[发明专利]一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法

权利要求书

1.一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1、在待采工作面上邻近岩层设置高抽巷；

步骤2、计算确定主、副孔钻孔间距以及顶板跨落步距，确定最佳钻孔间距和确保顶板垮落步距减小并能满足及时垮落且不影响后续瓦斯抽采的顶板跨落步距；

步骤3、根据确定的主、副孔钻孔最佳钻孔间距，在高抽巷中设置多个主、副孔，主孔与副孔交替设置，主、副孔的钻孔终孔位置到工作面上方且平行于工作面煤壁；

步骤4、向主孔内填装无声碎胀剂、副孔不装药；

步骤5、瓦斯抽采设备与副孔连接，通过副孔抽排工作面瓦斯；

高抽巷布置在煤层顶板以上15米层位，距轨顺水平距离20米，高抽巷断面高为2m，宽为2.2m，巷道断面4～5m²；

所述步骤2中，主、副孔之间的最佳钻孔间距计算方法如下：

制定多个主、副孔的钻孔间距，对制定的多个钻孔间距，依据裂纹扩展模型确定得出相应的裂纹扩展理论半径，然后根据得出裂纹扩展理论半径进行数值模拟裂纹扩展，成缝效果最好的裂纹扩展理论半径确定为最佳孔间距；

裂纹扩展半径计算如下：

根据膨胀压力作用下岩石的劈裂机理建立裂纹扩展模型，视整个裂纹扩展模型处在一个无限的介质中，无限远裂纹扩展模型受裂纹面垂直的分布应力q(t)，裂纹尖端应力强度因子为：

式中：—裂纹尖端应力强度因子，N/mm^3/2；d—钻孔直径，mm；a—先发生裂纹产生裂纹长度，mm；q(t)—受裂纹面垂直的分布应力，Pa；

当a远大于d时，裂纹扩展模型可视为在中央上下表面作用一对集中应力P的裂纹，r为任一点与钻孔中心的距离；

则裂纹尖端应力强度因子又可表示为：

式中：—先发生裂纹时裂纹尖端应力强度因子，N/mm^3/2；—后发生裂纹时裂纹尖端应力强度因子，N/mm^3/2；P—集中应力，Pa；b—后发生裂纹产生裂纹长度，mm；

当裂纹尖端应力强度因子达到岩石断裂强度时，裂纹开始向外扩展，通过测得岩石的单轴抗压强度σ_c，获得相应岩石的断裂韧度K_IC：

K_IC＝0.0265σ_c+0.0014

式中：K_IC—岩石的断裂韧度，N/mm^3/2；σ_c—岩石的单轴抗压强度，Pa；

一般情况下a＜b，则根据裂纹扩展最小止裂方程：

得到裂纹长度计算公式：

根据现场施工经验以及井下施工条件的限制引入环境因数K；考虑煤层、岩层的坚固性系数F得出裂纹扩展理论半径A：

A＝KFa

式中：K为环境因数，F为煤层、岩层的坚固性系数。

2.根据权利要求1所述的一种提高高抽巷瓦斯抽采效率的方法，其特征在于，顶板跨落步距的计算方法如下：

根据板的简化理论，可将悬顶分成若干个伪倾斜条梁，由材料力学公式，伪倾斜条梁中任一点x的弯矩M_x为：

其中，x为任一点到端点的距离；q为均布载荷；L为伪倾斜条梁长度；α为伪倾斜条梁倾角；在M_x作用下，伪倾斜条梁上任一点的弯曲应力σ₁为：

式中：老顶中性轴之上y取正值，反之y取负值，y—横截面高度；J—惯性矩，h—老顶的厚度；

中性轴在垂直载荷qcosα和平行载荷qsinα的作用下，中性轴下表面应力σ可表示为：

令当σ达到极限时即中性轴上距离端点处最先被破坏，一般情况下，伪倾斜条梁断裂点与最大下沉点是同一位置，中性轴下表面应力表示成：

当伪倾斜条梁断裂时σ_max＝R_t，则伪倾斜条梁的极限跨距L_max为：

式中：R_t—伪倾斜条梁断裂时的极限应力；L_max—伪倾斜条梁的极限跨距；

当α＝0时，极限跨距为：

考虑煤层、岩层的坚固性系数F，顶板垮落步距C应为：

式中：F—煤层、岩层的坚固性系数。