石门揭煤高压水射流扩孔卸压和防突效果评价方法

摘要

本发明提供的一种石门揭煤高压水射流扩孔卸压和防突效果评价方法，包括在防突措施控制范围内的揭煤区域均匀布置钻孔，并获取扩孔均匀度和排出钻屑率，根据扩孔均匀度是否符合处在预先设定的范围以及排出钻屑率是否超出预先设定的阈值，实现对高压水射流扩孔卸压效果和矿井瓦斯防突效果的评定，方法简单，易于操作，适用性强，避免了因揭煤区域钻孔密集导致指标无法测定或误差较大，保证了测定值的准确度。

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种石门揭煤高压水射流扩孔卸压和防突 效果评价方法。

背景技术

煤矿领域是我国经济发展的重要组成部分，近年来煤矿领域的安全性问题 一直受到人们的广泛关注，众所周知，由于煤矿石门揭煤突出危险性高，揭煤 工程量大、工期较长等原因，严重制约了矿井的安全高效生产。

针对我国煤矿煤层松软、透气性低的特点，随着开采逐步加深而地应力显 著增大，为了能够提高揭煤区钻孔抽采效果，我国矿井石门揭煤过程普遍采用 高压水射流扩孔卸压、增透措施，并将残余瓦斯压力、残余瓦斯含量和抽采率 作为区域措施效果评价的主要指标。然而现有的评价方法和指标主要存在以下 两个方面的不足：

1.未考虑扩孔、抽采的均匀性，由于扩孔工艺所限，不同钻孔的扩孔效果可能 差异性较大，进而导致各钻孔控制区域煤层的卸压效果和抽采效果不尽相同， 因而在总体抽采达标的时，可能局部仍存在不达标区域；

2.未对扩孔卸压和防突效果进行评价，现有卸压和防突效果评价方法主要从瓦 斯的抽采效果进行分析，而未从应力(地应力、瓦斯内能)解除效果来对卸压和 防突效果进行评价。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种石门揭煤高压水射流扩孔卸压和防突效果评价 方法，针对石门揭煤高压水射流扩孔强化卸压增透措施，在已有法规规定的防 突评价指标的基础上，利用均匀排出钻屑作为石门揭煤区域防突措施效果的一 种新的评价方法。

本发明提供的石门揭煤高压水射流扩孔卸压和防突效果的评价方法，包括： 获取扩孔均匀度和排出钻屑率，所述扩孔均匀度包括平均扩孔直径和扩孔直径 标准差，根据扩孔直径标准差是否符合预先设定合格范围以及排出钻屑率是否 超出预先设定的阈值，实现对高压水射流扩孔卸压效果和矿井瓦斯防突效果的 评定。

进一步，所述排出钻屑率利用如下公式获取:

$\eta =\frac{T^{\prime }}{T}$

其中T′为钻孔扩出的煤屑量，T为揭煤区域防突措施控制范围内的煤层储 量，η为排出钻屑率。

进一步，所述排出钻屑率的阈值根据揭煤区具体实际地质参数和环境参数 确定。

进一步，所述扩孔直径标准差利用如下公式获取：

$S_d=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i}{\overset{n}{\Sigma }}{(d_i-\bar{d})}^2}$

其中，S_d为扩孔直径标准差，公为平均扩孔直径，d_i为钻孔每钻进0.5m 的等效直径,n为同一个钻孔钻进的次数。

进一步，所述平均扩孔直径通过全孔段长度、煤的密度以及每次钻进扩 出的煤量来计算获取。

本发明的有益效果：通过新增扩孔均匀度和排出钻屑率两个指标对卸压和 防突效果进行评价，方法简单，易于操作，适用性强，避免了因揭煤区域钻孔 密集导致指标无法测定或误差较大，保证了测定值的准确度；在利用已有法规 规定的防突评价指标的基础上，针对石门揭煤高压水射流扩孔强化卸压增透措 施，新增均匀排出钻屑率指标，实现对矿井瓦斯卸压效果和防突效果进行综合 评价。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本实施例的流程示意图。

