CN113187550B - 一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法 - Google Patents

一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，该预测方法针对同一煤矿同一煤层条件下，通过以下步骤实现：首先通过在煤层施工穿层钻孔，测定或者计算得出临界瓦斯压力P对应的瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基；将得到的基准瓦斯流量Q(t)基进行线性回归，形成基准流量曲线；在预测区域施工预测穿层钻孔，直接延时测量各时刻t瓦斯流量，为预测瓦斯流量Q(t)预，将预测瓦斯流量Q(t)预进行线性回归，形成预测流量曲线；判断预测流量曲线是否在基准流量曲线上方或预测流量曲线与基准流量曲线有交叉，判断预测区域煤层是否具有煤与瓦斯突出危险性。本发明的预测方法时间短、成本低、准确性高，可用于解决煤与瓦斯突出预测效率低的问题。

Description

一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法
技术领域
本发明属于煤矿煤与瓦斯突出预测技术领域,具体涉及一种对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法。
背景技术
据专业机构调查显示，经过2014-2017年煤炭资源整合后，我国仍有近700座煤与瓦斯突出矿井，并且随着煤矿开采深度的不断增加，煤层瓦斯压力和瓦斯含量不断升高，突出矿井数量仍会进一步加大，瓦斯灾害防治形势依然严峻。国内外煤矿突出煤层开采实践表明，突出灾害发生的位置往往具有明显的区域特征，突出煤层中具有潜在危险的区域仅占总采掘面积的10％～30％。故《防治煤与瓦斯突出细则》明确要求突出矿井应当依据井下实测瓦斯参数等资料对开采的突出煤层进行区域突出危险性预测，将突出煤层划分为无突出危险区和突出危险区，以有效指导采掘工作面设计和采掘生产作业。由此可见，进行区域突出危险性预测，不仅是合理预防煤与瓦斯突出事故发生，保障矿井安全生产的第一要务，并且能有效指导防突措施、减少瓦斯防治工程量，大幅提高突出矿井的生产工作效率，使瓦斯灾害防治工作有的放矢。
煤与瓦斯突出是煤矿井下生产过程中发生的一种极其复杂的动力现象，在地应力和瓦斯压力共同作用下能使煤层内部煤体和瓦斯在较短的时间内突然向巷道或采场喷出，在此过程中，瓦斯压力、地应力、煤体强度等多个因素都会对煤与瓦斯突出的发生产生影响。同时，煤矿井下地质构造、煤炭开采方式等也会改变地应力和瓦斯压力，进一步影响煤与瓦斯突出的发生。因此，对多因素影响的煤与瓦斯突出进行预测是非常困难的。
现阶段，传统的煤与瓦斯突出突出预测方法主要包括瓦斯压力和瓦斯含量预测方法，但由于瓦斯压力和瓦斯含量测试时间在半个月以上，并且测试成本相对较高，这种预测方法仅考虑了瓦斯压力或瓦斯含量单个因素，且预测指标的临界值的大小会随着不同地区不同矿井而有所不同，这些因素造成煤与瓦斯突出预测结果准确度不高。此外广大科研工作者对区域突出危险性预测技术进行了改进与创新，通过技术引进开发出了电磁法、人工智能法、直流电法等一系列区域突出危险性预测新方法，这些方法彻底改变了原有区域预测指标体系，对煤矿工作人员而言相对陌生，并且技术的普遍适应性还有待加强，应用推广程度也不高。
发明内容
针对煤与瓦斯突出预测难题，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，该预测方法时间短、成本低、准确性高，可用于解决煤与瓦斯突出预测效率低的问题，对煤矿安全生产起到了良好的指导作用。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，该预测方法针对同一煤矿同一煤层条件下，通过以下步骤实现：
A.施工1号穿层钻孔并测定煤层瓦斯压力P测1；
B.对测定煤层瓦斯压力P测1进行判断，若0.70MPa≤测定煤层瓦斯压力P测1≤0.74MPa，延时测试各时刻t瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基，则直接执行步骤H；
C.若P测1＜0.70MPa或P测1＞0.74MPa，延时测试各时刻t瓦斯流量Q(t)测1，则执行步骤D～步骤F；
D.施工2号穿层钻孔并测定煤层瓦斯压力P测2；
E.对测定煤层瓦斯压力P测2进行判断，若0.70MPa≤测定煤层瓦斯压力P测2≤0.74MPa，延时测试各时刻t瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基，则直接执行步骤H；
F.若P测2＜0.70MPa或P测2＞0.74MPa，延时测试各时刻t瓦斯流量Q(t)测2；则执行步骤G；
G.通过计算得出临界瓦斯压力P对应的瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基；
H.将步骤B或步骤E或步骤G得到的基准瓦斯流量Q(t)基进行线性回归，形成的钻孔瓦斯流量曲线为基准流量曲线；
I.在预测区域施工预测穿层钻孔，直接延时测量各时刻t瓦斯流量，为预测瓦斯流量Q(t)预；
J.将预测瓦斯流量Q(t)预进行线性回归，形成的瓦斯流量曲线为预测流量曲线；
K.判断预测流量曲线是否在基准流量曲线上方或预测流量曲线与基准流量曲线有交叉，若是，预测区域煤层具有煤与瓦斯突出危险性；否则，预测区域煤层不具有煤与瓦斯突出危险性。
