[发明专利]一种基于瓦斯抽采量确定水力冲孔围岩塑性区范围的方法

权利要求书

1.一种基于瓦斯抽采量确定水力冲孔塑性区范围的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A、确定煤层巷道掘进影响区域下的瓦斯抽采钻孔以及煤层的原始瓦斯浓度；

步骤B、对抽采钻孔进行水力辅助扩孔，增大瓦斯抽采量；

步骤C、通过瓦斯抽采综合测定仪获取钻孔整个抽采时间内的瓦斯抽采量；

步骤D、通过计算获得钻孔在水力冲孔下的塑性区范围；

步骤E、根据计算的塑性区范围指导水力冲孔下的煤巷支护设计；

所述通过计算获得钻孔在水力冲孔下的塑性区范围如过程如下：

对于整个抽采生命周期，单个钻孔的瓦斯抽采量表示为：

式中：Q为抽采时间内瓦斯抽采量，q为瓦斯纯量，dt为抽采时间的微分，T为抽采总时间；

如瓦斯抽采的影响范围为r₂，即在r＝r₂处的瓦斯含量为煤层原始瓦斯含量，水力冲孔后周围煤体形成塑性区，其塑性区半径r_p的范围介于r₁与r₂之间，对于一个特定的工程背景来说，塑性区范围与瓦斯抽采影响范围近似满足正相关关系，引入比例系数k，使r₂＝kr_p，得出单个钻孔瓦斯抽采量与水力冲孔满足如下隐式方程组：

式中，k₁、k₂为待定系数，W₀为煤层原始瓦斯含量，W₁为抽采负压下的煤腔内残余瓦斯含量，根据已知数据利用迭代求解方法可以直接确定k₁、k₂、r_p的值，ρ为煤体视密度，l为水力冲孔的见煤长度；r₁为煤腔半径。

2.根据权利要求1所述的一种基于瓦斯抽采量确定水力冲孔塑性区范围的方法，其特征在于：所述确定煤层巷道掘进影响区域下的瓦斯抽采钻孔以及煤层的原始瓦斯浓度过程如下：

首先根据工作面的煤巷掘进平面图，明确煤巷掘进的规划区域内哪些抽采钻孔需要进行水力扩孔，并通过对煤层预先打孔安装压力计测定煤层的原始瓦斯浓度。

3.根据权利要求1所述的一种基于瓦斯抽采量确定水力冲孔塑性区范围的方法，其特征在于：所述对抽采钻孔进行水力辅助扩孔的过程如下：

对确定的瓦斯抽采钻孔进行水力冲孔造穴，以增加瓦斯抽采效果，完成冲孔并清理冲孔出煤，用煤体测量箱估算冲孔出煤的量m，通过下式求出冲孔后的煤腔半径r₁：

式中：ρ为煤体视密度，r₀为水力冲孔前钻孔半径，l为水力冲孔的见煤长度。

4.根据权利要求1所述的一种基于瓦斯抽采量确定水力冲孔塑性区范围的方法，其特征在于：所述通过瓦斯抽采综合测定仪获取钻孔整个抽采时间内的瓦斯抽采量的过程如下：

在水力冲孔后的钻孔内插入抽采管并进行密封，在抽采管的外露一端安装瓦斯抽采综合测定仪，定期测量钻孔内的瓦斯纯量，做好数据记录，最终绘制钻孔瓦斯纯量随抽采时间的关系曲线。

5.根据权利要求1所述的一种基于瓦斯抽采量确定水力冲孔塑性区范围的方法，其特征在于：所述的比例系数k需根据现场揭露的第一个水力冲孔塑性区范围进行验证，以现场揭露的第一个水力冲孔称之为验证钻孔，在没有比例系数k的情况下，通过现场钻孔窥视方法确定验证钻孔的塑性区半径r_p，进而求出水力冲孔的比例系数k，该比例系数k同样适用同一工况下的其他水力扩孔。