CN113944512B - 基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法 - Google Patents
基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，属于瓦斯灾害预测领域，包括S1：监测钻孔施工时的钻孔钻进位置或者钻进深度L、钻机工况W、瓦斯流量q、孔口气压p、钻屑量S、钻屑分选系数r、钻屑颜色G、一氧化碳浓度y以及孔口气渣温度T；S2：通过钻孔钻进位置或钻进深度或钻屑量及钻机工况，确定钻机钻进位置及深度；S3：对灾害或风险进行等级划分；S4：沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害透视；S5：工作面瓦斯灾害透视；S6：工作面地质构造及风险透视；S7：工作面煤层赋存及风险透视；S8：工作面应力风险透视；S9：钻孔火灾风险透视。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯灾害预测领域，涉及一种基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法。
背景技术
瓦斯灾害精准预测是高瓦斯、突出矿井在有效预防瓦斯灾害的前提下实现矿井降本增效的主要方法。而传统的瓦斯含量、瓦斯压力、钻屑指标、符合指标等瓦斯灾害预测技术是一种间断式、点预测技术，存在以点代面、钻测分离以及在时空上不连续等缺陷，同时也容易受到人为因素的干扰，在预测的准确性以及效率上，不能满足煤矿自动化、智能化采掘工作面生产需要。其他非接触式、连续预测技术(诸如瓦斯涌出、声发射、电磁辐射等)又因为预测深度的超前性无法达到瓦斯灾害区域预测的能力，难以满足区域瓦斯灾害预测的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，通过监测钻孔施工时的钻孔瓦斯涌出、孔口气压、钻屑及其分布、温度等钻孔多元信息，并根据钻孔多元信息特征与煤层瓦斯含量、地质构造、煤体结构、地应力分布等与瓦斯灾害密切相关的致灾影响因素之间关系，构建瓦斯灾害沿钻孔随钻预测模型，实现瓦斯灾害随钻连续预测，并进一步实现区域瓦斯灾害透视云图，实现瓦斯灾害从点预测向线预测、面预测的跨越式发展。为高瓦斯、突出矿井智能化工作面建设提供重要的安全保障。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，包括以下步骤：
S1：监测钻孔施工时的钻孔钻进位置或者钻进深度L、钻机工况W、瓦斯流量q、孔口气压p、钻屑量S、钻屑分选系数r、钻屑颜色G、一氧化碳浓度y以及孔口气渣温度T；
S2：通过钻孔钻进位置或钻进深度或钻屑量及钻机工况，确定钻机钻进位置及深度；
S3：对灾害或风险进行等级划分；
S4：沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害透视；
S5：工作面瓦斯灾害透视，以沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害等级划分为依据，划分工作面瓦斯灾害等级，相邻钻孔以中线为划分灾害等级影响范围；
S6：工作面地质构造及风险透视；
S7：工作面煤层赋存及风险透视；
S8：工作面应力风险透视；
S9：钻孔火灾风险透视。
进一步，步骤S1中监测的各数据按照预设时间间隔和预设单位钻进深度间隔进行平均计量，计量公式如下：
式中：qti表示第i分钟钻孔瓦斯涌出量均值；qtij表示第j秒钻孔瓦斯涌出量；qLi表示第i米钻孔进尺时间内瓦斯涌出量均值；qLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔瓦斯涌出量；xti表示第i分钟钻孔瓦斯浓度均值；xtij表示第j秒钻孔瓦斯浓度；xLi表示第i米钻孔进尺时间内瓦斯浓度均值；xLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔瓦斯浓度；pti表示第i分钟钻孔孔口瓦斯压力均值；ptij表示第j秒钻孔孔口瓦斯压力；pLi表示第i