一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度的确定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，涉及一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度的确定方法。
【背景技术】
[0002]封孔深度和长度是影响封孔质量的一个重要因素，国内专家对合理封孔深度进行过很多的研究和试验，并取得了相应成就，但是合理封孔深度的研究还处在探索阶段，不同的采深、不同地质条件、不同煤岩力学性能参数条件下封孔深度有很大的不同。如何确定合理封孔深度以保证瓦斯抽采浓度成为困扰采矿技术研究人员的难题。
[0003]目前在很多煤矿中存在封孔深度或浅或深的现象。若封孔深度较浅，封孔段处于卸压裂隙区内(漏气带)，外界空气将会沿着煤层裂隙吸入抽采管路，造成风流短路，导致瓦斯抽采浓度大副度降低，从而达不到理想抽采效果。若封孔深度较深，不仅会造成封孔材料的浪费，而且会形成卸压区边界至封孔段末端一带煤体内的瓦斯抽不出，为日后的生产留下安全隐患。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于通过数值计算，实测钻孔钻屑量确定工作面瓦斯抽采钻孔中的应力分布规律从而提供一种瓦斯抽采钻孔封孔深度的新型封孔工业性技术，在此基础上减去卸压带开始段长度得出合理的封孔长度的新型封孔工业性技术。为了实现上述目的，分发明的技术方案是通过数值模拟得出巷道围岩垂直应力分布。
[0005]I巷道围岩应力分布理论分析步骤
[0006](I)基本假设(2)基本方程(3)计算结果(4)讨论分析(5)影响半径的确定
[0007]2巷道围岩应力分布数值模拟步骤
[0008](I)计算模型的建立
[0009](2)几何模型
[0010](3)边界条件和荷载模式
[0011](4)巷道卸压圈判定
[0012](5)模拟计算及结果分析
[0013]综合现场打钻经验随着测试孔深度的不断增加，在施工过程中会依次穿越卸压带，应力集中带，原始应力带，在不同深度打钻难易也相应反应应力分布，然后分析实测打钻现场的钻屑量，钻屑量的多少对反应应力大小也有很大的关系。综合以上几种种分析方法得出煤矿的应力带的深度，从而可以确定合理的瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度技术的新型封孔工业性技术。
[0014]为达此目的，本发明采用以下技术方案:本发明提供了一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度的确定方法，其特征在于，其包括以下步骤:
[0015](I)设备准备步骤:准备所需设备，所述所需设备包括手持式煤电钻、钻头、螺纹式连接的麻花钻杆、剪开的编织袋、塑料桶、弹簧秤、钳子、铜锹和卷尺；
[0016](2)确定采样要求:保持均匀的钻进速度，保持钻进过程钻杆的平直，保持持续钻进，保证各段钻屑完全收集，保证钻头的规格，提前打印好专用表格，现场记录钻屑量；
[0017](3)钻孔布置步骤:采样钻孔与抽采钻孔位于同一水平，且位于相邻两抽采钻孔连线的中点，在试验区段共布置采样钻孔若干个，钻孔编号分别为1#、2#、3#……，使用钻头和螺纹联接式麻花钻杆垂直煤壁打钻孔，采样钻孔距底板的距离为1.5m，孔间距为4m，孔深12m，注意采样钻孔的布置；
[0018](4)采样步骤，多名人员参与，分别负责打钻、从旁协助、接钻屑并称重、填写表格，
[0019]所述采样步骤具体如下:
[0020]步骤一:先用皮尺在煤壁上测量出采样钻孔的位置，距抽采钻孔的水平距离为2m,距离巷道底板的距离为1.5m,用白灰做好标记。
[0021]步骤二:以标记点为圆心，将锚网剪开一个半径为约300mm的缺口，并从圆心开始掏出一个约长300mm，宽300mm，深为200mm的长方体槽，并将剪开的编织袋铺在槽底铺平，以备接取钻屑。
[0022]步骤三:按照要求开始施工钻孔，每钻进Im深度时，煤电钻要空转几分钟，尽量排出钻孔内的钻屑，然后取出编织袋和钻屑，换新的编织袋接取钻屑继续钻进。
[0023]步骤四:将钻屑倒入塑料桶内，用弹簧秤称量三次，取三次重量的平均值做为钻屑量的最终结果。
[0024](5)数据记录:随着测试孔深度的不断增加，在施工过程中会依次穿越卸压带，应力集中带，原始应力带。不同区带的应力情况会通过钻机传导给施钻人员，因此记录钻孔施工过程钻机的转速，钻进速度，扭矩和噪音的大小以及施钻人员的感受是很重要的。一般在卸压带，钻进容易，速度快；在进入应力集中带时，钻进难度较大，费力而进尺慢，有顶钻卡钻现象。因此在实验中应当记录钻屑量和打钻感受记录，如图3所示。
[0025](6)数据分析步骤:将各个钻孔记录的钻屑量与钻孔深度的数据，运用EXCEL自带图表生成XY散点图，再对生成的XY散点图进行曲线拟合，生成每米钻屑量随钻孔深度变化规律拟合曲线图。考虑到煤壁附近的煤体松软破碎，孔口钻进时造成煤壁剥落，这样形成的误差较大，所以拟合曲线时，O?Im的钻屑量不计算在内，从I?2m钻屑量开始计算，得出试验的各个钻孔沿孔深方向的变化规律，从试验的各个钻孔沿孔深方向的变化规律中得到钻屑量缓慢增加的深度，从而得到卸压带深度，根据钻屑量迅速增加的深度然后又减少的深度而得到应力集中带的深度，钻屑量又趋于平缓的深度为原始应力区。