图2是本发明的原理示意图

具体实施方式

如图1、2所示，本发明提供的石门揭煤高压水射流扩孔卸压和防突效果的 评价方法，包括：

a.在防突措施控制范围内的揭煤区域均匀钻孔；钻孔的间距是影响钻孔卸 压效果的一个重要参数，并且钻孔间距越小钻孔卸压效果越好。随着埋深的增 大，煤体垂直压力增大，钻孔卸压效果越来越好。

b.检测各孔的直径以及排出钻屑率，并依据各孔的直径得出扩孔均匀度；

c.将排出钻屑率和扩孔均匀度分别与预设的排出钻屑率阈值和扩孔均匀度 阈值进行比较，若扩孔均匀度小于扩孔均匀度阈值且排出钻屑率在排出钻屑率 阈值内，判定卸压及防突效果良好。

在本实施例中，统计同一个钻孔钻进的次数，并测量计算钻孔每钻进0.5m 的等效直径，利用如下公式获取扩孔直径标准差：

$S_d=\sqrt{\frac{1}{n}\underset{i}{\overset{n}{\Sigma }}{(d_i-\bar{d})}^2}---\left(1\right)$

其中，S_d为扩孔直径标准差，为平均扩孔直径，d_i为钻孔每钻进0.5m 的等效直径,n为钻进的次数。

本实施例中，由于钻孔每钻进0.5m的等效直径和每次钻进0.5m扩出的煤 量具有如下关系：

$\pi {\left(\frac{d_i}{2}\right)}^2{L}_i\sigma =T_i---\left(2\right)$

其中，L_i为钻孔每次钻进长度，本实施例中L_i的长度取值为0.5m，d_i为钻 孔每钻进0.5m的等效直径，ρ为煤的密度，T_i为每次钻进0.5m扩出的煤量。

进而得出：

$d_i=\sqrt{\frac{{4T}_i}{{\mathrm{\pi L}}_i\rho }}---\left(3\right)$

因此，根据测量的全孔段长度以及扩出的煤量，可以得出平均扩孔直径

将得到的平均扩孔直径代入公式(1)中得到扩孔直径标准差S_d

本实施例中，利用统计学的方法，可以通过钻孔竣工图来评价扩孔均匀度， 利用等效直径评价扩孔均匀度，当扩孔直径标准差S_d的值在±0.15m范围内， 即扩孔均匀度满足要求。这样可以避免由于扩孔、抽采的不均匀性，导致的各 钻孔控制区域煤层的卸压效果和抽采效果的不同，进而造成在总体抽采达标的 基础上仍然存在局部不达标的区域的现象。

本实施例中，测量钻孔扩出煤屑量和揭煤区域防突措施控制范围内的煤层 储量，并利用如下公式获取排出钻屑率:

$\eta =\frac{T^{\prime }}{T}---\left(4\right)$

其中T′为钻孔扩出的煤屑量，T为揭煤区域防突措施控制范围内的煤层储 量，η为排出钻屑率。

揭煤区域防突措施控制范围内煤层储量T利用如下公式获取：

$T=\pi {\left(\frac{\bar{d}}{2}\right)}^2\mathrm{L\rho }---\left(5\right)$

其中，L为全孔段长度，为平均扩孔直径，ρ为煤的密度。

在本实施例中，对于如何设置排出钻屑率的阈值，可以综合考虑揭煤区域 煤层埋藏深度、煤层物理力学性质、地应力等因素确定。对于可以考察的区域， 可以采用实际考察的方法确定均匀排出煤屑率临界，对于一些难以考察的区域， 当没有考察出临界值时，可以将均匀排出钻屑率的阈值按照2.5％进行阈值取 值，若扩孔均匀度在扩孔均匀度阈值范围内且排出钻屑率小于排出钻屑率阈值， 即可判定卸压及防突效果良好，满足安全性要求。

本实施例中，利用在现有评价参数的基础上，增加扩孔均匀度和排出钻屑 率，来评价石门揭煤高压水射流扩孔卸压效果和防突效果，不仅方法简单，操 作方便，适用性强，而且避免了因揭煤区域钻孔密集导致指标无法测定或误差 大，测定的准确度高，大大提高了测定的可靠性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管 参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的 宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。