基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法
【专利摘要】本发明提出了基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法，属于煤层瓦斯抽采【技术领域】。该方法包括步骤如下：1)分别计算不同残余瓦斯含量情况下的瓦斯抽采率；2)按《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定确定瓦斯抽采率η5；3)计算瓦斯抽采率η；4)计算瓦斯的抽采总量；5)计算抽采钻孔数量N；6)将N个钻孔平均分布在抽采钻孔控制区域，算出一定抽采时间下的钻孔抽采半径。本发明有效抽采半径能指导设计合理的抽采钻孔，不仅能在满足预抽时间的前提下使用此种方法能达到消除突出危险性目的，而且还能节省大量的人力、财力、物力。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及煤层瓦斯抽采【技术领域】，特别涉及一种基于瓦斯含量法测定钻孔有效 抽采半径的方法。 基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法
【背景技术】
[0002] 确定煤层瓦斯合理抽采半径是实现矿井抽采达标最重要的技术工作之一。合理的 抽采半径或抽采钻孔间距，是通过在一定条件下充分利用允许的预抽时间，减少钻孔工程 量，提高抽采效率的优化参数获取。传统的抽采半径确定方法，对于透气性较好、煤层测压 条件较佳时可能得到考察结果，但其测试效率低；当煤层透气性差时测定成功率极低，实用 性差。目前，高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井在贯彻《防治煤与瓦斯突出规定》、《煤矿瓦斯抽采达 标规定》过程中迫切需要简单易行，便于推广应用的钻孔抽采半径确定的新方法。为此，在 已知煤层瓦斯含量的基础上，采用直接测定钻孔瓦斯动态抽采流量的方法来确定钻孔不同 抽采时间的抽采半径。
[0003] 目前常用的钻孔有效抽采半径测定方法是煤层瓦斯压力降低法，该方法需现场测 定煤层瓦斯压力，存在测定周期长、成本高的缺点，而且针对顺层钻孔抽采半径考察，由于 煤层结构及瓦斯抽采作用，往往出现测压钻孔的瓦斯压力突然间卸压，从而造成考察失败， 成功率较低。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于瓦斯含量法测定钻孔 有效抽采半径的方法，该方法解决传统测定方法的成功率低的问题，用于指导矿井瓦斯灾 害治理。。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法，包括以下步骤：
[0007] 1)分别计算不同残余瓦斯含量情况下的瓦斯抽采率，包括：残余瓦斯量降低到 8m3/t时的瓦斯抽采率II i、残余瓦斯含量降低到始突深度处对应瓦斯含量时的瓦斯抽采率 η2、残余瓦斯压力降低到〇. 74MPa时对应瓦斯含量的瓦斯抽采率η 3、残余瓦斯压力降低到 始突深度的瓦斯压力时对应瓦斯含量的瓦斯抽采率Π 4;
[0008] 2)按《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定确定瓦斯抽采率η 5 ;
[0009] 3)按公式⑴计算瓦斯抽米率η :
[0010] n = max( n!, n2, n3, n4, n5) (l)
[0011] 4)按公式（2)计算瓦斯的抽采总量：
[0012] Q总=QXkXhX γ XWX η (2)
[0013] 其中A、L2为抽采钻孔控制区域长度、宽度；h为抽采钻孔控制区域煤层厚度； Υ 为抽采钻孔控制区域煤的密度；W为抽采钻孔控制区域煤层原始瓦斯含量；
[0014] 5)计算抽采钻孔数量Ν:
[0015] N = Q总 /Q单 (3)
[0016] 式中：为单一抽米时间内统计的单孔抽米量；
[0017] 6)将N个钻孔平均分布在抽采钻孔控制区域，算出一定抽采时间下的钻孔抽采半 径：
[0018] 6-1)顺层钻孔抽采半径ri采用下式计算：
[0019] rx =- (4) 1 2N
[0020] 其中A为钻孔控制煤层走向长度；
[0021] 6-2)穿层钻孔抽采半径r2采用下式计算： L
[0022] (5)
[0023] 其中：L2为钻孔控制煤层正方形区域的边长。
[0024] 进一步的，按公式（6)计算残余瓦斯含量降低到8m3/t时的瓦斯抽采率η i : IV S
[0025] ηχ --xlOO%。 （6) W
[0026] 进一步的，按公式（7)计算残余瓦斯含量降低到始突深度处对应瓦斯含量时的瓦 斯抽米率h :
