一种复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法技术

本发明专利技术属于煤层瓦斯抽采技术领域，公开了一种复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，包括：在矿井地质构造图上找到煤层主要的地质构造，根据矿井地质构造图上标识的地质确定地质构造范围；在地质构造控制的煤层内间隔布置水力割缝钻孔孔位；本发明专利技术针对我国煤层地质构造复杂、透气性低的特点，实现了复杂地质构造煤层的高效、均匀增透，提高了复杂地质构造煤层的瓦斯抽采效率，从而实现复杂地质构造煤层瓦斯灾害有效防治的目的；另外，本发明专利技术通过对煤层瓦斯监测异常数据进行识别方法避免监测异常值的存在影响煤层瓦斯监测数据序列的规律提取和后续处理及分析应用，将该方法封装到监测监控系统可避免由于监测异常引起的误报现象。的误报现象。的误报现象。

【技术实现步骤摘要】
一种复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法


[0001]本专利技术属于煤层瓦斯抽采
，尤其涉及一种复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法。

技术介绍

[0002]目前，我国开采的石炭
‑
二叠系煤层成煤年代早，经历的构造运动期次多，作用剧烈，造成煤田地质构造极其复杂，构造煤普遍发育，导致我国煤矿瓦斯灾害事故频发。我国煤矿井下瓦斯治理的根本手段是以钻孔瓦斯抽采方式为主的瓦斯抽采措施。随着我国煤矿进入深部开采，煤层透气性低逐渐成为制约瓦斯高效抽采的主控因素。因此，强化增透成为改善瓦斯抽采效果，实现深部煤与瓦斯共采的关键技术。水力化措施是近年来实践证明的有效措施之一，它主要以水为媒介产生不同形式的载荷(例如水射流冲击的动静耦合载荷、脉动水压的循环载荷等)作用于煤体，一方面促进煤体原生裂隙不断扩展，另一方面能够产生新的裂隙，裂隙的贯通形成裂隙网络，裂隙网络构成瓦斯扩散运移的有利通道，从而达到强化瓦斯抽采的目的。
[0003]目前，水力化措施中现场应用效果显著且范围广泛的两项技术是水力压裂和水力割缝。水力压裂是一种增压措施，即通过不断向煤层注入一定压力的水来挤压煤层，产生裂隙网。水力割缝是一种卸压措施，即通过高压水冲击
‑
破碎
‑
排出煤体，形成卸压空间，产生裂隙网。一般地，水力压裂的影响范围远大于水力割缝，而水力割缝的裂隙可控性(即裂隙的起裂扩展方向的可控性)要远优于水力压裂。
[0004]在复杂地质构造煤层中实施水力压裂措施时，往往出现大量水被压入构造结构面内的情况，造成不均匀增透和局部应力集中，严重影响水力压裂增透效果。
[0005]虽然水力割缝措施在复杂地质构造带仍能取得较为显著的增透效果，但是单孔割缝的有效影响范围在10m以内，较小的影响范围导致割缝钻孔施工量大，瓦斯抽采效率较低。
[0006]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0007](1)在复杂地质构造煤层中实施水力压裂措施时，往往出现大量水被压入构造结构面内的情况，造成不均匀增透和局部应力集中，严重影响水力压裂增透效果。
[0008](2)单孔割缝的有效影响范围在10m以内，较小的影响范围导致割缝钻孔施工量大，瓦斯抽采效率较低。
[0009](3)对煤层瓦斯监测过程中，由于煤层条件复杂，温度、水蒸汽、矿尘等环境因素会影响甲烷传感器的准确性；信号传输过程中的电磁干扰和通信线路受高压冲击等因素会导致虚假信号产生，因此传输至监控主机的监测数据中不可避免的会存在异常数据。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法。
