CN112145073B - 一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，适用于煤矿井下煤与瓦斯突出机理的研究。首先，在原位高瓦斯突出煤层施工煤与瓦斯突出激发钻孔和参数测试钻孔，然后，每组参数测试钻孔中分别安放瓦斯压力传感器、应力传感器和温度传感器并封孔。待所有传感器监测参数稳定后，通过水射流发生装置产生的高压水射流冲击煤与瓦斯突出激发钻孔孔壁诱导煤与瓦斯突出，利用周围的参数测试钻孔监测煤与瓦斯突出激发过程中的瓦斯压力、应力和温度变化。采用深度学习算法分析获得的瓦斯压力、应力和温度数据，获取煤与瓦斯突出的临界条件。该方法操作简单、成本低、安全性高，并且能够更真实地反映煤与瓦斯突出过程。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿开采领域，具体涉及一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法。
背景技术
煤与瓦斯突出是煤矿井下开采过程中发生的一种极其复杂的典型动力灾害，严重威胁矿井的安全生产。近年来，尽管采取了大量的防治措施，但随着煤矿开采深度和强度的增加，矿井的开采环境持续恶化，地质构造较浅部煤层更加复杂，地应力和煤层瓦斯压力不断增大，且煤层透气性较低，瓦斯抽采极其困难，煤与瓦斯突出危险性依然严重。煤与瓦斯突出现象是涉及多个领域的复杂问题，突出机理至今仍是国际性、世纪性难题。
而我国目前针对煤与瓦斯突出机理的研究大都基于实验室试验或者数值模拟。当前的研究无法准确再现原位煤层的物理力学边界及初始条件，研究成果难以准确反映现场实际的煤与瓦斯突出发生过程。此外，开展原位煤层的煤与瓦斯突出过程成本极高且危险性大，难以实现突出激发过程的安全可控。因此，为了研究原位煤层的煤与瓦斯突出发生的机理和临界判据，急需寻求原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，以更好地防治煤与瓦斯突出灾害。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，其操作简单、成本低、安全性高，并且能够更真实地反映煤与瓦斯突出过程。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，具体包括以下步骤：
S1：首先在巷道向高瓦斯突出煤层中施工一个煤与瓦斯突出激发钻孔，然后在煤与瓦斯突出激发钻孔两侧再分别施工若干组参数测试孔，每组中参数测试孔的数目不少于三个；
S2：在每组参数测试孔中至少放入一个瓦斯压力传感器、一个应力传感器和一个温度传感器，其中每个参数测试孔放一个传感器，各个传感器分别电性连接外部PC机，最后封孔；设置在煤与瓦斯突出激发钻孔其中一侧的每组参数测试孔距离煤与瓦斯突出激发钻孔的间距分别为a、a+1、a+2……，设置在煤与瓦斯突出激发钻孔另一侧的每组参数测试孔分别距离煤与瓦斯突出激发钻孔的间距分别为a+0.5、a+1.5、a+2.5……；
S3：选用合适的钻杆连通水射流发生装置后将其钻头放入煤与瓦斯突出激发钻孔中，在钻杆上安装防喷孔装置，防喷孔装置通过管路连通气液固分离器并且该管路上设有阀门二；
S4：待每组参数测试孔内的监测数据都稳定后，开启水射流发生装置，水射流通过钻杆对煤与瓦斯突出激发钻孔孔壁进行冲击作业；同时打开防喷孔装置和阀门二，煤与瓦斯突出激发过程中产生的气、水和煤通过管路进入到气液固分离器中进行分离；
S5：利用PC机打开每组参数测试孔中的各个传感器，监测水射流冲击过程中煤与瓦斯突出激发钻孔周围的瓦斯压力、应力和温度的变化；
S6：采用深度学习算法分析瓦斯压力、应力和温度数据，获取煤与瓦斯突出的临界条件。
优选地，步骤S1中，煤与瓦斯突出激发钻孔两侧分别设有三组参数测试孔，其中每组参数测试孔中分别施工三个。
优选地，步骤S2中，煤与瓦斯突出激发钻孔两侧的瓦斯压力传感器、应力传感器和温度传感器分别水平共线设置。
优选地，步骤S2中，a取值0.5m～1m。
优选地，步骤S4中，气液固分离器与瓦斯抽采管路连通，瓦斯抽采管路上设置阀门一，水射流发生装置作业时同时打开阀门一，瓦斯抽采管路连通外部抽采机进而抽取气液固分离器中积存的瓦斯。
本发明的有益效果在于：本发明通过在原位高瓦斯突出煤层施工煤与瓦斯突出激发钻孔和参数测试钻孔，结合水射流冲击技术，模拟了原位条件下煤与瓦斯突出过程，并利用传感器监测水射流冲击过程中煤与瓦斯突出激发钻孔周围的瓦斯压力、应力和温度的变化；采用深度学习算法分析瓦斯压力、应力和温度数据，获取了煤与瓦斯突出的临界条件；该方法操作简单、成本低、安全性高，并且能够更真实地反映煤与瓦斯突出过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法中煤与瓦斯突出激发钻孔与每组参数测试孔位置示意图；
图2为本发明实施例提供的一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法中每组参数测试孔位置示意图。
附图标记说明：
