测器，利用精准CT探测技术探测不同抽采时间后煤层瓦斯压力的变化规律，结合相关规定，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种钻孔有效影响半径快速测定方法，具体包括以下步骤：
S1：在底抽巷向上方煤层中施工发射孔和若干个探测钻孔，其中探测钻孔与发射孔呈交叉十字型布置；
S2：在发射孔中放置发射源，在探测钻孔中分别放入探测器，探测器与发射源保持在同一平面内，发射源与电源电性连接，探测器分别电性连接在一个数模转化器上，数模转化器电性连接显示器，探测器、数模转化器以及显示器分别与电源电性连接，然后将发射孔和探测钻孔进行封孔；
S3：将发射孔连入抽采系统，进行瓦斯抽采作业；
S4：开启发射源和探测器，发射源发射X射线或者振动波，对发射孔周围煤层扫描探测，利用探测器探测接收发射孔周围1～10m范围的瓦斯压力随抽采时间的变化对应的CT值变化；
S5：若干个探测器将不同时间内接收到的波源通过数模转化器的数模转换计算后，在显示器内显示发射孔周围1～10m内的瓦斯压力对应CT值变化；
S6：根据实验室测试的不同瓦斯压力与CT值的定量变化关系，进一步反演得到不同抽采时间内发射孔周围煤层瓦斯压力的变化规律；
S7：根据不同抽采时间内瓦斯压力的变化，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径。
优选地，发射孔的孔径为113mm，探测钻孔的孔径为200mm。
优选地，步骤S1与步骤S2中探测钻孔与探测器的数量均为4个。
优选地，探测钻孔距离发射孔的距离范围为1～10m。
优选地，步骤S7中，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径的方法如下：
根据实测煤层瓦斯含量曲线的变化规律及预抽率与残余瓦斯压力之间关系如下：
式中：
A为煤层瓦斯含量系数，m3/(t.MPa0.5)；
η为瓦斯预抽率；
p为原始瓦斯压力，MPa；
pc为残余瓦斯压力，MPa；
q为原始瓦斯含量，m3/t；
qc为残余瓦斯含量，m3/t；
根据预抽率达到30％的规定要求，结合上述公式得到pc＜49％p，即瓦斯压力下降应大于原始瓦斯压力的一半以上，同时根据残余瓦斯含量小于8m3/t的规定要求，结合公式得到pc≤64/q2·p；将pc/p≤min{50％，64/q2}作为确定钻孔有效影响半径的指标。
本发明的有益效果在于：本发明基于精准CT探测技术，通过在煤层中施工发射孔和探测钻孔，然后在孔内分别布置发射源与探测器，利用精准CT探测技术探测不同抽采时间后煤层瓦斯压力的变化规律；根据煤层瓦斯压力的变化，结合相关规定，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径；在深部煤层中准确测量钻孔有效抽采半径，对于钻孔的合理布置以及提高抽采效率降低煤与瓦斯突出灾害等具有重要意义；其测试方法简单，操作性强，测量速度快，效果好，在本领域中具有广泛的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中的一种钻孔有效影响半径快速测定方法中各部件的布置示意图；
图2是本发明实施例中的发射孔和探测钻孔布置示意图。
附图标记说明：
1－电源，2－显示器，3－数模转化器，4－发射源，5－探测器，6－发射孔，7－探测钻孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图2所示，一种钻孔有效影响半径快速测定方法，具体包括以下步骤：
S1：在底抽巷向上方煤层中施工发射孔6和若干个探测钻孔7，其中探测钻孔7与发射孔6呈交叉十字型布置，发射孔6的孔径为113mm，探测钻孔7的孔径为200mm；
S2：在发射孔6中放置发射源4，在探测钻孔7中分别放入探测器5，探测器5与发射源4保持在同一平面内，发射源4与电源1电性连接，探测器5分别电性连接在一个数模转化器3上，数模转化器3电性连接显示器2，探测器5、数模转化器3以及显示器2分别与电源1电性连接，然后将发射孔6和探测钻孔7进行封孔；
S3：将发射孔6连入抽采系统，进行瓦斯抽采作业；
