[发明专利]一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种确定钻孔的孔深的方法，尤其涉及一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法。

背景技术

在煤矿开采过程中会产生瓦斯，通过钻孔抽放瓦斯是高瓦斯矿井综合治理的治本之策，但是目前瓦斯抽放钻孔通常以开采的工程量为依据进行设计，瓦斯抽放方法的钻孔深度的确定大多依靠经验，无法准确地确定瓦斯抽放钻孔的孔深，从而造成瓦斯抽放中存在很多盲区，瓦斯抽放效率偏低，严重地影响了矿井的安全生产。

如图1所示，在煤巷掘进过程中，煤层的原有应力平衡被破坏，在煤巷两帮的煤壁正前方形成了卸压带1、应力集中带2、原始应力带3三个带，煤矿在井下采矿作业破坏了原始地层的应力平衡状态，是煤体中的应力重新分布，由于集中应力的作用，使煤体边缘首先被压酥，形成裂隙，造成煤体强度显著降低，只能承受低于原岩应力的载荷，形成所谓卸压带，在卸压带1内由于煤体被压酥，使集中应力的作用点向煤体深部转移，煤体的裂隙明显增多，煤体的透气性系数能够增加上千倍，此区域内的瓦斯会自然地大量地逸散到采掘空间，沿着顺槽打倾向钻孔到卸压带内时，不仅无法抽到瓦斯，由于煤体的裂隙比较发育，与顺槽的空间相连通会导致巷道中大量的空气进入瓦斯抽放钻孔，致使钻孔内的瓦斯浓度下降，降低了瓦斯抽放效率。所述应力集中带2内又可分为塑性变形区和弹性变形区，在此区域由于煤层与顶底板之间的摩擦力逐渐增加，使煤体所受的水平挤压力增大，此时，煤体受力状态为双向乃至三向，其强度增大，所受压力逐渐增高直至集中应力峰值，在该区域内煤层被压缩，透气性系数降低，顺槽倾向钻孔打钻到此区域就基本达到了极限。所述原始应力带3内的煤体由于远离采掘空间，不受采动压力的影响，故煤体仍处于原始应力状态，在此领域钻孔周围煤体的透气性变化不大，瓦斯涌出比较均匀，瓦斯抽放浓度比较高，瓦斯抽放效率比较高，通常是顺槽倾向钻孔抽放效果最好的区域。

具体地，如图1所示，卸压带1中，煤层在工作面前方应力集中带2的作用下，出现扩容现象，煤层的透气性增大，地应力与瓦斯压力都大大降低，大量存在的煤层裂隙给空气流动提供了有利通道，大量吸附在煤层中的瓦斯都沿着煤层裂隙解吸释放到巷道中去，同时在集中应力峰后区，煤层整体变为塑性状态，煤层极限塑性区范围急剧扩大，大量的裂隙与煤巷巷道相连通，卸压区内的瓦斯大量逸散到巷道里去了。在瓦斯抽放钻孔打到卸压带1后，瓦斯抽放钻孔通过大量的裂隙与巷道贯通，在卸压带1内的钻孔段不仅会抽不到煤层中的瓦斯，而且由于钻孔通过大量的裂隙与巷道贯通还会使钻孔存在漏气现象，严重地影响了瓦斯抽放钻孔的瓦斯抽放效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，该方法能够准确地确定瓦斯抽放钻孔的孔深，从而提高抽放效率。

本发明上述目的通过下述技术方案实现：

一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤①：测定采矿工作面倾向长度L₁；

步骤②：利用公式计算采矿工作面卸压带的倾向长度L₂，其中，f为煤层界面的摩擦因数、m为煤层厚度、A₀为侧压系数、γ为岩石密度、H为煤层开采深度、σ_t为煤体抗拉强度；

步骤③：确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深L=L₁-L₂。

进一步地，所述煤层界面的摩擦因数f=tanφ，所述φ为工作面煤层界面的内摩擦角。

进一步地，所述侧压系数A₀＝0～1。

进一步地，所述侧压系数A₀=0.5。

进一步地，所述岩石密度γ为钻孔所穿透岩层的岩石密度的算术平均值。

进一步地，所述煤体抗拉强度σ_t=C/tanφ，其中，所述C为工作面煤层界面的粘结力，所述φ为工作面煤层界面的内摩擦角。

本发明通过准确地确定卸压区的宽度来获得瓦斯抽放钻孔的孔深，避免根据经验确定瓦斯抽放钻孔的孔深，从而大幅度提高瓦斯抽放效率，确保矿井的安全生产。

附图说明

图1是本发明煤矿瓦斯抽放钻孔结构的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个优选实施例做详细描述。

如图1所示，本发明提供了一种确定煤矿瓦斯抽放钻孔的孔深的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤①：测定采矿工作面倾向长度L₁；