米钻孔进尺时间内钻孔孔口瓦斯压力均值；pLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔孔口瓦斯压力；Sti表示第i分钟钻孔钻屑量；Stij表示第j秒钻孔钻屑量；SLi表示第i米钻孔进尺时间内钻屑量；SLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔钻屑量；rti表示第i分钟钻孔钻屑分选系数均值；S1-3ti表示第i分钟钻孔1-3级钻屑量；rLi表示第i米钻孔进尺时间内钻屑分选系数均值；S1-3Lij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔1-3级钻屑量；Gti表示第i分钟钻孔钻屑颜色；GLi表示第i米钻孔进尺时间内钻屑颜色；yti表示第i分钟钻孔一氧化碳涌出浓度均值；ytij表示第j秒钻孔一氧化碳瓦斯涌出浓度；yLi表示第i米钻孔进尺时间内一氧化碳涌出浓度均值；yLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔一氧化碳涌出浓度；Tti表示第i分钟钻孔孔口气渣温度均值；Ttij表示第j秒钻孔孔口气渣温度；TLi表示第i米钻孔进尺时间内钻孔孔口气渣温度均值；TLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻钻孔孔口气渣温度；Wti表示第i分钟钻机工况均值；Wtij表示第j秒钻钻机工况；WLi表示第i米钻孔进尺时间内钻机工均值；WLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻机工况；n表示第i分钟内钻孔瓦斯涌出量计数次数；m表示钻孔施工第i米时间内钻孔瓦斯涌出量计数次数。
进一步，步骤S3中将灾害和风险划分为多个等级，包括无风险、低风险、中风险、高风险、极高风险。
进一步，步骤S4中，绘制沿钻孔钻进的瓦斯流量q、瓦斯浓度x、孔口气压p以及孔口气渣温度T曲线图，从而实现沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害透视，灾害等级的划分依据钻孔瓦斯流量反演的瓦斯含量、钻孔瓦斯流量、孔口气压、孔口气渣温度，判定规则如下：
①建立钻孔瓦斯流量与钻孔钻进位置瓦斯含量关系模型；该模型以现场考察为准，通过测定钻孔10m、20m、30、40m、50m处瓦斯含量与钻孔施工这些位置时的钻孔瓦斯涌出量，拟合瓦斯涌出量与瓦斯含量的关系模型；采用钻孔孔壁瓦斯涌出、钻屑瓦斯解吸模型，构建钻孔瓦斯涌出与瓦斯含量的关系方程；通过瓦斯含量分级分析钻孔钻进瓦斯灾害；
②如果没有建立瓦斯流量与瓦斯含量关系模型，则分析钻孔瓦斯流量发展及其变化，不同钻孔直径会存在一定差异；通过瓦斯涌出量分级分析钻孔钻进位置瓦斯灾害；
③孔口气压明显增大时，判定为钻孔瓦斯喷孔，当孔口气压明显增大时，判定钻孔钻进位置瓦斯灾害等级，反之则不做判定；
④当钻孔孔口气渣温度明显降低时，判定钻孔钻进位置瓦斯灾害等级。
进一步，步骤S6中，绘制沿钻孔钻进的钻屑量S、钻屑分选系数r、钻屑颜色G、一氧化碳浓度y以及孔口气渣温度T曲线图，从而实现沿钻孔钻进位置的地质构造及风险等级划分，风险等级的划分依据钻孔钻屑量、钻屑分选系数、钻屑颜色、一氧化碳浓度以及孔口气渣温度，判定规则如下：
①当钻屑颜色为白色或者与煤炭颜色相差较大时，判定钻孔钻进位置遇到地质构造；地质构造区域钻孔瓦斯涌出量与喷孔现象，则按照瓦斯风险等级进行划分；
②当钻孔钻屑为黑色、钻机工况降低且钻孔排渣量增加时，判定钻孔钻进位置遇到地质构造；
③钻孔钻进位置遇地质构造，对其风险等级划分为：一级：无地质构造；二级：有地质构造，但钻屑量和钻孔瓦斯无异常；三级：有地质构造，钻屑量增加至S2或瓦斯风险等级达到三级；四级：有地质构造，钻屑量增加至S3或瓦斯风险等级达到四级；五级：有地质构造，钻孔出现喷孔现象；
S1＝πR0 2·ρ
S2＝3S1
式中：R0表示钻孔半径；ρ表示煤体容重；S1表示钻孔不垮孔状态下钻屑量；S2表示三级风险状态下钻屑量；S3是四级风险状态下钻屑量。