[0026](7)确定封孔深度和长度:从现场封孔深度中分析，封孔深度到应力集中带以后为好，由于初始卸压带可以有一段不封，测定卸压带不封，分别得到卸压带的深度、应力集中带的深度、原始应力区，从而就得到了合理的封孔深度，然后在此基础上减去初始卸压带长度得到合理的封孔长度。
[0027]进一步，作为优选，所述手持式煤电钻的功率设置为1.2Kw。
[0028]进一步，作为优选，所述钻头选择为Φ42钻头。
[0029]进一步，作为优选，所述螺纹式连接的麻花钻杆的每节长为lm。
[0030]进一步，作为优选，所述卷尺选择为5m卷尺。
【附图说明】
[0031]图1是本发明采样钻孔的布置图；
[0032]图2是本发明试验的各个钻孔沿孔深方向的变化规律图；
[0033]图3是本发明采集数据记录表格示意图。
【主权项】
1.一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度的确定方法，其特征在于，其包括以下步骤: (1)、设备准备步骤:准备所需设备，所述所需设备包括手持式煤电钻、钻头、螺纹式连接的麻花钻杆、剪开的编织袋、塑料桶、弹簧秤、钳子、铜锹和卷尺； (2)确定采样要求:保持均匀的钻进速度，保持钻进过程钻杆的平直，保持持续钻进，保证各段钻屑完全收集，保证钻头的规格，提前打印好专用表格，现场记录钻屑量； (3)钻孔布置步骤:采样钻孔与抽采钻孔位于同一水平，且位于相邻两抽采钻孔连线的中点，在试验区段共布置采样钻孔若干个，钻孔编号分别为1#、2#、3#……，使用钻头和螺纹联接式麻花钻杆垂直煤壁打钻孔，采样钻孔距底板的距离为1.5m，孔间距为4m，孔深12m，注意采样钻孔的布置； (4)采样步骤，多人参与，分别负责打钻、协助、接钻屑和称重、填写表格，所述采样步骤具体如下: 步骤一:先用皮尺在煤壁上测量出采样钻孔的位置，距抽采钻孔的水平距离为2m，距离巷道底板的距离为1.5m,用白灰做好标记。 步骤二:以标记点为圆心，将锚网剪开一个半径为300mm的缺口，并从圆心开始掏出一个长300mm，宽300mm，深为200mm的长方体槽，并将剪开的编织袋铺在槽底铺平，以备接取钻屑。 步骤三:按照要求开始施工钻孔，每钻进Im深度时，煤电钻要空转几分钟，尽量排出钻孔内的钻屑，然后一人取出编织袋和钻屑，另外一人换一个新的编织袋接取钻屑继续钻进。 步骤四:将钻屑倒入塑料桶内，用弹簧秤称量三次，取三次重量的平均值做为钻屑量的最终结果。 (5)数据记录:随着测试孔深度的不断增加，在施工过程中会依次穿越卸压带，应力集中带，原始应力带。不同区带的应力情况会通过钻机传导给施钻人员，因此记录钻孔施工过程钻机的转速，钻进速度，扭矩和噪音的大小以及施钻人员的感受是很重要的。一般在卸压带，钻进容易，速度快；在进入应力集中带时，钻进难度较大，费力而进尺慢，有顶钻卡钻现象。因此在实验中应当记录钻屑量和打钻感受记录如表I所示。 (6)数据分析步骤:将各个钻孔记录的钻屑量与钻孔深度的数据，运用EXCEL自带图表生成XY散点图，再对生成的XY散点图进行曲线拟合，生成每米钻屑量随钻孔深度变化规律拟合曲线图。考虑到煤壁附近的煤体松软破碎，孔口钻进时造成煤壁剥落，这样形成的误差较大，所以拟合曲线时，O?Im的钻屑量不计算在内，从I?2m钻屑量开始计算，得出试验的各个钻孔沿孔深方向的变化规律和试验的各个钻孔沿孔深方向的变化规律，从试验的各个钻孔沿孔深方向的变化规律中得到钻屑量缓慢增加的深度从而得到卸压带深度，根据钻屑量迅速增加的深度然后又减少的深度而得到应力集中带的深度，钻屑量又趋于平缓的深度为原始应力区。 (7)确定封孔深度和长度:从现场封孔深度中分析，封孔深度到应力集中带以后为好，由于初始卸压带可以有一段不封，测定卸压带不封，分别得到卸压带的深度、应力集中带的深度、原始应力区，从而就得到了合理的封孔深度，然后在此基础上减去初始卸压带长度得到合理的封孔长度。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度的确定方法，其特征在于，所述手持式煤电钻的功率设置为1.2KW。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度的确定方法，其特征在于，所述钻头选择为Φ42钻头。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度的确定方法，其特征在于，所述螺纹式连接的麻花钻杆的每节长为lm。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度的确定方法，其特征在于，所述卷尺选择为5m卷尺。
【专利摘要】本发明公开了一种煤矿瓦斯抽采钻孔封孔深度和长度确定方法，其特征是，通过数值模拟和工业性试验对比的方法确定的合理封孔深度的范围，瓦斯抽采孔封孔最大深度应该位于应力集中带浅部，根据这种封孔深度和长度的确定方法，工人可以方便的对照这一范围确定出合理封孔深度，在此基础上有一段开始地区卸压带可以不封，这样就得到了合理的封孔长度的技术。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104636532
【申请号】CN201410663531
【发明人】芦志刚, 王彦凯, 曹运兴, 傅国廷, 方红磊, 安东杰, 赵立鹏, 高万兴, 吴阳, 赵斌, 刘艳伟, 刘炎杰, 孙丙周
【申请人】山西潞安环保能源开发股份有限公司, 河南理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2014年11月18日