專利名稱：一種確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定鉆孔的孔深的方法，尤其涉及一種確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法。
背景技術(shù)：
在煤礦開采過程中會產(chǎn)生瓦斯，通過鉆孔抽放瓦斯是高瓦斯礦井綜合治理的治本之策，但是目前瓦斯抽放鉆孔通常以開采的工程量為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計，瓦斯抽放方法的鉆孔深度的確定大多依靠經(jīng)驗，無法準(zhǔn)確地確定瓦斯抽放鉆孔的孔深，從而造成瓦斯抽放中存在很多盲區(qū)，瓦斯抽放效率偏低，嚴(yán)重地影響了礦井的安全生產(chǎn)。如圖I所示，在煤巷掘進(jìn)過程中，煤層的原有應(yīng)力平衡被破壞，在煤巷兩幫的煤壁 正前方形成了卸壓帶I、應(yīng)力集中帶2、原始應(yīng)力帶3三個帶,煤礦在井下采礦作業(yè)破壞了原始地層的應(yīng)力平衡狀態(tài)，是煤體中的應(yīng)力重新分布，由于集中應(yīng)力的作用，使煤體邊緣首先被壓酥，形成裂隙，造成煤體強(qiáng)度顯著降低，只能承受低于原巖應(yīng)力的載荷，形成所謂卸壓帶，在卸壓帶I內(nèi)由于煤體被壓酥，使集中應(yīng)力的作用點向煤體深部轉(zhuǎn)移，煤體的裂隙明顯增多，煤體的透氣性系數(shù)能夠增加上千倍，此區(qū)域內(nèi)的瓦斯會自然地大量地逸散到采掘空間，沿著順槽打傾向鉆孔到卸壓帶內(nèi)時，不僅無法抽到瓦斯，由于煤體的裂隙比較發(fā)育，與順槽的空間相連通會導(dǎo)致巷道中大量的空氣進(jìn)入瓦斯抽放鉆孔，致使鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛认陆?，降低了瓦斯抽放效率。所述?yīng)力集中帶2內(nèi)又可分為塑性變形區(qū)和彈性變形區(qū)，在此區(qū)域由于煤層與頂?shù)装逯g的摩擦力逐漸增加，使煤體所受的水平擠壓力增大，此時，煤體受力狀態(tài)為雙向乃至三向，其強(qiáng)度增大，所受壓力逐漸增高直至集中應(yīng)力峰值，在該區(qū)域內(nèi)煤層被壓縮，透氣性系數(shù)降低，順槽傾向鉆孔打鉆到此區(qū)域就基本達(dá)到了極限。所述原始應(yīng)力帶3內(nèi)的煤體由于遠(yuǎn)離采掘空間，不受采動壓力的影響，故煤體仍處于原始應(yīng)力狀態(tài)，在此領(lǐng)域鉆孔周圍煤體的透氣性變化不大，瓦斯涌出比較均勻，瓦斯抽放濃度比較高，瓦斯抽放效率比較高，通常是順槽傾向鉆孔抽放效果最好的區(qū)域。具體地，如圖I所示，卸壓帶I中，煤層在工作面前方應(yīng)力集中帶2的作用下，出現(xiàn)擴(kuò)容現(xiàn)象，煤層的透氣性增大，地應(yīng)力與瓦斯壓力都大大降低,大量存在的煤層裂隙給空氣流動提供了有利通道，大量吸附在煤層中的瓦斯都沿著煤層裂隙解吸釋放到巷道中去，同時在集中應(yīng)力峰后區(qū)，煤層整體變?yōu)樗苄誀顟B(tài)，煤層極限塑性區(qū)范圍急劇擴(kuò)大，大量的裂隙與煤巷巷道相連通，卸壓區(qū)內(nèi)的瓦斯大量逸散到巷道里去了。在瓦斯抽放鉆孔打到卸壓帶I后，瓦斯抽放鉆孔通過大量的裂隙與巷道貫通，在卸壓帶I內(nèi)的鉆孔段不僅會抽不到煤層中的瓦斯，而且由于鉆孔通過大量的裂隙與巷道貫通還會使鉆孔存在漏氣現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響了瓦斯抽放鉆孔的瓦斯抽放效率。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，該方法能夠準(zhǔn)確地確定瓦斯抽放鉆孔的孔深，從而提高抽放效率。
本發(fā)明上述目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)—種確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，所述方法包括以下步驟步驟①測定采礦工作面傾向長度L1 ；步驟②利用公式U =O計算采礦工作面卸壓帶的傾向長度L2,其