S4：开启发射源4和探测器5，发射源4发射X射线或者振动波，对发射孔6周围煤层扫描探测，利用探测器5探测接收发射孔6周围1～10m范围的瓦斯压力随抽采时间的变化对应的CT值变化；
S5：若干个探测器5将不同时间内接收到的波源通过数模转化器3的数模转换计算后，在显示器2内显示发射孔6周围1～10m内的瓦斯压力对应CT值变化；
S6：根据实验室测试的不同瓦斯压力与CT值的定量变化关系，进一步反演得到不同抽采时间内发射孔周围煤层瓦斯压力的变化规律；
S7：根据不同抽采时间内瓦斯压力的变化，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径。
步骤S1与步骤S2中探测钻孔7与探测器5的数量均为4个。
探测钻孔7距离发射孔6的距离范围为1～10m。
步骤S7中，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径的方法如下：
根据实测煤层瓦斯含量曲线的变化规律及预抽率与残余瓦斯压力之间关系如下：
式中：
A为煤层瓦斯含量系数，m3/(t.MPa0.5)；
η为瓦斯预抽率；
p为原始瓦斯压力，MPa；
pc为残余瓦斯压力，MPa；
q为原始瓦斯含量，m3/t；
qc为残余瓦斯含量，m3/t；
根据预抽率达到30％的规定要求，结合上述公式得到pc＜49％p，即瓦斯压力下降应大于原始瓦斯压力的一半以上，同时根据残余瓦斯含量小于8m3/t的规定要求，结合公式得到pc≤64/q2·p；将pc/p≤min{50％，64/q2}作为确定钻孔有效影响半径的指标。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种钻孔有效影响半径快速测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在底抽巷向上方煤层中施工发射孔和若干个探测钻孔，其中探测钻孔与发射孔呈交叉十字型布置；
S2：在发射孔中放置发射源，在探测钻孔中分别放入探测器，探测器与发射源保持在同一平面内，发射源与电源电性连接，探测器分别电性连接在一个数模转化器上，数模转化器电性连接显示器，探测器、数模转化器以及显示器分别与电源电性连接，然后将发射孔和探测钻孔进行封孔；
S3：将发射孔连入抽采系统，进行瓦斯抽采作业；
S4：开启发射源和探测器，发射源发射X射线或者振动波，对发射孔周围煤层扫描探测，利用探测器探测接收发射孔周围1～10m范围的瓦斯压力随抽采时间的变化对应的CT值变化；
S5：若干个探测器将不同时间内接收到的波源通过数模转化器的数模转换计算后，在显示器内显示发射孔周围1～10m内的瓦斯压力对应CT值变化；
S6：根据实验室测试的不同瓦斯压力与CT值的定量变化关系，进一步反演得到不同抽采时间内发射孔周围煤层瓦斯压力的变化规律；
S7：根据不同抽采时间内瓦斯压力的变化，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径。
2.如权利要求1所述的一种钻孔有效影响半径快速测定方法，其特征在于：发射孔的孔径为113mm，探测钻孔的孔径为200mm。
3.如权利要求1所述的一种钻孔有效影响半径快速测定方法，其特征在于：步骤S1与步骤S2中探测钻孔与探测器的数量均为4个。
4.如权利要求1所述的一种钻孔有效影响半径快速测定方法，其特征在于：探测钻孔距离发射孔的距离范围为1～10m。
5.如权利要求1所述的一种钻孔有效影响半径快速测定方法，其特征在于：步骤S7中，确定抽采一定时间后钻孔的有效抽采半径的方法如下：
根据实测煤层瓦斯含量曲线的变化规律及预抽率与残余瓦斯压力之间关系如下：
式中：
A为煤层瓦斯含量系数，m3/(t.MPa0.5)；
η为瓦斯预抽率；
p为原始瓦斯压力，MPa；
pc为残余瓦斯压力，MPa；
q为原始瓦斯含量，m3/t；
qc为残余瓦斯含量，m3/t；
根据预抽率达到30％的规定要求，结合上述公式得到pc＜49％p，即瓦斯压力下降应大于原始瓦斯压力的一半以上，同时根据残余瓦斯含量小于8m3/t的规定要求，结合公式得到pc≤64/q2·p；将pc/p≤min{50％，64/q2}作为确定钻孔有效影响半径的指标。
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