[发明专利]一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法

说明书

本发明公开了一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，适用于煤矿井下煤与瓦斯突出机理的研究。首先，在原位高瓦斯突出煤层施工煤与瓦斯突出激发钻孔和参数测试钻孔，然后，每组参数测试钻孔中分别安放瓦斯压力传感器、应力传感器和温度传感器并封孔。待所有传感器监测参数稳定后，通过水射流发生装置产生的高压水射流冲击煤与瓦斯突出激发钻孔孔壁诱导煤与瓦斯突出，利用周围的参数测试钻孔监测煤与瓦斯突出激发过程中的瓦斯压力、应力和温度变化。采用深度学习算法分析获得的瓦斯压力、应力和温度数据，获取煤与瓦斯突出的临界条件。该方法操作简单、成本低、安全性高，并且能够更真实地反映煤与瓦斯突出过程。

技术领域

本发明涉及煤矿开采领域，具体涉及一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿井下开采过程中发生的一种极其复杂的典型动力灾害，严重威胁矿井的安全生产。近年来，尽管采取了大量的防治措施，但随着煤矿开采深度和强度的增加，矿井的开采环境持续恶化，地质构造较浅部煤层更加复杂，地应力和煤层瓦斯压力不断增大，且煤层透气性较低，瓦斯抽采极其困难，煤与瓦斯突出危险性依然严重。煤与瓦斯突出现象是涉及多个领域的复杂问题，突出机理至今仍是国际性、世纪性难题。

而我国目前针对煤与瓦斯突出机理的研究大都基于实验室试验或者数值模拟。当前的研究无法准确再现原位煤层的物理力学边界及初始条件，研究成果难以准确反映现场实际的煤与瓦斯突出发生过程。此外，开展原位煤层的煤与瓦斯突出过程成本极高且危险性大，难以实现突出激发过程的安全可控。因此，为了研究原位煤层的煤与瓦斯突出发生的机理和临界判据，急需寻求原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，以更好地防治煤与瓦斯突出灾害。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，其操作简单、成本低、安全性高，并且能够更真实地反映煤与瓦斯突出过程。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，具体包括以下步骤：

S1：首先在巷道向高瓦斯突出煤层中施工一个煤与瓦斯突出激发钻孔，然后在煤与瓦斯突出激发钻孔两侧再分别施工若干组参数测试孔，每组中参数测试孔的数目不少于三个；

S2：在每组参数测试孔中至少放入一个瓦斯压力传感器、一个应力传感器和一个温度传感器，其中每个参数测试孔放一个传感器，各个传感器分别电性连接外部PC机，最后封孔；设置在煤与瓦斯突出激发钻孔其中一侧的每组参数测试孔距离煤与瓦斯突出激发钻孔的间距分别为a、a+1、a+2……，设置在煤与瓦斯突出激发钻孔另一侧的每组参数测试孔分别距离煤与瓦斯突出激发钻孔的间距分别为a+0.5、a+1.5、a+2.5……；

S3：选用合适的钻杆连通水射流发生装置后将其钻头放入煤与瓦斯突出激发钻孔中，在钻杆上安装防喷孔装置，防喷孔装置通过管路连通气液固分离器并且该管路上设有阀门二；

S4：待每组参数测试孔内的监测数据都稳定后，开启水射流发生装置，水射流通过钻杆对煤与瓦斯突出激发钻孔孔壁进行冲击作业；同时打开防喷孔装置和阀门二，煤与瓦斯突出激发过程中产生的气、水和煤通过管路进入到气液固分离器中进行分离；

S5：利用PC机打开每组参数测试孔中的各个传感器，监测水射流冲击过程中煤与瓦斯突出激发钻孔周围的瓦斯压力、应力和温度的变化；

S6：采用深度学习算法分析瓦斯压力、应力和温度数据，获取煤与瓦斯突出的临界条件。

优选地，步骤S1中，煤与瓦斯突出激发钻孔两侧分别设有三组参数测试孔，其中每组参数测试孔中分别施工三个。

优选地，步骤S2中，煤与瓦斯突出激发钻孔两侧的瓦斯压力传感器、应力传感器和温度传感器分别水平共线设置。