中，f為煤層界面的摩擦因數(shù)、m為煤層厚度、Atl為側(cè)壓系數(shù)、Y為巖石密度、H為煤層開采深度、σ t為煤體抗拉強(qiáng)度；步驟③確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深L=L1-L215
進(jìn)一步地，所述煤層界面的摩擦因數(shù)f=tan(K所述Φ為工作面煤層界面的內(nèi)摩擦角。進(jìn)一步地,所述側(cè)壓系數(shù)Atl = O I。進(jìn)一步地,所述側(cè)壓系數(shù)Atl=O. 5。進(jìn)一步地，所述巖石密度Y為鉆孔所穿透巖層的巖石密度的算術(shù)平均值。進(jìn)一步地，所述煤體抗拉強(qiáng)度σ t=C/tan Φ，其中，所述C為工作面煤層界面的粘結(jié)力，所述Φ為工作面煤層界面的內(nèi)摩擦角。本發(fā)明通過準(zhǔn)確地確定卸壓區(qū)的寬度來獲得瓦斯抽放鉆孔的孔深，避免根據(jù)經(jīng)驗確定瓦斯抽放鉆孔的孔深，從而大幅度提高瓦斯抽放效率，確保礦井的安全生產(chǎn)。


圖I是本發(fā)明煤礦瓦斯抽放鉆孔結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例做詳細(xì)描述。如圖I所示，本發(fā)明提供了一種確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，所述方法包括以下步驟步驟①測定采礦工作面傾向長度L1 ；步驟②利用公式L2+ O計算采礦工作面卸壓帶的傾向長度L2,其
中，f為煤層界面的摩擦因數(shù)、m為煤層厚度、Atl為側(cè)壓系數(shù)、Y為巖石密度、H為煤層開采深度、σ t為煤體抗拉強(qiáng)度；步驟③確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深L=L1-L215作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述煤層界面的摩擦因數(shù)f=tan(K所述煤體抗拉強(qiáng)度ot=C/tancK其中，所述C為工作面煤層界面的粘結(jié)力，所述Φ為工作面煤層界面的內(nèi)摩擦角，例如，神華集團(tuán)烏海能源有限公司五虎山煤礦1201工作面的界面粘結(jié)力C為
I.57，界面內(nèi)摩擦角Φ為33. 4°，經(jīng)測量煤層厚度m為2. 68m，煤層開采深度H為250m。所述側(cè)壓系數(shù)Atl優(yōu)選地為O 1，更優(yōu)選地，本實施例選擇側(cè)壓系數(shù)Atl=O. 5。所述巖石密度Y優(yōu)選地為鉆孔所穿透巖層的巖石密度的算術(shù)平均值，例如神華集團(tuán)烏海能源有限公司五虎山煤礦1201工作面，鉆孔所要穿過的巖層包括泥巖層和砂巖層，所述泥巖層的密度為2. 55X 103Kg/m3，所述砂巖層的密度為2. 63X 103Kg/m3，求其算術(shù)平均值即為巖石密度Y =2. 59X 103Kg/m3，藉此，可得卸壓帶的傾向長度L2為12. 7m，經(jīng)測量所述工作面傾向長度為LI為180m，所以確定神華集團(tuán)烏海能源有限公司五虎山煤礦1201工作面瓦斯抽放鉆孔的孔深 L=L1-L2=ISO-^. 7=167. 3m。本發(fā)明利用中煤科工集團(tuán)西安研究院研制的6000LD型鉆機(jī)在神華集團(tuán)烏海能源公司五虎山煤礦1201工作面打傾向瓦斯抽放鉆孔來抽放本煤層的瓦斯，并采用上述方法設(shè)計瓦斯抽放鉆孔的孔深。本發(fā)明利用光學(xué)瓦斯鑒定儀、U型壓差計、煤氣表儀器對瓦斯抽放鉆孔孔深確定前后的抽放鉆孔的瓦斯?jié)舛?、?fù)壓、流量等參數(shù)進(jìn)行了測定，其技術(shù)效果比較如表I和表2所示，其中，表I用于表示現(xiàn)有技術(shù)中未確定瓦斯抽放鉆孔孔深時抽放瓦斯的負(fù)壓、濃度和流量，表2為采用本發(fā)明方法確定瓦斯抽放鉆孔孔深后的抽放瓦斯的負(fù)壓、濃度和流量。