进一步，步骤S7中，煤层赋存及风险等级划分依靠钻屑分选系数来判定；软煤钻屑比例越高，煤层越软；判定方法为：一级：软煤占比小于20％；二级：软煤占比在20％-40％之间；三级：软煤占比在40％-60％之间；四级：软煤占比在60％-80％之间；五级：软煤占比超过80％以上。
进一步，步骤S8中，工作面应力风险等级划分主要依靠钻屑量及钻孔瓦斯浓度变化情况来判定，判定方法为：一级：钻屑量小于2倍S1或钻孔瓦斯浓度处于20％分位数位置；二级：钻屑量在2-3倍S1之间，或钻孔瓦斯浓度处于20％-40％分位数位置；三级：钻屑量在3倍S1到S3之间之间，或钻孔瓦斯浓度处于40％-60％分位数位置；四级：钻屑量超过S3，或钻孔瓦斯浓度处于60％-80％分位数位置；五级：发生喷孔现象或钻孔瓦斯浓度在80％以上分位数位置。
进一步，步骤S9中，钻孔火灾风险预警等级划分为：一级：钻孔孔口CO浓度小于2PPm；二级：钻孔孔口CO浓度在2PPm-6PPm；三级：钻孔孔口CO浓度在6PPm-20PPm；四级：钻孔孔口CO浓度在20PPm-100PPm；五级：钻孔孔口CO浓度在100PPm以上。
本发明的有益效果在于：通过对工作面瓦斯灾害等级、工作面地质构造风险等级、工作面煤层赋存风险等级以及工作面应力风险等级的综合评判，实现基于钻孔多元信息的瓦斯灾害综合精准测定。并利用参数测定实现对工作面瓦斯地质在瓦斯、地质构造、煤层赋存、应力集中的现象进行可视化展示。进一步实现区域瓦斯灾害透视云图，实现瓦斯灾害从点预测向线预测、面预测的跨越式发展。为高瓦斯、突出矿井智能化工作面建设提供重要的安全保障。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法流程图；
图2为沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害等级划分图；
图3为工作面瓦斯灾害等级划分图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图3，本发明通过监测钻孔施工时的钻孔瓦斯涌出、孔口气压、钻屑及其分布、温度等钻孔多元信息，并根据钻孔多元信息特征与煤层瓦斯含量、地质构造、煤体结构、地应力分布等与瓦斯灾害密切相关的致灾影响因素之间关系，构建瓦斯灾害沿钻孔随钻预测模型，实现瓦斯灾害随钻连续预测，并进一步实现区域瓦斯灾害透视云图，实现瓦斯灾害从点预测向线预测、面预测的跨越式发展。为高瓦斯、突出矿井智能化工作面建设提供重要的安全保障。
该方法有以下步骤：(1)监测钻孔施工时的钻孔钻进位置或者钻进深度L(m)、钻机工况W(MPa)、瓦斯(CH4)流量q(m3/m、m3/min)、孔口气压p(Pa)、钻屑量S(Kg/m)、钻屑分选系数r(％)、钻屑颜色G、一氧化碳(CO)浓度y(ppm)以及孔口气渣温度T(℃)等信息。(2)通过钻孔钻进位置或钻进深度或钻屑量及钻机工况，确定钻机钻进位置及深度；(3)对灾害或风险进行等级划分；(4)沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害透视；(5)工作面瓦斯灾害透视；(6)工作面地质构造及风险透视；(7)工作面煤层赋存及风险透视；(8)工作面应力风险透视；(9)钻孔火灾风险透视。
1)监测钻孔施工时的钻孔钻进位置或者钻进深度L(m)、钻机工况W(MPa)、瓦斯(CH4)流量q(m3/m、m3/min)、瓦斯(CH4)浓度x(％)、孔口气压p(Pa)、钻屑量S(Kg/m)、钻屑分选系数r(％)、钻屑颜色G、一氧化碳(CO)浓度y(ppm)以及孔口气渣温度T(℃)等信息。上述数据按时间1min或者单位钻进深度1m为单位进行平均计量，也可以根据精度要求，提高或降低计量频率)。即：
式中：qti——第i分钟钻孔瓦斯涌出量均值，m3/min；
qtij——第j秒钻孔瓦斯涌出量，m3/min；
qLi——第i米钻孔进尺时间内瓦斯涌出量均值，m3/m；
qLij——钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔瓦斯涌出量，m3/min；
xti——第i分钟钻孔瓦斯浓度均值，％；
xtij——第j秒钻孔瓦斯浓度，％；
