突出煤层抽采钻孔成孔工艺方案设计方法

摘要

本发明涉及一种突出煤层抽采钻孔成孔工艺方案设计方法。建立煤层地质条件的变化与所需最优钻杆类型之间的逻辑关系；建立煤层施工钻孔参数与所需钻机动力参数之间的逻辑关系；建立煤层地质条件、钻孔倾角、煤层水分与所需排渣动力之间的逻辑关系；建立煤层厚度、煤层透气性系数、钻孔直径与钻孔布置方案之间的逻辑关系。将四种逻辑关系，建立数据库，编制软件，通过计算机软件平台，输入相应的煤层地质条件和钻孔设计参数，实现突出煤层抽采钻孔成孔工艺方案自动化设计。突出煤层抽采钻孔成孔工艺方案设计方法使工程人员能够根据煤层地质条件变化、钻孔参数设计的变化方便实现钻杆选型、钻机选型、排渣动力和煤层钻孔布置设计，矿方通过采用科学的设计方案，有利于实现突出煤层的安全、高效钻进。

说明书

技术领域

本发明涉及采矿工程学科含瓦斯煤层瓦斯治理专业领域，特别是突出煤层抽采钻孔成孔工艺方案设计方法，适用于各种煤层条件下抽放钻孔工艺方案制定。

背景技术

随着我国煤矿开采深度的不断增加，将有越来越多的低瓦斯矿井转变为高突矿井，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的比例逐渐增大，煤炭开采呈现“深部（高应力、高瓦斯、强吸附性）、高强、低渗”三大突出特征，煤层成孔更加困难，钻进过程中卡钻、丢钻、断钻现象严重，喷孔、煤炮等动力现象频发，钻孔深度浅，钻进事故频发，不仅接影响煤矿的安全生产，而且影响煤层回采效率，给煤矿生产带来了巨大的经济损失。技术人员在复杂煤层条件下，对于钻进方案的选择往往束手无策，因此，如何科学解决突出煤层抽采钻孔成孔工艺设计问题，对于实现突出煤层安全高效生产具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的之一在于，解决突出煤层安全、高效钻进问题，提供一种基于煤层地质条件变化、钻孔参数等因素的变化对高瓦斯及易突出煤钻进的影响进行综合研究分析，形成煤层地质条件变化、钻孔参数变化与高瓦斯及易突出煤工艺方案设计思路之间一一对应的逻辑关系。

本发明的近一步目的在于解决突出煤层安全、高效钻进问题，提供一种，基于上述研究方法，形成解决突出煤层抽采钻孔钻进工艺方案设计的四个重要逻辑关系：煤层地质条件的变化与所需最优钻杆类型之间的逻辑关系；煤层施工钻孔参数与所需钻机动力参数之间的逻辑关系；煤层地质条件、钻孔倾角、煤层水分与所需排渣动力之间的逻辑关系；煤层厚度、煤层透气性系数、钻孔直径与钻孔布置方案之间的逻辑关系。将上述四种逻辑关系，建立数据库，并编制软件平台，调用相应的数据库，通过计算机软件平台，输入相应的煤层地质条件和钻孔设计参数，实现煤层钻进方案的自动化设计。

为了实现上述目的，经过长期的研究和工业性试验，本发明突出煤层抽采钻孔成孔工艺方案设计方法，包括以下步骤。

（1）根据煤层地质条件的变化选择最优化钻杆，煤层地质条件包括煤层坚固性系数f、煤层绝对瓦斯涌出量q_１、煤层相对瓦斯涌出量q_２、煤体瓦斯压力p、煤层埋深h₁和煤层厚度h₂，每一种钻杆依据煤层地质条件，进行钻进和排渣的优化设计分析，优化钻杆的结构参数，形成不同煤层条件下与之相匹配的最佳钻杆，按上述研究方法，在综合分析和研究煤层地质条件与所需钻杆类型之间关系的基础上，确定煤层地质条件的变化与所需最优钻杆类型之间的逻辑关系，将上述结果编制数据库。

（2）根据煤层施工钻孔参数选择最佳匹配钻机，钻机动力的选择主要取决于施工钻孔的参数，其中主要包括钻孔直径d、钻孔设计深度L，每一组钻孔参数，通过计算钻孔直径、钻进深度与钻机动力的数学关系，得到与钻孔参数匹配的最佳钻机动力参数，即，每一组钻孔设计参数与对应一组钻机动力参数，其中钻机动参数包括钻机旋转扭矩N，钻机给机力F₁，钻机起拔力F₂，按上述研究方法，在综合分析和研究煤层施工钻孔参数与所需钻机动力参数之间关系的基础上，确定煤层施工钻孔参数与所需钻机动力参数之间的逻辑关系，将上述结果编制数据库。

