一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]封孔深度和長度是影響封孔質(zhì)量的一個(gè)重要因素，國內(nèi)專家對(duì)合理封孔深度進(jìn)行過很多的研究和試驗(yàn)，并取得了相應(yīng)成就，但是合理封孔深度的研究還處在探索階段，不同的采深、不同地質(zhì)條件、不同煤巖力學(xué)性能參數(shù)條件下封孔深度有很大的不同。如何確定合理封孔深度以保證瓦斯抽采濃度成為困擾采礦技術(shù)研究人員的難題。
[0003]目前在很多煤礦中存在封孔深度或淺或深的現(xiàn)象。若封孔深度較淺，封孔段處于卸壓裂隙區(qū)內(nèi)(漏氣帶)，外界空氣將會(huì)沿著煤層裂隙吸入抽采管路，造成風(fēng)流短路，導(dǎo)致瓦斯抽采濃度大副度降低，從而達(dá)不到理想抽采效果。若封孔深度較深，不僅會(huì)造成封孔材料的浪費(fèi)，而且會(huì)形成卸壓區(qū)邊界至封孔段末端一帶煤體內(nèi)的瓦斯抽不出，為日后的生產(chǎn)留下安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于通過數(shù)值計(jì)算，實(shí)測(cè)鉆孔鉆屑量確定工作面瓦斯抽采鉆孔中的應(yīng)力分布規(guī)律從而提供一種瓦斯抽采鉆孔封孔深度的新型封孔工業(yè)性技術(shù)，在此基礎(chǔ)上減去卸壓帶開始段長度得出合理的封孔長度的新型封孔工業(yè)性技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，分發(fā)明的技術(shù)方案是通過數(shù)值模擬得出巷道圍巖垂直應(yīng)力分布。
[0005]I巷道圍巖應(yīng)力分布理論分析步驟
[0006](I)基本假設(shè)(2)基本方程(3)計(jì)算結(jié)果(4)討論分析(5)影響半徑的確定
[0007]2巷道圍巖應(yīng)力分布數(shù)值模擬步驟
[0008](I)計(jì)算模型的建立
[0009](2)幾何模型
[0010](3)邊界條件和荷載模式
[0011](4)巷道卸壓圈判定
[0012](5)模擬計(jì)算及結(jié)果分析
[0013]綜合現(xiàn)場(chǎng)打鉆經(jīng)驗(yàn)隨著測(cè)試孔深度的不斷增加，在施工過程中會(huì)依次穿越卸壓帶，應(yīng)力集中帶，原始應(yīng)力帶，在不同深度打鉆難易也相應(yīng)反應(yīng)應(yīng)力分布，然后分析實(shí)測(cè)打鉆現(xiàn)場(chǎng)的鉆屑量，鉆屑量的多少對(duì)反應(yīng)應(yīng)力大小也有很大的關(guān)系。綜合以上幾種種分析方法得出煤礦的應(yīng)力帶的深度，從而可以確定合理的瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度技術(shù)的新型封孔工業(yè)性技術(shù)。
[0014]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:本發(fā)明提供了一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度的確定方法，其特征在于，其包括以下步驟:
[0015](I)設(shè)備準(zhǔn)備步驟:準(zhǔn)備所需設(shè)備，所述所需設(shè)備包括手持式煤電鉆、鉆頭、螺紋式連接的麻花鉆桿、剪開的編織袋、塑料桶、彈簧秤、鉗子、銅鍬和卷尺；
[0016](2)確定采樣要求:保持均勻的鉆進(jìn)速度，保持鉆進(jìn)過程鉆桿的平直，保持持續(xù)鉆進(jìn)，保證各段鉆屑完全收集，保證鉆頭的規(guī)格，提前打印好專用表格，現(xiàn)場(chǎng)記錄鉆屑量；
[0017](3)鉆孔布置步驟:采樣鉆孔與抽采鉆孔位于同一水平，且位于相鄰兩抽采鉆孔連線的中點(diǎn)，在試驗(yàn)區(qū)段共布置采樣鉆孔若干個(gè)，鉆孔編號(hào)分別為1#、2#、3#……，使用鉆頭和螺紋聯(lián)接式麻花鉆桿垂直煤壁打鉆孔，采樣鉆孔距底板的距離為1.5m，孔間距為4m，孔深12m，注意采樣鉆孔的布置；
[0018](4)采樣步驟，多名人員參與，分別負(fù)責(zé)打鉆、從旁協(xié)助、接鉆屑并稱重、填寫表格，
[0019]所述采樣步驟具體如下:
[0020]步驟一:先用皮尺在煤壁上測(cè)量出采樣鉆孔的位置，距抽采鉆孔的水平距離為2m,距離巷道底板的距離為1.5m,用白灰做好標(biāo)記。
[0021]步驟二:以標(biāo)記點(diǎn)為圓心，將錨網(wǎng)剪開一個(gè)半徑為約300mm的缺口，并從圓心開始掏出一個(gè)約長300mm，寬300mm，深為200mm的長方體槽，并將剪開的編織袋鋪在槽底鋪平，以備接取鉆屑。