xLi——第i米钻孔进尺时间内瓦斯浓度均值，％；
xLij——钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔瓦斯浓度，％；
pti——第i分钟钻孔孔口瓦斯压力均值，Pa；
ptij——第j秒钻孔孔口瓦斯压力，Pa；
pLi——第i米钻孔进尺时间内钻孔孔口瓦斯压力均值，Pa；
pLij——钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔孔口瓦斯压力，Pa；
Sti——第i分钟钻孔钻屑量，Kg/min；
Stij——第j秒钻孔钻屑量，Kg；
SLi——第i米钻孔进尺时间内钻屑量，Kg/m；
SLij——钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔钻屑量，Kg；
rti——第i分钟钻孔钻屑分选系数均值，％；
S1-3ti——第i分钟钻孔1-3级钻屑量，Kg；
rLi——第i米钻孔进尺时间内钻屑分选系数均值，％；
S1-3Lij——钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔1-3级钻屑量，Kg；
Gti——第i分钟钻孔钻屑颜色；
GLi——第i米钻孔进尺时间内钻屑颜色；
yti——第i分钟钻孔一氧化碳涌出浓度均值，％；
ytij——第j秒钻孔一氧化碳瓦斯涌出浓度，％；
yLi——第i米钻孔进尺时间内一氧化碳涌出浓度均值，％；
yLij——钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔一氧化碳涌出浓度，％；
Tti——第i分钟钻孔孔口气渣温度均值，℃；
Ttij——第j秒钻孔孔口气渣温度，℃；
TLi——第i米钻孔进尺时间内钻孔孔口气渣温度均值，℃；
TLij——钻孔施工第i米时间内，第j秒钻钻孔孔口气渣温度，℃；
Wti——第i分钟钻机工况均值，Mpa；
Wtij——第j秒钻钻机工况，Mpa；
WLi——第i米钻孔进尺时间内钻机工况均值，Mpa；
WLij——钻孔施工第i米时间内，第j秒钻机工况，Mpa；
n——第i分钟内钻孔瓦斯涌出量计数次数，次；一般每秒1次，一分钟计数60次；
m——钻孔施工第i米时间内钻孔瓦斯涌出量计数次数，次；一般每秒1次，一分钟计数10-200次。
2)通过钻孔钻进位置或钻进深度或钻屑量及钻机工况，确定钻机钻进位置及深度；
3)灾害或风险等级划分；
在本实施例中，可以将灾害和风险划分为五级，即一级、二级、三级、四季、五级。一级为无风险(蓝色)，二级为低风险(绿色)，三级为中风险(黄色)，四级为高风险(橙色)，五级为极高风险(红色)。
4)沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害等级划分；
绘制沿钻孔钻进的瓦斯(CH4)流量q(m3/m、m3/min)、瓦斯(CH4)浓度x(％)、孔口气压p(Pa)以及孔口气渣温度T(℃)曲线图，从而实现沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害透视，灾害等级的划分依据钻孔瓦斯流量反演的瓦斯含量、钻孔瓦斯流量、孔口气压、孔口气渣温度等，判定规则如下：
①建立钻孔瓦斯流量与钻孔钻进位置瓦斯含量关系模型；该模型以现场考察为准，通过测定钻孔10m、20m、30、40m、50m处瓦斯含量与钻孔施工这些位置时的钻孔瓦斯涌出量，拟合瓦斯涌出量与瓦斯含量的关系模型；也可采用钻孔孔壁瓦斯涌出、钻屑瓦斯解吸等模型研究，构建钻孔瓦斯涌出与瓦斯含量的关系方程。以瓦斯含量五级分级分析钻孔钻进瓦斯灾害等级，在本实施例中可以参考如下划分：一级：小于4m3/t；二级：4-8m3/t；三级8-12m3/t；四级：12-16m3/t；五级：大于16m3/t。
②如果没有建立瓦斯流量与瓦斯含量关系模型，则分析钻孔瓦斯流量发展及其变化，不同钻孔直径会存在一定的差异。以瓦斯涌出量五级分析钻孔钻进位置瓦斯灾害等级可以参考：一级：小于0.3m3/min；二级：0.3-0.7m3/min；三级：0.8-1.6m3/min；四级：1.6-2.5m3/min；五级：大于2.5m3/min。