1-参数测试孔；2-防喷孔装置，3-钻杆，4-气液分离器，5-瓦斯抽采管路， 6-水射流发生装置，7-阀门一，8-阀门二，9-高瓦斯突出煤层，10-煤与瓦斯突出激发钻孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图2所示，一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，具体包括以下步骤：
S1：首先在巷道向高瓦斯突出煤层9中施工一个煤与瓦斯突出激发钻孔 10，然后在煤与瓦斯突出激发钻孔10两侧再分别施工三组参数测试孔1，其中每组参数测试孔1的数目为3个；
S2：在每组参数测试孔1中依次放入瓦斯压力传感器、应力传感器和温度传感器，各个传感器分别电性连接外部PC机，最后封孔；两侧的瓦斯压力传感器、应力传感器和温度传感器分别水平共线设置，设置在煤与瓦斯突出激发钻孔10左侧的每组参数测试孔1距离煤与瓦斯突出激发钻孔10的间距分别为 0.5m、1.5m、2.5m，设置在煤与瓦斯突出激发钻孔10右侧的每组参数测试孔 1分别距离煤与瓦斯突出激发钻孔10的间距分别为1m、2m、3m；
S3：选用合适的钻杆3连通水射流发生装置6后将其钻头放入煤与瓦斯突出激发钻孔10中，在钻杆3上安装防喷孔装置2，防喷孔装置2通过管路连通气液固分离器4并且该管路上设有阀门二8；
S4：待每组参数测试孔1内的监测数据都稳定后，开启水射流发生装置6，水射流通过钻杆3对煤与瓦斯突出激发钻孔10孔壁进行冲击作业；同时打开防喷孔装置2和阀门二8，煤与瓦斯突出激发过程中产生的气、水和煤通过管路进入到气液固分离器4中进行分离；气液固分离器4与瓦斯抽采管路5 连通，瓦斯抽采管路5上设置阀门一7，水射流发生装置6作业时同时打开阀门一7，瓦斯抽采管路5连通外部抽采机进而抽取气液固分离器4中积存的瓦斯；
S5：利用PC机打开每组参数测试孔1中的各个传感器，监测水射流冲击过程中煤与瓦斯突出激发钻孔10周围的瓦斯压力、应力和温度的变化；
S6：采用深度学习算法分析瓦斯压力、应力和温度数据，获取煤与瓦斯突出的临界条件。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：首先在巷道向高瓦斯突出煤层(9)中施工一个煤与瓦斯突出激发钻孔(10)，然后在煤与瓦斯突出激发钻孔(10)两侧再分别施工若干组参数测试孔(1)，每组中参数测试孔(1)的数目不少于三个；
S2：在每组参数测试孔(1)中至少放入一个瓦斯压力传感器、一个应力传感器和一个温度传感器，其中每个参数测试孔(1)放一个传感器，各个传感器分别电性连接外部PC机，最后封孔；设置在煤与瓦斯突出激发钻孔(10)其中一侧的每组参数测试孔(1)距离煤与瓦斯突出激发钻孔(10)的间距分别为a、a+1、a+2……，设置在煤与瓦斯突出激发钻孔(10)另一侧的每组参数测试孔(1)分别距离煤与瓦斯突出激发钻孔(10)的间距分别为a+0.5、a+1.5、a+2.5……；
S3：选用合适的钻杆(3)连通水射流发生装置(6)后将其钻头放入煤与瓦斯突出激发钻孔(10)中，在钻杆(3)上安装防喷孔装置(2)，防喷孔装置(2)通过管路连通气液固分离器(4)并且该管路上设有阀门二(8)；
S4：待每组参数测试孔(1)内的监测数据都稳定后，开启水射流发生装置(6)，水射流通过钻杆(3)对煤与瓦斯突出激发钻孔(10)孔壁进行冲击作业；同时打开防喷孔装置(2)和阀门二(8)，煤与瓦斯突出激发过程中产生的气、水和煤通过管路进入到气液固分离器(4)中进行分离；
S5：利用PC机打开每组参数测试孔(1)中的各个传感器，监测水射流冲击过程中煤与瓦斯突出激发钻孔(10)周围的瓦斯压力、应力和温度的变化；
S6：采用深度学习算法分析瓦斯压力、应力和温度数据，获取煤与瓦斯突出的临界条件。
2.如权利要求1所述的一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，其特征在于，步骤S1中，煤与瓦斯突出激发钻孔(10)两侧分别设有三组参数测试孔(1)，其中每组参数测试孔(1)中分别施工三个。
3.如权利要求1所述的一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，其特征在于，步骤S2中，煤与瓦斯突出激发钻孔(10)两侧的瓦斯压力传感器、应力传感器和温度传感器分别水平共线设置。
4.如权利要求1所述的一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，其特征在于，步骤S2中，a取值0.5m～1m。
5.如权利要求1所述的一种原位可控的煤与瓦斯突出过程物理模拟方法，其特征在于，步骤S4中，气液固分离器(4)与瓦斯抽采管路(5)连通，瓦斯抽采管路(5)上设置阀门一(7)，水射流发生装置(6)作业时同时打开阀门一(7)，瓦斯抽采管路(5)连通外部抽采机进而抽取气液固分离器(4)中积存的瓦斯。
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