进一步地，所述步骤G通过计算得出临界瓦斯压力对应的瓦斯流量，具体为采用如下公式进行计算：
Figure GDA0003303163660000041
其中D(t)为瓦斯压力系数，表示瓦斯压力相差1MPa条件下，各时刻t瓦斯流量的差值；t取0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h；
若|P-P测1|＜|P-P测2|，其中，P为临界瓦斯压力，P＝0.74MPa，采用公式Q(t)基＝Q(t)测1+(0.74-P测1)·D(t)，计算出临界瓦斯压力P＝0.74MPa对应的各时刻t瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基；
若|P-P测1|≥|P-P测2|，其中，P为临界瓦斯压力，P＝0.74MPa，采用公式Q(t)基＝Q(t)测2+(0.74-P测2)·D(t)，计算出临界瓦斯压力P＝0.74MPa对应的各时刻t瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基。
进一步地，所述的延时测试各时刻t瓦斯流量，指分别延时测量t为0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h时刻的瓦斯流量。
进一步地，所述将基准瓦斯流量Q(t)基进行线性回归，为指数函数或幂函数或多项式函数曲线，选拟合度最高的曲线。
进一步地，所述将预测瓦斯流量Q(t)预进行线性回归，为指数函数或幂函数或多项式函数曲线，选拟合度最高的曲线。
与现有技术相比，本发明采用上述技术方案，具有如下优势：
本发明能够有效的应用于煤与瓦斯突出预测，钻孔瓦斯流量测试与目前常用的瓦斯压力、瓦斯含量等预测方法相比，具有测试步骤简单，测试时间短、成本低等优势，并且采用流量曲线对比进行预测的方法也克服了单个流量指标预测准确度低的不足，保证了预测的准确度。
附图说明
图1为本发明的基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法的流程图；
图2为实施例一中通过测点得出的基准流量曲线与预测流量曲线对比示意图；
图3为实施例二中通过计算得出的基准流量曲线与预测流量曲线对比示意图；
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的一部分实施例，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。
实施例一
参照图1-图2，一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，该预测方法针对同一煤矿同一煤层条件下，通过以下步骤实现：
A.获取施工1号穿层钻孔并测定煤层瓦斯压力P测1＝0.73MPa；
B.对测定煤层瓦斯压力P测1进行判断，0.7MPa≤测定煤层瓦斯压力P测1≤0.74MPa成立；延时测试各时刻t为0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h时刻的瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基；
H.将基准瓦斯流量Q(t)基进行幂函数线性回归，得出Q(t)基＝5.4294t-0.228为基准流量曲线，拟合度为R2＝0.9136；
I.在预测区域施工预测穿层钻孔(预测区域与步骤A施工1号穿层钻孔处于同一煤矿同一煤层，且与步骤A施工1号钻孔参数相同或相近，钻孔参数主要包括钻孔倾角、岩石孔长度及煤层孔长度)，延时测量t为0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h时刻的预测瓦斯流量Q(t)预；
J.对预测瓦斯流量Q(t)预进行幂函数线性回归，形成的瓦斯流量曲线为预测流量曲线Q(t)预＝3.5198t-0.261，拟合度为R2＝0.7018。
K.判断预测流量曲线是否在基准流量曲线上方或预测流量曲线与基准流量曲线有交叉，若是，预测区域煤层具有煤与瓦斯突出危险性；否则，预测区域煤层不具有煤与瓦斯突出危险性。
如图2所示，本实施例一的预测流量曲线Q(t)预在基准流量曲线Q(t)基下方，预测区域不具有煤与瓦斯突出危险性。
实施例二
参见图1和图3，一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，该预测方法针对同一煤矿同一煤层条件下，通过以下步骤实现：
A.施工1号穿层钻孔并测定煤层瓦斯压力P测1＝0.53MPa；
B.0.7MPa≤P测1≤0.74MPa不成立，执行步骤C；
C.P测1＜0.70MPa，延时测量各时刻t为0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h时刻瓦斯流量Q(t)测1，
D.施工2号穿层钻孔并测定煤层瓦斯压力P测2＝0.91MPa；
E.0.7MPa≤P测2≤0.74MPa不成立，执行步骤F；
F.P测2＞0.74MPa，延时测量各时刻t为0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h时刻的瓦斯流量Q(t)测2；
G.根据公式
Figure GDA0003303163660000071