③孔口气压明显增大时，判定为钻孔瓦斯喷孔。当孔口气压明显增大时，判定钻孔钻进位置瓦斯灾害等级为五级，反之则不做判定。
④当钻孔孔口气渣温度明显降低时，判定钻孔钻进位置瓦斯灾害等级为四级。
5)工作面瓦斯灾害等级划分；
以沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害等级划分为依据，划分工作面瓦斯灾害等级。相邻钻孔以中线为划分灾害等级影响范围。
6)工作面地质构造及风险等级划分；
绘制沿钻孔钻进的钻屑量S(Kg/m)、钻屑分选系数r(％)、钻屑颜色G、一氧化碳(CO)浓度y(ppm)以及孔口气渣温度T(℃)曲线图，从而实现沿钻孔钻进位置的地质构造及风险等级划分，风险等级的划分依据钻孔钻屑量、钻屑分选系数、钻屑颜色、一氧化碳浓度以及孔口气渣温度等，判定规则如下：
①当钻屑颜色为白色或者与煤炭颜色相差较大时，判定钻孔钻进位置遇到地质构造；地质构造区域钻孔瓦斯涌出量与喷孔现象，则按照瓦斯风险等级进行划分。
②当钻孔钻屑为黑色、钻机工况降低且钻孔排渣量增加时，判定钻孔钻进位置遇到地质构造；
③钻孔钻进位置遇地质构造，在本实施例中，对其风险等级划分可参考：一级：无地质构造；二级：有地质构造，但钻屑量和钻孔瓦斯无异常；三级：有地质构造，钻屑量增加至S2或瓦斯风险等级达到三级；四级：有地质构造，钻屑量增加至S3或瓦斯风险等级达到四级；五级：有地质构造，钻孔出现喷孔现象。
S1＝πR0 2·ρS2＝3S1
式中：R0——钻孔半径，m；
ρ——煤体容重，一般在1300-1600Kg/m3；
S1——钻孔不垮孔状态下钻屑量，Kg/m；
S2——三级风险状态下钻屑量，Kg/m；
S3——四级风险状态下钻屑量，Kg/m；
7)工作面煤层赋存及风险等级划分；
煤层赋存及风险等级划分主要依靠钻屑分选系数来判定。软煤钻屑比例越高，煤层越软。本实施例可以参考的判定方法：一级：软煤占比小于20％；二级：软煤占比在20％-40％之间；三级：软煤占比在40％-60％之间；四级：软煤占比在60％-80％之间；五级：软煤占比超过80％以上。
8)工作面应力风险等级划分；
工作面应力风险等级划分主要依靠钻屑量及钻孔瓦斯浓度变化情况来判定。本实施例可以参考的判定方法：一级：钻屑量小于2倍S1或钻孔瓦斯浓度处于20％分位数位置；二级：钻屑量在2-3倍S1之间，或钻孔瓦斯浓度处于20％-40％分位数位置；三级：钻屑量在3倍S1到S3之间之间，或钻孔瓦斯浓度处于40％-60％分位数位置；四级：钻屑量超过S3，或钻孔瓦斯浓度处于60％-80％分位数位置；五级：发生喷孔现象或钻孔瓦斯浓度在80％以上分位数位置。
9)钻孔火灾风险预警；
钻孔火灾风险预警等级划分参考：一级：钻孔孔口CO浓度小于2PPm；二级：钻孔孔口CO浓度在2PPm-6PPm；三级：钻孔孔口CO浓度在6PPm-20PPm；四级：钻孔孔口CO浓度在20PPm-100PPm；五级：钻孔孔口CO浓度在100PPm以上。
基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准测定并实现瓦斯地质透视；
通过前面对工作面瓦斯灾害等级、工作面地质构造风险等级、工作面煤层赋存风险等级以及工作面应力风险等级的综合评判，实现基于钻孔多元信息的瓦斯灾害综合精准测定。并利用参数测定实现对工作面瓦斯地质在瓦斯、地质构造、煤层赋存、应力集中的现象进行可视化展示。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：监测钻孔施工时的钻孔钻进位置或者钻进深度L、钻机工况W、瓦斯流量q、孔口气压p、钻屑量S、钻屑分选系数r、钻屑颜色G、一氧化碳浓度y以及孔口气渣温度T；
S2：通过钻孔钻进位置或钻进深度或钻屑量及钻机工况，确定钻机钻进位置及深度；
S3：对灾害或风险进行等级划分；
S4：沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害透视；
S5：工作面瓦斯灾害透视，以沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害等级划分为依据，划分工作面瓦斯灾害等级，相邻钻孔以中线为划分灾害等级影响范围；
