一种联合测试煤层瓦斯含量和瓦斯压力确定钻孔有效抽采半径的方法与流程

本发明涉及矿井瓦斯防治技术领域，适用于煤矿井下瓦斯抽采钻孔有效影响半径的确定。

背景技术：

煤矿井下钻孔抽采瓦斯是矿井瓦斯治理的基本方法。涉及到钻孔布置的关键参数之一是单一钻孔的有效抽采半径，抽采半径的准确确定对钻孔施工的工程量、钻孔施工成本以及能否高效抽采瓦斯具有重要的影响。目前确定钻孔有效抽采半径的方法有理论分析法、数值模拟和井下实测等方法，其中井下实测包括瓦斯压力下降法和瓦斯流量法，也有文献提出采用示踪气体法，示踪气体法一般只能判定钻孔影响半径。判别钻孔有效半径的准则根据采用的方法不同判定的标准也不同，瓦斯压力下降法中主要根据瓦斯压力下降超过一半为判断标准，瓦斯流量法中主要依据抽采率大于30％为判断标准。现场实测中经常发现，有些条件下，准确测试煤层瓦斯压力相对较为困难，而单孔瓦斯流量往往较小，准确测试小流量的设备的精度不够。目前在钻孔有效抽采半径测试方面尚存在一定的困难。

技术实现要素：

为实现准确测试瓦斯抽采钻孔的有效影响半径，本发明提出一种联合测试煤层瓦斯含量和瓦斯压力确定钻孔有效抽采半径的方法。

一种联合测试煤层瓦斯含量和瓦斯压力确定钻孔有效抽采半径的方法的特征在于：

选择合适的测试地点，要求测试地点无构造，不受采动应力的影响，钻孔施工巷道距离待测煤层法向距离在20m至40m之间。

沿钻孔施工巷道走向一字排开，布置6个测压钻孔，如图1所示，分别命名Y5、Y3、Y1、Y2、Y4和Y6。其中：Y5与Y3间距2m，Y3与Y1间距2m，Y1与Y2间距5m，Y2与Y4间距2m，Y4与Y6间距2m。

6个测压钻孔终孔点穿透煤层顶或底板0.5m，施工完成后，封孔测压，待压力上升至稳定后，施工抽采钻孔CH，抽采钻孔CH见煤后，采用直接法测试抽采钻孔煤层瓦斯含量X0。同时，现场采集煤样，带回实验室测试煤样吸附瓦斯的a和b常数。煤样采集和煤层瓦斯含量测试完成后，继续施工抽采钻孔，直至抽采钻孔终孔点穿透煤层顶或底板0.5m。抽采钻孔施工完成后，封孔、合茬、抽采瓦斯。当需要了解抽采d天的钻孔有效抽采半径时，抽采钻孔CH经连续抽采d天后，停抽。按图1分别施工煤层瓦斯含量测试钻孔H1、H2、H3和H4，四个含量测试钻孔终孔点围绕抽采钻孔CH呈对角布置，距离抽采钻孔CH的距离分别是L1、L2、L3和L4。各含量测试钻孔施工见煤后，采用直接法测试煤层瓦斯含量，分别为X1、X2、X3和X4。

根据瓦斯含量确定有效抽采半径的方法是：当X0≥8m³/t时，含量测试钻孔测得的瓦斯含量Xi(i＝1,2…4)小于8m³/t时，该钻孔距离抽采钻孔CH的距离Li(i＝1,2…4)在有效抽采半径范围内，取Li的最大值为瓦斯抽采钻孔抽采d天的有效抽采半径R1；当X0≤8m³/t时，含量测试钻孔测得的瓦斯含量Xi(i＝1,2…4)小于0.7倍的X0时，该钻孔距离抽采钻孔CH的距离Li(i＝1,2…4)在有效抽采半径范围内，取Li的最大值为瓦斯抽采钻孔抽采d天的有效抽采半径R1。

根据瓦斯压力确定有效抽采半径的方法是：当测试的煤层瓦斯压力P≥0.74MPa时，压力测试钻孔的瓦斯压力Pi(i＝1,2…4)小于0.74MPa时，该钻孔距离抽采钻孔CH的距离Si(i＝1,2…4)在有效抽采半径范围内，取Si的最大值为瓦斯抽采钻孔抽采d天的有效抽采半径R2；当测试的煤层瓦斯压力P≤0.74MPa时，考虑到煤层中游离瓦斯占瓦斯含量总量的10％～20％，煤层瓦斯含量用近似公式表示，则瓦斯含量抽采率达30％后的残余瓦斯压力则为(P为测压孔抽采前瓦斯压力，b为吸附常数)，当经历d天抽采后的测压钻孔测试的瓦斯压力Pi(i＝1,2…4)小于P_c时，该钻孔距离抽采钻孔CH的距离Si(i＝1,2…4)在有效抽采半径范围内，取Si的最大值为瓦斯抽采钻孔抽采d天的有效抽采半径R2。