[0027] W - W稗 .. // = -^ X 100-- (7) W
[0028] 其中：W^^为始突深度处对应的瓦斯含量。
[0029] 进一步的，按公式（8)计算残余瓦斯压力降低到0. 74MPa时对应瓦斯含量的瓦斯 抽米率: W -W
[0030] Th=L~-7^x100% 柃 (8)
[0031] 其中：Ww 74为瓦斯压力降低到0. 74MPa时对应的瓦斯含量。
[0032] 进一步的，按公式（9)计算残余瓦斯压力降低到始突深度的瓦斯压力时对应瓦斯 含量的瓦斯抽采率n 4:
[0033] _w-wP_^ w (9)
[0034] 其中： WP_^^为始突深度瓦斯压力对应的瓦斯含量。
[0035] 本发明的优点在于：预抽煤层瓦斯工作的前提条件是抽采钻孔设计的合理性，而 瓦斯抽采有效半径能解决抽采钻孔设计的合理性。《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》规定：煤 矿瓦斯抽采应当坚持"应抽尽抽、多措并举、抽掘采平衡"的原则。有效抽采半径能指导设 计合理的抽采钻孔，不仅能在满足预抽时间的前提下使用此种方法能达到消除突出危险性 目的，而且还能节省大量的人力、财力、物力。
[0036] 本发明的其它优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其它优点可以通过下面的说明书，权利要 求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0037] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0038] 图1为本发明基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法的流程示意图；
[0039] 图2为顺层钻孔布置示意图；
[0040] 图3为穿层钻孔布置示意图。
【具体实施方式】
[0041] 以下是本发明优选实施例的详细描述，应当理解，优选实施例仅为了说明本发明， 而不是为了限制本发明的保护范围。
[0042] 图1为本发明基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法的流程示意图，参照 图1，本发明包括以下步骤：
[0043] 1)分别计算不同残余瓦斯含量情况下的瓦斯抽采率，包括：残余瓦斯量降低到 8m3/t时的瓦斯抽采率II i、残余瓦斯含量降低到始突深度处对应瓦斯含量时的瓦斯抽采率 η2、残余瓦斯压力降低到〇. 74MPa时对应瓦斯含量的瓦斯抽采率η 3、残余瓦斯压力降低到 始突深度的瓦斯压力时对应瓦斯含量的瓦斯抽采率Π 4;
[0044] 2)按《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定确定瓦斯抽采率η 5 ;
[0045] 3)按公式⑴计算瓦斯抽米率η :
[0046] n = max( n!, n2, n3, n4, n5) (l)
[0047] 4)按公式（2)计算瓦斯的抽采总量：
[0048] Q总=QXkXhX γ XWX η (2)
[0049] 其中A、L2为抽采钻孔控制区域长度、宽度；h为抽采钻孔控制区域煤层厚度； Υ 为抽采钻孔控制区域煤的密度；W为抽采钻孔控制区域煤层原始瓦斯含量；
[0050] 5)计算抽采钻孔数量Ν :
[0051] N = Q,e,/Q# (3)
[0052] 式中：Q$为单一抽采时间内统计的单孔抽采量；
[0053] 6)将N个钻孔平均分布在抽采钻孔控制区域，算出一定抽采时间下的钻孔抽采半 径：
[0054] 6-1)顺层钻孔抽采半径Γι采用下式计算：
[0055] 吾 ⑷
[0056] 其中A为钻孔控制煤层走向长度；
[0057] 6-2)穿层钻孔抽采半径r2采用下式计算：
[0058] r^=m (5)
[0059] 其中：L2为钻孔控制煤层正方形区域的边长。
[0060] 由上述计算过程可知，本发明充分考虑了瓦斯压力和瓦斯含量两个指标，同时对 残余瓦斯降低到始突深度处的瓦斯含量和瓦斯压力两种情况也进行了考虑。瓦斯含量安全 允许值为8m 3/t、瓦斯压力的安全允许值为0. 74MPa，采用下列公式6-9对几种不同情况下 的瓦斯抽采率进行计算。并将计算后的瓦斯抽采率与按《煤矿瓦斯抽采基本指标》 规定确定瓦斯抽采率11 5进行比较，选取抽采率最大的值用于计算瓦斯的抽采总量。如此 能够充分满足煤层消突要求或瓦斯抽采要求。
[0061] 图2为顺层钻孔布置示意图；图3为穿层钻孔布置示意图。如图2、图3所示的钻 孔布置方法，矿方根据自己的情况选择施工的钻孔方式，并根据公式（4)、（5)来分别计算 顺层钻孔和穿层钻孔的抽采半径。