S6：工作面地质构造及风险透视；
S7：工作面煤层赋存及风险透视；
S8：工作面应力风险透视；
S9：钻孔火灾风险透视；
步骤S4中，绘制沿钻孔钻进的瓦斯流量q、瓦斯浓度x、孔口气压p以及孔口气渣温度T曲线图，从而实现沿钻孔钻进位置的瓦斯灾害透视，灾害等级的划分依据钻孔瓦斯流量反演的瓦斯含量、钻孔瓦斯流量、孔口气压、孔口气渣温度，判定规则如下：
①建立钻孔瓦斯流量与钻孔钻进位置瓦斯含量关系模型；该模型以现场考察为准，通过测定钻孔10m、20m、30、40m、50m处瓦斯含量与钻孔施工这些位置时的钻孔瓦斯涌出量，拟合瓦斯涌出量与瓦斯含量的关系模型；采用钻孔孔壁瓦斯涌出、钻屑瓦斯解吸模型，构建钻孔瓦斯涌出与瓦斯含量的关系方程；通过瓦斯含量分级分析钻孔钻进瓦斯灾害；
②如果没有建立瓦斯流量与瓦斯含量关系模型，则分析钻孔瓦斯流量发展及其变化，不同钻孔直径会存在一定差异；通过瓦斯涌出量分级分析钻孔钻进位置瓦斯灾害；
③孔口气压明显增大时，判定为钻孔瓦斯喷孔，当孔口气压明显增大时，判定钻孔钻进位置瓦斯灾害等级，反之则不做判定；
④当钻孔孔口气渣温度明显降低时，判定钻孔钻进位置瓦斯灾害等级。
2.根据权利要求1所述的基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，其特征在于：步骤S1中监测的各数据按照预设时间间隔和预设单位钻进深度间隔进行平均计量，计量公式如下：
式中：qti表示第i分钟钻孔瓦斯涌出量均值；qtij表示第j秒钻孔瓦斯涌出量；qLi表示第i米钻孔进尺时间内瓦斯涌出量均值；qLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔瓦斯涌出量；xti表示第i分钟钻孔瓦斯浓度均值；xtij表示第j秒钻孔瓦斯浓度；xLi表示第i米钻孔进尺时间内瓦斯浓度均值；xLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔瓦斯浓度；pti表示第i分钟钻孔孔口瓦斯压力均值；ptij表示第j秒钻孔孔口瓦斯压力；pLi表示第i米钻孔进尺时间内钻孔孔口瓦斯压力均值；pLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔孔口瓦斯压力；Sti表示第i分钟钻孔钻屑量；Stij表示第j秒钻孔钻屑量；SLi表示第i米钻孔进尺时间内钻屑量；SLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔钻屑量；rti表示第i分钟钻孔钻屑分选系数均值；S1-3ti表示第i分钟钻孔1-3级钻屑量；rLi表示第i米钻孔进尺时间内钻屑分选系数均值；S1-3Lij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔1-3级钻屑量；Gti表示第i分钟钻孔钻屑颜色；GLi表示第i米钻孔进尺时间内钻屑颜色；yti表示第i分钟钻孔一氧化碳涌出浓度均值；ytij表示第j秒钻孔一氧化碳瓦斯涌出浓度；yLi表示第i米钻孔进尺时间内一氧化碳涌出浓度均值；yLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻孔一氧化碳涌出浓度；Tti表示第i分钟钻孔孔口气渣温度均值；Ttij表示第j秒钻孔孔口气渣温度；TLi表示第i米钻孔进尺时间内钻孔孔口气渣温度均值；TLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻钻孔孔口气渣温度；Wti表示第i分钟钻机工况均值；Wtij表示第j秒钻钻机工况；WLi表示第i米钻孔进尺时间内钻机工均值；WLij表示钻孔施工第i米时间内，第j秒钻机工况；n表示第i分钟内钻孔瓦斯涌出量计数次数；m表示钻孔施工第i米时间内钻孔瓦斯涌出量计数次数。
3.根据权利要求1所述的基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，其特征在于：步骤S3中将灾害和风险划分为多个等级，包括无风险、低风险、中风险、高风险、极高风险。
