一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112267879A(43)申请公布日2021.01.26(21)申请号202011140534.6(22)申请日2020.10.22(71)申请人山西工程技术学院地址045000山西省阳泉市开发区学院路1号(72)发明人李全中王凯付宏伟张军亮魏巍(74)专利代理机构郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)41131代理人朱俊峰(51)Int.Cl.E21B49/00(2006.01)E21B33/13(2006.01)G06F30/20(2020.01)E21F7/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法(57)摘要本发明公开了一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法，包括以下步骤：取样后在实验室制作成标准试样，测试煤样岩石力学参数；根据煤层条件和地应力大小，建立考虑封孔支护作用力的瓦斯钻孔裂隙区范围数值模型，获取支护作用力与裂隙区范围之间的关系曲线；对支护作用力与裂隙区范围之间的关系曲线进行分析，确定最佳钻孔封孔支护作用力；然后根据封孔材料膨胀实验得出支护作用力和注浆压力之间的关系表达式，确定合理的注浆压力。本发明能够根据不同煤层条件，确定瓦斯钻孔封孔合理注浆压力，减少瓦斯钻孔裂隙区范围，提高钻孔封孔质量和瓦斯抽采效果。CN112267879ACN112267879A权利要求书1/2页1.一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法，其特征在于：包括以下步骤，（1）对煤层进行钻孔，采集现场煤层的煤样，将采集的煤样在实验室制作成标准试样，测试标准试样的煤体力学参数；（2）按照应力解除法地应力测试方法，测试出钻孔周围的现场煤层中地应力P，并结合步骤（1）中测试出的煤体力学参数，建立考虑封孔的支护作用力与瓦斯钻孔的裂隙区范围数值模型；（3）获取支护作用力与裂隙区范围之间的关系曲线；（4）对支护作用力与裂隙区范围之间的关系曲线进行分析，确定最佳封孔的支护作用力；（5）最后对步骤（1）中的钻孔进行封孔材料膨胀实验得出支护作用力和注浆压力之间的关系表达式，确定最佳的注浆压力。2.根据权利要求1所述的一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法，其特征在于：步骤（1）中测试标准试样的煤体力学参数为采用变角剪切试验测得的粘聚力C和内摩擦角φ。3.根据权利要求2所述的一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法，其特征在于：步骤（2）的具体过程为，在煤层钻孔后，在钻孔周围会形成裂隙区、塑性区和弹性区，根据钻孔半径r1以及测出的粘聚力C、内摩擦角φ和地应力P，建立钻孔支护作用力q与裂隙区半径r2关系的数值计算模型：式中：q为支护作用力，MPa；P为地应力，MPa；C为粘聚力，MPa；φ为煤体内摩擦角，°；r1为钻孔半径，m；r2为破裂区半径，m；将已知的粘聚力C、内摩擦角φ、地应力P和钻孔半径r1数值代入到上述数值计算模型中，得到裂隙区半径r2与支护作用力q之间的关系表达式：；式中：。4.根据权利要求3所述的一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法，其特征在于：步骤（3）的具体过程为，已知裂隙区范围L=r2-r1，结合步骤（4）中裂隙区半径r2与支护作用力q之间的关系表达式：，裂隙区范围L和支护作用力q关系表达式：，由该表达式即可得到裂隙区范围L和支护作用力q的关系曲线。5.根据权利要求4所述的一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法，其特征在于：步骤（4）具体为，对步骤（3）得到的关系曲线进行分析：当支护作用力为qz时，裂隙区范围L趋近于零，因此得出最佳支护作用力为qz。6.根据权利要求5所述的一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法，其特征在于：步骤（5）2CN112267879A权利要求书2/2页的具体过程为，对步骤（1）中的钻孔进行注浆材料膨胀试验，得出注浆压力p与支护作用力q之间的关系曲线，根据拟合得到注浆压力p与支护作用力q关系表达式p=aq，其中a为常数；根据p=aq，可得到最佳支护作用力qz对应的注浆压力pz，即为该煤层条件下封孔最佳注浆压力pz=aqz。3CN112267879A说明书1/5页一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法技术领域[0001]本发明属于煤矿瓦斯抽采钻孔封孔技术领域，具体涉及一种瓦斯钻孔封孔注浆压力确定方法。背景技术[0002]瓦斯灾害是我国煤矿企业安全事故的“头号杀手”，钻孔预抽煤层瓦斯是消除瓦斯灾害有效方法之一。在钻孔抽采中，钻孔封孔方式和封孔材料影响着钻孔瓦斯抽采效果。现有封孔技术和封孔材料有多种，根据封孔工艺和封孔材料的类型可以分为囊袋式封孔、水泥药卷封孔、聚氨酯封孔和高水材料封孔等，这些封孔方法各有特点，具有不同的适用条件。[0003]近年来，随着具有膨胀性的封孔材料的研发成功，“两堵一注”注浆封孔技术得到了大范围的推广应用，并取得了