[0022]步驟三:按照要求開始施工鉆孔，每鉆進(jìn)Im深度時(shí)，煤電鉆要空轉(zhuǎn)幾分鐘，盡量排出鉆孔內(nèi)的鉆屑，然后取出編織袋和鉆屑，換新的編織袋接取鉆屑繼續(xù)鉆進(jìn)。
[0023]步驟四:將鉆屑倒入塑料桶內(nèi)，用彈簧秤稱量三次，取三次重量的平均值做為鉆屑量的最終結(jié)果。
[0024](5)數(shù)據(jù)記錄:隨著測(cè)試孔深度的不斷增加，在施工過程中會(huì)依次穿越卸壓帶，應(yīng)力集中帶，原始應(yīng)力帶。不同區(qū)帶的應(yīng)力情況會(huì)通過鉆機(jī)傳導(dǎo)給施鉆人員，因此記錄鉆孔施工過程鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，鉆進(jìn)速度，扭矩和噪音的大小以及施鉆人員的感受是很重要的。一般在卸壓帶，鉆進(jìn)容易，速度快；在進(jìn)入應(yīng)力集中帶時(shí)，鉆進(jìn)難度較大，費(fèi)力而進(jìn)尺慢，有頂鉆卡鉆現(xiàn)象。因此在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)記錄鉆屑量和打鉆感受記錄，如圖3所示。
[0025](6)數(shù)據(jù)分析步驟:將各個(gè)鉆孔記錄的鉆屑量與鉆孔深度的數(shù)據(jù)，運(yùn)用EXCEL自帶圖表生成XY散點(diǎn)圖，再對(duì)生成的XY散點(diǎn)圖進(jìn)行曲線擬合，生成每米鉆屑量隨鉆孔深度變化規(guī)律擬合曲線圖。考慮到煤壁附近的煤體松軟破碎，孔口鉆進(jìn)時(shí)造成煤壁剝落，這樣形成的誤差較大，所以擬合曲線時(shí)，O?Im的鉆屑量不計(jì)算在內(nèi)，從I?2m鉆屑量開始計(jì)算，得出試驗(yàn)的各個(gè)鉆孔沿孔深方向的變化規(guī)律，從試驗(yàn)的各個(gè)鉆孔沿孔深方向的變化規(guī)律中得到鉆屑量緩慢增加的深度，從而得到卸壓帶深度，根據(jù)鉆屑量迅速增加的深度然后又減少的深度而得到應(yīng)力集中帶的深度，鉆屑量又趨于平緩的深度為原始應(yīng)力區(qū)。
[0026](7)確定封孔深度和長度:從現(xiàn)場(chǎng)封孔深度中分析，封孔深度到應(yīng)力集中帶以后為好，由于初始卸壓帶可以有一段不封，測(cè)定卸壓帶不封，分別得到卸壓帶的深度、應(yīng)力集中帶的深度、原始應(yīng)力區(qū)，從而就得到了合理的封孔深度，然后在此基礎(chǔ)上減去初始卸壓帶長度得到合理的封孔長度。
[0027]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述手持式煤電鉆的功率設(shè)置為1.2Kw。
[0028]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述鉆頭選擇為Φ42鉆頭。
[0029]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述螺紋式連接的麻花鉆桿的每節(jié)長為lm。
[0030]進(jìn)一步，作為優(yōu)選，所述卷尺選擇為5m卷尺。
【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明采樣鉆孔的布置圖；
[0032]圖2是本發(fā)明試驗(yàn)的各個(gè)鉆孔沿孔深方向的變化規(guī)律圖；
[0033]圖3是本發(fā)明采集數(shù)據(jù)記錄表格示意圖。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度的確定方法，其特征在于，其包括以下步驟: (1)、設(shè)備準(zhǔn)備步驟:準(zhǔn)備所需設(shè)備，所述所需設(shè)備包括手持式煤電鉆、鉆頭、螺紋式連接的麻花鉆桿、剪開的編織袋、塑料桶、彈簧秤、鉗子、銅鍬和卷尺； (2)確定采樣要求:保持均勻的鉆進(jìn)速度，保持鉆進(jìn)過程鉆桿的平直，保持持續(xù)鉆進(jìn)，保證各段鉆屑完全收集，保證鉆頭的規(guī)格，提前打印好專用表格，現(xiàn)場(chǎng)記錄鉆屑量； (3)鉆孔布置步驟:采樣鉆孔與抽采鉆孔位于同一水平，且位于相鄰兩抽采鉆孔連線的中點(diǎn)，在試驗(yàn)區(qū)段共布置采樣鉆孔若干個(gè)，鉆孔編號(hào)分別為1#、2#、3#……，使用鉆頭和螺紋聯(lián)接式麻花鉆桿垂直煤壁打鉆孔，采樣鉆孔距底板的距離為1.5m，孔間距為4m，孔深12m，注意采樣鉆孔的布置； (4)采樣步驟，多人參與，分別負(fù)責(zé)打鉆、協(xié)助、接鉆屑和稱重、填寫表格，所述采樣步驟具體如下: 步驟一:先用皮尺在煤壁上測(cè)量出采樣鉆孔的位置，距抽采鉆孔的水平距離為2m，距離巷道底板的距離為1.5m,用白灰做好標(biāo)記。 