4.根据权利要求1所述的基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，其特征在于：步骤S6中，绘制沿钻孔钻进的钻屑量S、钻屑分选系数r、钻屑颜色G、一氧化碳浓度y以及孔口气渣温度T曲线图，从而实现沿钻孔钻进位置的地质构造及风险等级划分，风险等级的划分依据钻孔钻屑量、钻屑分选系数、钻屑颜色、一氧化碳浓度以及孔口气渣温度，判定规则如下：
①当钻屑颜色为白色或者与煤炭颜色相差较大时，判定钻孔钻进位置遇到地质构造；地质构造区域钻孔瓦斯涌出量与喷孔现象，则按照瓦斯风险等级进行划分；
②当钻孔钻屑为黑色、钻机工况降低且钻孔排渣量增加时，判定钻孔钻进位置遇到地质构造；
③钻孔钻进位置遇地质构造，对其风险等级进行划分，包括：一级：无地质构造；二级：有地质构造，但钻屑量和钻孔瓦斯无异常；三级：有地质构造，钻屑量增加至S2或瓦斯风险等级达到三级；四级：有地质构造，钻屑量增加至S3或瓦斯风险等级达到四级；五级：有地质构造，钻孔出现喷孔现象；
S1＝πR0 2·ρ
S2＝3S1
式中：R0表示钻孔半径；ρ表示煤体容重；S1表示钻孔不垮孔状态下钻屑量；S2表示三级风险状态下钻屑量；S3是四级风险状态下钻屑量。
5.根据权利要求1所述的基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，其特征在于：步骤S7中，煤层赋存及风险等级划分依靠钻屑分选系数来判定；软煤钻屑比例越高，煤层越软；判定方法为：一级：软煤占比小于20％；二级：软煤占比在20％-40％之间；三级：软煤占比在40％-60％之间；四级：软煤占比在60％-80％之间；五级：软煤占比超过80％以上。
6.根据权利要求1所述的基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，其特征在于：步骤S8中，工作面应力风险等级划分主要依靠钻屑量及钻孔瓦斯浓度变化情况来判定，判定方法为：一级：钻屑量小于2倍S1或钻孔瓦斯浓度处于20％分位数位置；二级：钻屑量在2-3倍S1之间，或钻孔瓦斯浓度处于20％-40％分位数位置；三级：钻屑量在3倍S1到S3之间，或钻孔瓦斯浓度处于40％-60％分位数位置；四级：钻屑量超过S3，或钻孔瓦斯浓度处于60％-80％分位数位置；五级：发生喷孔现象或钻孔瓦斯浓度在80％以上分位数位置。
7.根据权利要求1所述的基于钻孔多元信息的瓦斯灾害精准预测方法，其特征在于：步骤S9中，钻孔火灾风险预警等级划分为：一级：钻孔孔口CO浓度小于2PPm；二级：钻孔孔口CO浓度在2PPm-6PPm；三级：钻孔孔口CO浓度在6PPm-20PPm；四级：钻孔孔口CO浓度在20PPm-100PPm；五级：钻孔孔口CO浓度在100PPm以上。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101550841A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-10-07 | 煤炭科学研究总院重庆研究院 | 煤与瓦斯突出综合预警系统及预警方法 |
| CN102839964A (zh) * | 2012-08-08 | 2012-12-26 | 中国矿业大学 | 煤与瓦斯突出危险性参数钻测一体化方法 |
| CN105240052A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-01-13 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤矿瓦斯灾害监控预警信息采集系统及采集方法 |
| CN106194263A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤矿瓦斯灾害监控预警系统及预警方法 |
| CN107605536A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-01-19 | 湖南科技大学 | 基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置与方法 |