（3）根据煤层地质条件、钻孔倾角、煤层水分决定着排渣动力方式及参数的选择，排渣动力包括机械排渣、水力排渣和风力排渣，其中水力排渣和风力排渣包括水压和风压两个重要参数的确定。通过优化计算煤层地质条件、钻孔倾角、煤层水分的变化，确定每一种情况下，排渣动力的选择，得出煤层地质条件、钻孔倾角、煤层水分与排渣动力相对应的逻辑关系，将上述结果编制数据库。

（4）由于煤层厚度决定着钻孔布置的排数和沿厚度方向上的位置，煤层透气性系数和钻孔直径决定着钻孔之间的间距，通过优化计算煤层厚度、煤层透气性系数、钻孔直径的变化，确定每一种情况下，钻孔的布置方式，得出煤层厚度、煤层透气性系数、钻孔直径与钻孔的布置方式相对应的逻辑关系，并将上述结果编制数据库。

（5）基于上述四种逻辑关系的建立，为突出煤层抽采钻孔钻进方案设计提供了科学的基础数据平台，为方便工程人员使用，开发软件包，建立计算机可视化操作平台。

（6）根据矿方所要施工地点的具体情况，通过软件平台，输入相应的煤层地质条件和钻孔设计参数，实现煤层钻进方案的自动化设计。

附图说明

图1是本发明突出煤层抽采钻孔成孔工艺设计方法工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述。

本发明突出煤层抽采钻孔成孔工艺方案设计方法具体实施技术方案包括以下步骤。

（1）钻杆选型。对于我国突出煤层钻进问题，通过前期大量的研究，发现不同钻杆的类型影响煤层的钻进深度和钻进效率，并且有一定的规律可寻。即，煤层地质条件与钻杆类型之间有一个最佳匹配的关系，因此，可以根据煤层地质条件的变化选择最优化钻杆，煤层地质条件包括煤层坚固性系数f、煤层绝对瓦斯涌出量q_１、煤层相对瓦斯涌出量q_２、煤体瓦斯压力p、煤层埋深h₁和煤层厚度h₂，每一种钻杆依据煤层地质条件，进行钻进和排渣优化设计分析，优化钻杆的结构参数，形成不同煤层条件下与之相匹配的最佳钻杆。按上述方法，在综合分析和研究煤层地质条件与所需钻杆类型之间关系的基础上，确定煤层地质条件的变化与所需最优钻杆类型之间的逻辑关系，将上述结果编制数据库，并存储，以备后期制作的软件平台调用。

（2）钻机选型。在煤层钻进过程中，钻孔的设计深度L和钻孔直径d决定着钻机动力的选择，因此，通过计算所为施工地点钻孔直径、钻进深度与钻机动力的数学关系，得到与钻孔参数匹配的最佳钻机动力参数，即，每一组钻孔设计参数与对应一组钻机动力的主要参数，其中钻机动参数包括钻机旋转扭矩N，钻机给机力F₁，钻机起拔力F₂。按上述方法，建立煤层施工钻孔参数与所需钻机动力参数之间逻辑对应关系的数据库，并存储，以备后期制作的软件平台调用。

（3）排渣动力设计。根据煤层地质条件、钻孔倾角、煤层水分决定着排渣动力方式及参数的选择，排渣动力包括机械排渣、水力排渣和风力排渣，其中水力排渣和风力排渣包括水压和风压两个重要参数的确定。通过优化计算煤层地质条件、钻孔倾角、煤层水分的变化，确定每一种情况下，排渣动力的选择，得出煤层地质条件、钻孔倾角、煤层水分与排渣动力相对应的逻辑关系，将上述结果编制数据库，并存储，以备后期制作的软件平台调用。

（4） 钻孔布置方案设计。由于煤层厚度决定着钻孔布置的排数和沿厚度方向上的位置，煤层透气性系数和钻孔直径决定着钻孔之间的间距，通过优化计算煤层厚度、煤层透气性系数、钻孔直径的变化，确定每一种情况下，钻孔的布置方式，得出煤层厚度、煤层透气性系数、钻孔直径与钻孔的布置方式相对应的逻辑关系，并将上述结果编制数据库，并存储，以备后期制作的软件平台调用。

（5） 基于上述步骤，建立软件平台，形成钻进工艺方案设计系统。

（6）利用软件平台，输入矿方所需施工地点的上述参数，自动生成钻进工艺方案。