鉆孔序號I 5 8 10 13 15 17 24 27
瓦斯抽放負(fù)壓(KPa) 14.5 Π 8 I 2 14 6 13. I 13.8 14.2 15. 3 13. 9 ι 6
瓦斯抽放濃度( )11 I 10 6 IU 8 9. 7 9. I 9.7 8.4 8. 9 13. I 12
瓦斯抽放流量(m3/min) 1.4 2. 5 I. 8 2. 3 3.5 2.4 1.9 LI 2. 7 I表I
鉆孔序號38 43 45 46 49 50 ^ 54 j8 61
瓦斯抽放負(fù)壓(KPa) 13. 2 13.9 14. I 14, 9 13.6 14. 3 15. 8 15. I 14. 7 15.4
瓦斯抽放濃度(《/O 28.4 37. 5 31. 3 39. I 42. 5 32.8 29. I 26. 3 35 I Vb 8
瓦斯抽放流量(raVmin) 4. I 5.8 3. 9 5.3 6. I 4, 7 4.4 6 5.6 5 H表2此外，本發(fā)明還利用中煤科工集團(tuán)重慶研究院的多功能V型錐流量計對五虎山1201工作面瓦斯抽放管內(nèi)的瓦斯抽放濃度、負(fù)壓等參數(shù)進(jìn)行了測定。又對瓦斯抽放率、回風(fēng)順槽的瓦斯?jié)舛?、月平均瓦斯斷電次?shù)、工作面推進(jìn)度、工作面月平均產(chǎn)量進(jìn)行了分析對t匕，其分析表如表3所示
權(quán)利要求
1.一種確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 步驟①測定采礦工作面傾向長度L1 ； 步驟②利用公式L2+ 計算采礦工作面卸壓帶的傾向長度L2,其中，f
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，其特征在于，所述煤層界面的摩擦因數(shù)f=tan(K所述Φ為工作面煤層界面的內(nèi)摩擦角。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，其特征在于，所述側(cè)壓系數(shù)Atl = O I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，其特征在于，所述側(cè)壓系數(shù)A0 = O. 5 ο
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，其特征在于，所述巖石密度Y為鉆孔所穿透巖層的巖石密度的算術(shù)平均值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，其特征在于，所述煤體抗拉強(qiáng)度ot=C/tancK其中，所述C為工作面煤層界面的粘結(jié)力，所述Φ為工作面煤層界面的內(nèi)摩擦角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深的方法，所述方法包括以下步驟步驟①測定采礦工作面傾向長度L1；步驟②利用公式計算采礦工作面卸壓帶的傾向長度L2，其中，f為煤層界面的摩擦因數(shù)、m為煤層厚度、A0為側(cè)壓系數(shù)、γ為巖石密度、H為煤層開采深度、σt為煤體抗拉強(qiáng)度；步驟③確定煤礦瓦斯抽放鉆孔的孔深L=L1-L2。本發(fā)明通過準(zhǔn)確地確定卸壓區(qū)的寬度來獲得瓦斯抽放鉆孔的孔深，避免根據(jù)經(jīng)驗確定瓦斯抽放鉆孔的孔深，從而大幅度提高瓦斯抽放效率，確保礦井的安全生產(chǎn)。
文檔編號E21B47/04GK102852514SQ20121032582
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者姚平, 宋文義, 周連春, 郝瑞明, 魏里陽, 吳青峰, 邢玉強(qiáng), 王恒曉, 彭建國, 潘瑞卿, 胡千庭 申請人:中煤科工集團(tuán)重慶研究院, 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司, 神華烏海能源有限責(zé)任公司