| CN109711632A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-03 | 辽宁工程技术大学 | 一种基于瓦斯涌出异常敏感指标的煤与瓦斯突出预测方法 |
| CN111127811A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-08 | 上海船舶电子设备研究所(中国船舶重工集团公司第七二六研究所) | 火灾早期探测报警系统和方法 |
| CN112282732A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-29 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110424949B (zh) * | 2019-06-24 | 2021-06-22 | 中国矿业大学 | 煤层瓦斯参数随钻快速测试的反演计算方法 |
-
2021
- 2021-10-18 CN CN202111210571.4A patent/CN113944512B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101550841A (zh) * | 2009-05-08 | 2009-10-07 | 煤炭科学研究总院重庆研究院 | 煤与瓦斯突出综合预警系统及预警方法 |
| CN102839964A (zh) * | 2012-08-08 | 2012-12-26 | 中国矿业大学 | 煤与瓦斯突出危险性参数钻测一体化方法 |
| CN105240052A (zh) * | 2015-11-11 | 2016-01-13 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤矿瓦斯灾害监控预警信息采集系统及采集方法 |
| CN106194263A (zh) * | 2016-08-29 | 2016-12-07 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 煤矿瓦斯灾害监控预警系统及预警方法 |
| CN107605536A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-01-19 | 湖南科技大学 | 基于多源信息融合的煤与瓦斯突出实时预警装置与方法 |
| CN109711632A (zh) * | 2018-12-29 | 2019-05-03 | 辽宁工程技术大学 | 一种基于瓦斯涌出异常敏感指标的煤与瓦斯突出预测方法 |
| CN111127811A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-05-08 | 上海船舶电子设备研究所(中国船舶重工集团公司第七二六研究所) | 火灾早期探测报警系统和方法 |
| CN112282732A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-29 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | 利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 煤与瓦斯突出危险精准辨识理论方法与技术探索;舒龙勇;朱南南;陈结;安赛;张慧杰;煤炭学报;第45卷(第05期);1614-1625 * |
| 煤与瓦斯突出预测多元数据可视化系统构建与应用;蒲阳;宋志强;宁小亮;工矿自动化;第46卷(第07期);64-69 * |
| 蒲阳 ; 宋志强 ; 宁小亮.煤与瓦斯突出预测多元数据可视化系统构建与应用.工矿自动化.2020,第46卷(第07期),64-69. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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