[发明专利]基于穿层钻孔瓦斯涌出特征测定有效抽采半径的方法

摘要

基于穿层钻孔瓦斯涌出特征测定有效抽采半径的方法，包括以下步骤：1）施工穿层钻孔；2）依据测试数据绘制钻孔瓦斯涌出量变化曲线；3）对钻孔的自然瓦斯涌出量随时间变化曲线进行拟合分析，确定瓦斯涌出量衰减系数；4）在钻孔瓦斯涌出有效时间内积分计算瓦斯涌出总量；5）确定极限抽采半径区域内的残存瓦斯含量；6）求解极限抽采半径；7）依据边界瓦斯压力指标确定钻孔瓦斯自然涌出的有效影响半径，即为穿层钻孔有效抽采半径。本发明一方面仅需施工单个穿层钻孔，通过理论分析，以边界瓦斯压力临界值为判定指标，计算得出有效抽采半径；另一方面后期数据处理上更加简便快捷，并且无需借助抽采系统即可得出有效抽采半径。

主权项

1.基于穿层钻孔瓦斯涌出特征测定有效抽采半径的方法，其特征在于：包括了以下步骤：1）为了钻孔施工方便，瓦斯涌出量观测准确，选取底板抽采巷施工上向穿层钻孔，保证钻孔穿透煤体至上覆岩层，及时封孔；2）测定钻孔的瓦斯初始涌出量，继续测定钻孔的瓦斯自然涌出量，依据测试数据绘制钻孔瓦斯涌出总量与涌出有效时间之间的变化曲线；3）结合钻孔周围集中应力对钻孔瓦斯涌出量影响，对变化曲线进行分析，将瓦斯涌出量分为受集中应力影响和不受集中应力影响两个阶段；对钻孔瓦斯涌出总量与涌出有效时间之间的变化曲线进行回归分析和拟合分析，分别确定前、后期钻孔瓦斯涌出量幂指数曲线及衰减系数；4）依据钻孔瓦斯涌出有效时间t内对瓦斯涌出总量之间的变化曲线，建立以下函数关系式，，其中q₀为瓦斯涌出初速度，积分计算瓦斯涌出总量；5）确定在极限抽采影响区域内建立任一点至钻孔中心的距离x与残存瓦斯含量的函数关系式，其中w（x）为抽采半径r范围内任一点的残存瓦斯含量与距离x函数关系式，l为钻孔中煤段长度，在极限抽采半径r上积分确定残存瓦斯含量；6）建立煤层瓦斯含量、瓦斯涌出总量和残存瓦斯含量之间的等式，求解极限抽采半径r；7）依据极限瓦斯涌出半径边界瓦斯压力p指标以及函数关系式，确定瓦斯自然涌出的有效影响半径，即为穿层钻孔有效抽采半径；p₀为煤层瓦斯压力；步骤5）中函数关系式的具体确定过程为：穿层钻孔周围瓦斯流场视作二维径向无限流场，建立以钻孔为中心的平面坐标系，以极限抽采半径内为考察范围，该范围可以看作是以极限抽采半径为底，煤层厚度为高的圆柱体，可求得考察范围内煤层瓦斯总量，建立考察范围内任一点至钻孔中心的距离与残存瓦斯含量的微分方程，通过在[0，r]上的积分可求得残存瓦斯含量；为了简化计算过程将郎格缪尔方程中游离态瓦斯含量的修正部分舍去，以煤层压力为单一变量对瓦斯含量进行预测。