步驟二:以標(biāo)記點(diǎn)為圓心，將錨網(wǎng)剪開一個(gè)半徑為300mm的缺口，并從圓心開始掏出一個(gè)長300mm，寬300mm，深為200mm的長方體槽，并將剪開的編織袋鋪在槽底鋪平，以備接取鉆屑。 步驟三:按照要求開始施工鉆孔，每鉆進(jìn)Im深度時(shí)，煤電鉆要空轉(zhuǎn)幾分鐘，盡量排出鉆孔內(nèi)的鉆屑，然后一人取出編織袋和鉆屑，另外一人換一個(gè)新的編織袋接取鉆屑繼續(xù)鉆進(jìn)。 步驟四:將鉆屑倒入塑料桶內(nèi)，用彈簧秤稱量三次，取三次重量的平均值做為鉆屑量的最終結(jié)果。 (5)數(shù)據(jù)記錄:隨著測(cè)試孔深度的不斷增加，在施工過程中會(huì)依次穿越卸壓帶，應(yīng)力集中帶，原始應(yīng)力帶。不同區(qū)帶的應(yīng)力情況會(huì)通過鉆機(jī)傳導(dǎo)給施鉆人員，因此記錄鉆孔施工過程鉆機(jī)的轉(zhuǎn)速，鉆進(jìn)速度，扭矩和噪音的大小以及施鉆人員的感受是很重要的。一般在卸壓帶，鉆進(jìn)容易，速度快；在進(jìn)入應(yīng)力集中帶時(shí)，鉆進(jìn)難度較大，費(fèi)力而進(jìn)尺慢，有頂鉆卡鉆現(xiàn)象。因此在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)記錄鉆屑量和打鉆感受記錄如表I所示。 (6)數(shù)據(jù)分析步驟:將各個(gè)鉆孔記錄的鉆屑量與鉆孔深度的數(shù)據(jù)，運(yùn)用EXCEL自帶圖表生成XY散點(diǎn)圖，再對(duì)生成的XY散點(diǎn)圖進(jìn)行曲線擬合，生成每米鉆屑量隨鉆孔深度變化規(guī)律擬合曲線圖。考慮到煤壁附近的煤體松軟破碎，孔口鉆進(jìn)時(shí)造成煤壁剝落，這樣形成的誤差較大，所以擬合曲線時(shí)，O?Im的鉆屑量不計(jì)算在內(nèi)，從I?2m鉆屑量開始計(jì)算，得出試驗(yàn)的各個(gè)鉆孔沿孔深方向的變化規(guī)律和試驗(yàn)的各個(gè)鉆孔沿孔深方向的變化規(guī)律，從試驗(yàn)的各個(gè)鉆孔沿孔深方向的變化規(guī)律中得到鉆屑量緩慢增加的深度從而得到卸壓帶深度，根據(jù)鉆屑量迅速增加的深度然后又減少的深度而得到應(yīng)力集中帶的深度，鉆屑量又趨于平緩的深度為原始應(yīng)力區(qū)。 (7)確定封孔深度和長度:從現(xiàn)場(chǎng)封孔深度中分析，封孔深度到應(yīng)力集中帶以后為好，由于初始卸壓帶可以有一段不封，測(cè)定卸壓帶不封，分別得到卸壓帶的深度、應(yīng)力集中帶的深度、原始應(yīng)力區(qū)，從而就得到了合理的封孔深度，然后在此基礎(chǔ)上減去初始卸壓帶長度得到合理的封孔長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度的確定方法，其特征在于，所述手持式煤電鉆的功率設(shè)置為1.2KW。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度的確定方法，其特征在于，所述鉆頭選擇為Φ42鉆頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度的確定方法，其特征在于，所述螺紋式連接的麻花鉆桿的每節(jié)長為lm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度的確定方法，其特征在于，所述卷尺選擇為5m卷尺。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦瓦斯抽采鉆孔封孔深度和長度確定方法，其特征是，通過數(shù)值模擬和工業(yè)性試驗(yàn)對(duì)比的方法確定的合理封孔深度的范圍，瓦斯抽采孔封孔最大深度應(yīng)該位于應(yīng)力集中帶淺部，根據(jù)這種封孔深度和長度的確定方法，工人可以方便的對(duì)照這一范圍確定出合理封孔深度，在此基礎(chǔ)上有一段開始地區(qū)卸壓帶可以不封，這樣就得到了合理的封孔長度的技術(shù)。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號(hào)】CN104636532
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410663531
【發(fā)明人】蘆志剛, 王彥凱, 曹運(yùn)興, 傅國廷, 方紅磊, 安東杰, 趙立鵬, 高萬興, 吳陽, 趙斌, 劉艷偉, 劉炎杰, 孫丙周
【申請(qǐng)人】山西潞安環(huán)保能源開發(fā)股份有限公司, 河南理工大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2014年11月18日