[发明专利]一种钻孔抽采煤层瓦斯钻孔优化方法

说明书

本发明公开了一种钻孔抽采煤层瓦斯钻孔优化方法，包括以下步骤：一、待研究煤层地质参数的获取；二、构建考虑煤体渗透率动态演化的瓦斯抽采数学模型；三、钻孔参数设计方案的获取；四、构建煤岩体模型并获取钻孔间最大瓦斯压力与达标压力比的回归模型；五、钻孔参数的优化及获取钻孔参数等值线图；六、待研究煤层的现场钻孔抽采。本发明方法步骤简单，设计合理，基于钻孔间最大瓦斯压力与达标压力比最优化钻孔参数，实现抽采负压、钻孔直径和钻孔间距的优化，改善瓦斯抽采效果，降低施工成本的前提下保障煤层瓦斯抽采达标，实现煤层瓦斯精准抽采，为现场抽采钻孔布置提供了理论依据和技术指导。

技术领域

本发明属于煤层瓦斯抽采技术领域，尤其是涉及一种钻孔抽采煤层瓦斯钻孔优化方法。

背景技术

我国大部分矿区瓦斯含量较高，瓦斯灾害防控压力大，制约矿井安全生产。钻孔抽采煤层瓦斯技术是降低瓦斯含量，预防瓦斯事故，实现煤炭安全开采的根本措施。其中，钻孔抽采煤层瓦斯技术在矿井瓦斯治理方面应用效果显著。针对煤层瓦斯赋存的区域性特点，关键是精准确定钻孔布置参数，实现煤层瓦斯抽采达标，这对防治矿井瓦斯灾害具有重要意义。

采用钻孔抽采煤层瓦斯时，钻孔参数的合理性直接影响煤层瓦斯抽采效果，这关乎抽采区域能否在设定时间内抽采达标，同时还影响钻孔施工量。现有抽采技术中钻孔参数判定指标主要为有效抽采半径，该指标可用于确定钻孔间距，而对于抽采负压、钻孔直径等抽采工艺参数，目前没有明确的判定方法，其参数选择多依赖于现场抽采经验，导致钻孔参数设计缺乏理论依据，易造成钻孔施工量偏多，施工成本提高，抽采不达标等问题，无法实现煤层瓦斯精准抽采。

因此，现如今缺少一种钻孔抽采煤层瓦斯钻孔优化方法，实现抽采负压、钻孔直径、钻孔间距的优化，降低施工成本的前提下保障煤层瓦斯抽采达标，实现煤层瓦斯精准抽采。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种钻孔抽采煤层瓦斯钻孔优化方法，其方法步骤简单，设计合理，基于钻孔间最大瓦斯压力与达标压力比最优化钻孔参数，实现抽采负压、钻孔直径和钻孔间距的优化，改善瓦斯抽采效果，降低施工成本的前提下保障煤层瓦斯抽采达标，实现煤层瓦斯精准抽采，为现场抽采钻孔布置提供了理论依据和技术指导。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种钻孔抽采煤层瓦斯钻孔优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一、待研究煤层地质参数的获取：

步骤101、勘探获得待研究煤层区域地质参数；其中，所述待研究煤层区域地质参数包括煤体密度ρ_c、弹性模量E、剪切模量G、泊松比v、有效应力系数β、煤体温度T、煤体初始孔隙率煤体的体积模量K_s、瓦斯摩尔质量M、朗格缪尔体积吸附常数a、朗格缪尔压力吸附常数b、瓦斯动力粘性系数u、瓦斯的扩散系数D、瓦斯的解吸扩散系数τ、标椎状态下瓦斯密度ρ_ga、摩尔气体常数R₁；

步骤102、获取待研究煤层的垂直地应力F；

步骤103、对待研究煤层进行瓦斯含量测量，得到待研究煤层的最小瓦斯含量和待研究煤层的最大瓦斯含量；

对待研究煤层进行透气性系数测量，得到待研究煤层的最小透气性系数和待研究煤层的最大透气性系数；

步骤104、设定待研究煤层划分为I个煤层抽采区，并设定第i个煤层抽采区的抽采时间为第i个预设抽采时间；其中，i为正整数，1≤i≤I；

步骤二、构建考虑煤体渗透率动态演化的瓦斯抽采数学模型：

步骤201、采用计算机构建含瓦斯煤体渗透率动态演化模型，如下：