[0062] 按公式（6)计算残余瓦斯含量降低到8m3/t时的瓦斯抽采率η i : IV-8
[0063] η{ =-xlOO% 〇 (6) W
[0064] 按公式（7)计算残余瓦斯含量降低到始突深度处对应瓦斯含量时的瓦斯抽采率 n2 ：
[0065] ψ -ψ. η2 = -^ x 100% (7) W
[0066] 其中：W^^为始突深度处对应的瓦斯含量。
[0067] 按公式⑶计算残余瓦斯压力降低到0. 74MPa时对应瓦斯含量的瓦斯抽采率η 3 :
[0068] ~0.74 xlOO% w (8)
[0069] 其中：WP_a74为瓦斯压力降低到0. 74MPa时对应的瓦斯含量。
[0070] 按公式（9)计算残余瓦斯压力降低到始突深度的瓦斯压力时对应瓦斯含量的瓦 斯抽米率:
[0071] " -妒―，順 W (9)
[0072] 其中：WP__为始突深度瓦斯压力对应的瓦斯含量。
[0073] 本发明最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制， 尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解， 可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范 围。
【权利要求】
1. 一种基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 分别计算不同残余瓦斯含量情况下的瓦斯抽采率，包括：残余瓦斯量降低到8m3/t 时的瓦斯抽采率1、残余瓦斯含量降低到始突深度处对应瓦斯含量时的瓦斯抽采率η2、 残余瓦斯压力降低到0. 74MPa时对应瓦斯含量的瓦斯抽采率η 3、残余瓦斯压力降低到始突 深度的瓦斯压力时对应瓦斯含量的瓦斯抽采率η4; 2) 按《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定确定瓦斯抽采率η5; 3) 按公式（1)计算瓦斯抽米率η : Π - max ( Π 1，Π 2，Π 3，打 4，打 5) (1) 4) 按公式（2)计算瓦斯的抽采总量： Q总=QXkXhX γ XWX η (2) 其中：Li、L2为抽采钻孔控制区域长度、宽度；h为抽采钻孔控制区域煤层厚度；γ为抽 采钻孔控制区域煤的密度；W为抽采钻孔控制区域煤层原始瓦斯含量； 5) 计算抽采钻孔数量Ν: N = Q 总 /Q 单(3) 式中：Qiii为单一抽米时间内统计的单孔抽米量； 6) 将N个钻孔平均分布在抽采钻孔控制区域，算出一定抽采时间下的钻孔抽采半径： 6-1)顺层钻孔抽采半径&采用下式计算： n =^- (4) 2N 其中：U为钻孔控制煤层走向长度； 6-2)穿层钻孔抽采半径r2采用下式计算： r2 = ^3- (5) 2y[N 其中：L2为钻孔控制煤层正方形区域的边长。
2. 根据权利要求1所述的基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法，其特征在 于：按公式（6)计算残余瓦斯含量降低到8m3/t时的瓦斯抽采率η i : IV-8 η,=--~xl()0% 〇 (6)。 W
3. 根据权利要求1所述的基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法，其特征在 于：按公式（7)计算残余瓦斯含量降低到始突深度处对应瓦斯含量时的瓦斯抽采率η 2 : W - W !卜=--^ X 100"?) (7) W 其中：为始突深度处对应的瓦斯含量。
4. 根据权利要求1所述的基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法，其特征在 于：按公式（8)计算残余瓦斯压力降低到0. 74MPa时对应瓦斯含量的瓦斯抽采率η 3 : η,= ν~Ψρ !i 74 X 100% W (8) 其中：WM.74为瓦斯压力降低到〇. 74MPa时对应的瓦斯含量。
5.根据权利要求1所述的基于瓦斯含量法测定钻孔有效抽采半径的方法，其特征在 于：按公式（9)计算残余瓦斯压力降低到始突深度的瓦斯压力时对应瓦斯含量的瓦斯抽采 率: 二w _WP-始突 4 W (9) 其中：WP_^^为始突深度瓦斯压力对应的瓦斯含量。
【文档编号】E21B47/08GK104121011SQ201410338694
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月16日 优先权日:2014年7月16日
【发明者】孟贤正, 张永将, 丁文通, 曹建军, 李成成, 陈国红, 程国建, 李高帅, 徐遵玉, 刘军 申请人:中煤科工集团重庆研究院有限公司