[发明专利]一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法

权利要求书

1.一种基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法，其特征在于，具体步骤为：

A、确定采空区及其上覆岩层裂隙场分布范围，进而确定钻孔位置的高度范围：采空区煤层的裂隙带高度范围采用如下公式(1)计算得出，采空区上覆岩层的裂隙带高度范围通过已知地质资料得出；由于钻孔位置位于采空区煤层的裂隙带高度范围内，因此采用公式(2)得出；

其中，∑M为煤层厚度，H_F为采空区煤层的裂隙带高度，H_D为钻孔位置的高度；

B、根据裂隙场分布范围及现有煤矿地质资料确定合理的瓦斯抽采方式：根据步骤A确定的裂隙场分布范围及现有煤矿地质资料，选择高位钻孔法、顶板巷道抽放法、插管抽放法和高抽巷抽放法的其中一种确定为当前煤矿的瓦斯抽采方式；

C、确定钻场分布情况：在回风巷沿线依次布置多个钻场，且各个钻场均位于回风巷的上方，在每个钻场中钻设九个钻孔、且以矩阵的形式排列，然后通过抽采主管路分别连接各个钻孔进行瓦斯抽采；

D、监测工作面瓦斯浓度及CO浓度，并检测采空区漏风速度：正常回采过程中，从工作面回风隅角位置处开始，沿回风巷每隔10m设有一瓦斯浓度传感器及CO浓度传感器，各个瓦斯浓度传感器监测周围的瓦斯浓度，同时各个CO浓度传感器监测周围的CO浓度，均反馈给监测系统；采用SF₆气体示踪技术检测采空区漏风速度，选择在进风巷高能位点的裂缝处作为释放地点，SF₆检测仪的取样地点为低能位点的工作面回风隅角，经过计算得出采空区的漏风速度；

E、调节抽采主管路的抽采负压及设置瓦斯传感器：在抽采主管路上设置阀门和孔板流量计，用于调节所需负压；先设定一个抽采负压值，开始调节阀门开度时，将抽采主管路内的抽采负压从低到高逐渐增加，并观察孔板流量计处的负压变化,直到调节到设定的抽采负压值，保持阀门开度；在抽采主管路中设置固定式本质安全型红外管道瓦斯传感器，用来检测抽采主管路内抽采的瓦斯浓度；

F、确定漏风速度和瓦斯浓度对煤自燃和瓦斯爆炸共存可能性ε：在进行瓦斯抽采过程中，监测系统将各个瓦斯浓度传感器反馈的数据传递给数据中心，同时计算得出的采空区漏风速度传递给数据中心；数据中心采用数学计算模型评价漏风速度和瓦斯浓度对煤自燃和瓦斯爆炸共存的可能性ε，具体数学计算模型为：

式中：ε_v是根据漏风速度定义的煤自燃和瓦斯爆炸共存可能性；ε_c是根据瓦斯浓度定义的煤自燃和瓦斯爆炸共存可能性；v为采空区的漏风速度；v_c为冷却区的极限漏气速度；v_a为窒息区的极限漏气速度；c为各个瓦斯浓度传感器每次检测浓度值中的最大值；c_u为瓦斯浓度的爆炸上限；c_i为瓦斯浓度的爆炸下限；

将ε_v和ε_c值进行比较，选择两者之间较小的作为漏风速度和瓦斯浓度对煤自燃和瓦斯爆炸共存可能性ε，具体如公式(5)：

ε＝min(ε_v,ε_c) (5)；

G、确定煤矿的实际抽采负压：按照当前煤矿的实际情况结合已知安全资料确定ε的安全范围，并进入如下步骤；

①将步骤F得出的与确定的安全范围进行比较，若ε处于安全范围内，则进入步骤②；若ε未处于安全范围内，则进入步骤④；

②将各个瓦斯浓度传感器检测浓度值中的最大值与1％的阈值进行比较，若最大值低于1％的阈值，则进入步骤③；若最大值大于等于1％的阈值，则进入步骤④；

③将各个CO浓度传感器检测浓度值中的最大值与0.0024％的阈值进行比较，若最大值低于0.0024％的阈值，则确定当前的抽采负压值为煤矿实际抽采负压值进行煤矿瓦斯抽采；若最大值大于等于0.0024％的阈值，则进入步骤④；

④重新设定一个抽采负压值，并重复步骤E至G。

2.根据权利要求1所述的基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法，其特征在于，所述步骤C具体为：在回风巷沿线依次布置5个钻场，且各个钻场均位于回风巷的上方，在每个钻场中钻设九个钻孔、且以矩阵的形式排列，每个钻场尺寸均为6m×3.5m×2.8m，每个钻孔的孔径为150mm，相邻钻孔相距200mm；然后通过抽采主管路分别连接各个钻孔进行瓦斯抽采。

3.根据权利要求1所述的基于采空区漏风场优化的煤与瓦斯共生灾害防治方法，其特征在于，所述步骤D中采空区漏风速度具体检测过程为：在地面将SF₆气体装入氧气袋中带往选定的一个释放地点处释放SF₆气体并开始计时，同时用GPS仪测量释放点坐标并记录下来；在工作面回风隅角取样地点用SF₆检测仪进行实时检测，将当SF₆检测仪检测到SF₆气体时停止计时并记录时长，然后根据公式(6)得出本次检测的采空区漏风风速；

其中，v为采空区的漏风风速，m/min；l为释放地点与取样地点之间的漏风距离，m；t为从SF₆释放到检测仪检测到SF₆所经历的时长，min；

然后在第一个释放点结束检测后隔天再选择一处释放地点重复上述检测过程，得到该次检测的采空区漏风风速，如此重复多次，获得多个采空区漏风风速，最后取平均值，即为检测得出采空区的漏风风速。