其中D(t)为瓦斯压力系数，表示瓦斯压力相差1MPa条件下，各时刻t瓦斯流量的差值；t取0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h；
并且，|P-P测1|＝|0.74-0.53|＝0.21＞|P-P测2|＝|0.74-0.91|＝0.17，其中，P为临界瓦斯压力，P＝0.74MPa，确定Q(t)基＝Q(t)测2+(0.74-P测2)·D(t)，即通过计算得出临界瓦斯压力P＝0.74MPa对应的瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基；
H.将基准瓦斯流量Q(t)基进行幂函数线性回归，Q(t)基＝4.9625t-0.232为基准流量曲线，拟合度为R2＝0.9293；
I.在预测区域施工预测穿层钻孔(预测区域与施工1号穿层钻孔及施工2号穿层钻孔处于同一煤矿同一煤层，且与步骤A及步骤D施工的1号和2号穿层钻孔参数相同或相近，钻孔参数主要包括钻孔倾角、岩石孔长度及煤层孔长度)，延时测量各时刻t为0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h时刻的预测瓦斯流量Q(t)预；
J.对预测瓦斯流量Q(t)预进行幂函数线性回归，形成的瓦斯流量曲线为预测流量曲线Q(t)预＝3.9494t-0.319，拟合度为R2＝0.6674；
K.判断预测流量曲线是否在基准流量曲线上方或预测流量曲线与基准流量曲线有交叉，若是，预测区域煤层具有煤与瓦斯突出危险性；否则，预测区域煤层不具有煤与瓦斯突出危险性。
参见附图3，本实施例二的预测流量曲线Q(t)预在基准流量曲线Q(t)基下方，预测区域不具有煤与瓦斯突出危险性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，其特征在于，该预测方法针对同一煤矿同一煤层条件下，通过以下步骤实现：
A.施工1号穿层钻孔并测定煤层瓦斯压力P测1；
B.对测定煤层瓦斯压力P测1进行判断，若0.70MPa≤测定煤层瓦斯压力P测1≤0.74MPa，延时测试各时刻t瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基，则直接执行步骤H；
C.若P测1＜0.70MPa或P测1＞0.74MPa，延时测试各时刻t瓦斯流量Q(t)测1，则执行步骤D～步骤F；
D.施工2号穿层钻孔并测定煤层瓦斯压力P测2；
E.对测定煤层瓦斯压力P测2进行判断，若0.70MPa≤测定煤层瓦斯压力P测2≤0.74MPa，延时测试各时刻t瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基，则直接执行步骤H；
F.若P测2＜0.70MPa或P测2＞0.74MPa，延时测试各时刻t瓦斯流量Q(t)测2；则执行步骤G；
G.通过计算得出临界瓦斯压力P对应的瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基；
具体为采用如下公式进行计算：
Figure FDA0003303163650000011
其中D(t)为瓦斯压力系数，表示瓦斯压力相差1MPa条件下，各时刻t瓦斯流量的差值；t取0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h；
若|P-P测1|＜|P-P测2|，其中，P为临界瓦斯压力，P＝0.74MPa，采用公式Q(t)基＝Q(t)测1+(0.74-P测1)·D(t)，计算出临界瓦斯压力P＝0.74MPa对应的各时刻t瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基；
若|P-P测1|≥|P-P测2|，其中，P为临界瓦斯压力，P＝0.74MPa，采用公式Q(t)基＝Q(t)测2+(0.74-P测2)·D(t)，计算出临界瓦斯压力P＝0.74MPa对应的各时刻t瓦斯流量，为基准瓦斯流量Q(t)基；
H.将步骤B或步骤E或步骤G得到的基准瓦斯流量Q(t)基进行线性回归，形成的钻孔瓦斯流量曲线为基准流量曲线；
I.在预测区域施工预测穿层钻孔，直接延时测量各时刻t瓦斯流量，为预测瓦斯流量Q(t)预；
J.将预测瓦斯流量Q(t)预进行线性回归，形成的瓦斯流量曲线为预测流量曲线；
K.判断预测流量曲线是否在基准流量曲线上方或预测流量曲线与基准流量曲线有交叉，若是，预测区域煤层具有煤与瓦斯突出危险性；否则，预测区域煤层不具有煤与瓦斯突出危险性。
2.如权利要求1所述的一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，其特征在于，所述的延时测试各时刻t瓦斯流量，指分别延时测量t为0.08h、0.5h、1h、2h、3h、4h、5h、10h、24h、48h、72h、96h、120h时刻的瓦斯流量。
3.如权利要求1所述的一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，其特征在于，所述将基准瓦斯流量Q(t)基进行线性回归，为指数函数或幂函数或多项式函数曲线，选拟合度最高的曲线。
4.如权利要求1所述的一种基于对比钻孔瓦斯流量曲线的煤与瓦斯突出预测方法，其特征在于，所述将预测瓦斯流量Q(t)预进行线性回归，为指数函数或幂函数或多项式函数曲线，选拟合度最高的曲线。
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