比较瓦斯含量判定的有效抽采半径R1和压力法判定的有效抽采半径R2，选其中大值为钻孔有效抽采半径R，即R＝max{R1,R2}。

本发明根据朗格缪尔方程中瓦斯压力和瓦斯含量的相互关系，确定了有效半径的压力判据，提高了压力判定的科学性；通过钻孔实测的煤层瓦斯压力和瓦斯含量两个参数，进行比较确定钻孔有效抽采半径，提高了单纯通过瓦斯压力降低法测试的成功概率和可靠性；另外，两个参数的测试与判定，解决了瓦斯压力或含量在抽采影响中的不敏感性问题。

附图说明

图1为一种联合测试煤层瓦斯含量和瓦斯压力确定钻孔有效抽采半径的方法的钻孔终孔布置图。

图中Y1、Y2、Y3、Y4、Y5和Y6是瓦斯压力测试钻孔，H1、H2、H3和H4是瓦斯含量测试钻孔，CH是抽采钻孔。

具体实施方式

选择合适的测试地点，要求测试地点无构造，不受采动应力的影响，钻孔施工巷道距离待测煤层法向距离在20m至40m之间。

沿钻孔施工巷道走向一字排开，布置6个测压钻孔，如图1所示，分别命名Y5、Y3、Y1、Y2、Y4和Y6。其中：Y5与Y3间距2m，Y3与Y1间距2m，Y1与Y2间距5m，Y2与Y4间距2m，Y4与Y6间距2m。

6个测压钻孔终孔点穿透煤层顶或底板0.5m，施工完成后，封孔测压，待压力上升至稳定后，施工抽采钻孔CH，抽采钻孔CH见煤后，采用直接法测试抽采钻孔煤层瓦斯含量X0。同时，现场采集煤样，带回实验室测试煤样吸附瓦斯的a和b常数。煤样采集和煤层瓦斯含量测试完成后，继续施工抽采钻孔，直至抽采钻孔终孔点穿透煤层顶或底板0.5m。抽采钻孔施工完成后，封孔、合茬、抽采瓦斯。当需要了解抽采d天的钻孔有效抽采半径时，抽采钻孔CH经连续抽采d天后，停抽。按图1分别施工煤层瓦斯含量测试钻孔H1、H2、H3和H4，四个含量测试钻孔终孔点围绕抽采钻孔CH呈对角布置，距离抽采钻孔CH的距离分别是L1、L2、L3和L4。各含量测试钻孔施工见煤后，采用直接法测试煤层瓦斯含量，分别为X1、X2、X3和X4。

根据瓦斯含量确定有效抽采半径的方法是：当X0≥8m³/t时，含量测试钻孔测得的瓦斯含量Xi(i＝1,2…4)小于8m³/t时，该钻孔距离抽采钻孔CH的距离Li(i＝1,2…4)在有效抽采半径范围内，取Li的最大值为瓦斯抽采钻孔抽采d天的有效抽采半径R1；当X0≤8m³/t时，含量测试钻孔测得的瓦斯含量Xi(i＝1,2…4)小于0.7倍的X0时，该钻孔距离抽采钻孔CH的距离Li(i＝1,2…4)在有效抽采半径范围内，取Li的最大值为瓦斯抽采钻孔抽采d天的有效抽采半径R1。

根据瓦斯压力确定有效抽采半径的方法是：当测试的煤层瓦斯压力P≥0.74MPa时，压力测试钻孔的瓦斯压力Pi(i＝1,2…4)小于0.74MPa时，该钻孔距离抽采钻孔CH的距离Si(i＝1,2…4)在有效抽采半径范围内，取Si的最大值为瓦斯抽采钻孔抽采d天的有效抽采半径R2；当测试的煤层瓦斯压力P≤0.74MPa时，考虑到煤层中游离瓦斯占瓦斯含量总量的10％～20％，煤层瓦斯含量用近似公式表示，则瓦斯含量抽采率达30％后的残余瓦斯压力则为(P为测压孔抽采前瓦斯压力，b为吸附常数)，当经历d天抽采后的测压钻孔测试的瓦斯压力Pi(i＝1,2…4)小于P_c时，该钻孔距离抽采钻孔CH的距离Si(i＝1,2…4)在有效抽采半径范围内，取Si的最大值为瓦斯抽采钻孔抽采d天的有效抽采半径R2。

比较瓦斯含量判定的有效抽采半径R1和压力法判定的有效抽采半径R2，选其中大值为钻孔有效抽采半径R，即R＝max{R1,R2}。