[0011]本专利技术是这样实现的，一种复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，包括以下步骤：
[0012]步骤一、在矿井地质构造图上找到煤层主要的地质构造，根据矿井地质构造图上标识的地质构造参数，确定地质构造范围；
[0013]步骤二、在地质构造控制的煤层内间隔布置水力割缝钻孔孔位，在地质构造之间的煤层内间隔布置水力压裂钻孔孔位；
[0014]步骤三、用钻机在水力割缝钻孔的孔位处钻进到预设位置，退钻，用高压水射流切割钻孔周围煤体，形成若干缝槽；
[0015]步骤四、将水力割缝钻孔封孔，进行瓦斯抽采；
[0016]步骤五、用钻机在水力压裂钻孔的孔位处钻进到预设位置，退钻，封孔，用高压水泵向钻孔内注入高压水，当钻孔内水压突然下跌时，停止压裂；
[0017]步骤六、对水力压裂钻孔进行瓦斯抽采；并对煤层瓦斯监测异常数据进行识别。
[0018]进一步，施工完毕后，将护孔管送入瓦斯抽采钻孔内。
[0019]进一步，所述的钻采孔宽度为1.0m～1.5m，钻采孔的钻采煤体厚度为煤层厚度的0.1～0.2倍，钻采孔之间留设的煤柱宽度为0.3m～0.5m。
[0020]进一步，所述的工作面巷道内钻采孔，工作面两条巷道内钻采孔(2)的钻采深度之和大于工作面倾向长度。
[0021]进一步，所述的护孔管长度不小于瓦斯抽采钻孔长度的70％。
[0022]进一步，所述的进行瓦斯抽采过程中，瓦斯浓度、流量变化异常时，对该相变致裂单元重复进行注水、冻结，增强相变致裂区域内的煤层透气性。
[0023]进一步，所述的对煤层瓦斯监测异常数据进行识别方法如下：
[0024]考虑生产因素对煤层瓦斯涌出的影响，对实时监测数据样本进行重构，设置初始质心向量进行聚类，对聚类中的判别样本进行分析，以正态分布95％置信水平估计，若d(j,p)
‑
μ
p
＞1.96σ
p
，则确定为待定异常数据样本，其中，d(j,p)表示第j个样本与各个质心的欧氏距离，p＝1,2,3,4，μp表示完成聚类后计算各类中的平均质心距离，σp表示计算类中所有样本与质心平均距离的标准差，若存在突变情形，并在历史数据95％置信区间之外，则为小概率事件，确定为监测异常，否则为正常监测数据，包括以下步骤：
[0025](1)将井下不同位置监测点风速、煤层瓦斯浓度监测数据序列转化为煤层瓦斯流量序列，形成序列集D，并分别计算历史监测数据均值μ和标准差σ；
[0026](2)对序列集D中的监测数据进行m维样本重构，并设定4个类别，确定各类别初始质心向量；
[0027](3)基于步骤(2)的设定，计算每个样本与各个质心的欧式距离d(i,p)，p＝1,2,3,4，i＝1,2,
…
,N，确定误差平方和E(τ)，τ表示迭代次数，将所有样本划分至4个类别；
[0028](4)分别计算步骤(3)中划分的每个类别中样本的平均质心距离μp和标准差σp，确定待定样本，计算样本序列差值并与历史数据统计特征进行对比判断识别待定样本是否异常，用于煤层瓦斯预警。
[0029]进一步，所述的步骤(1)中，将各监测点监测情况转化为煤层瓦斯流量数据序列Qt建立变量集D，对变量集D＝{Q
1t
,Q
2t
,Q
3t
,Q
4t
,Q
5t
}进行异常数据识别，其中，t＝1,2,
…
，Q
t
＝x
t
×
v
×
S，x
t
为监测点煤层瓦斯监测数据序列，v为风速，S为巷道断面积，Q
1t
为机电、材料硐
室监测数据序列，Q
2t
为进风巷道监测数据序列，Q
3t
为回风巷道监测数据序列，Q
4t
为回采工作面监测数据序列，Q
5t
为上隅角监测数据序列。
[0030]进一步，所述的步骤(2)中，取所述序列集D中的N个监测数据样本，进行m维样本重构，设定4个类别K1,K2,K3,K4，按照时间节点统计历史监测数据重构后的均值样本点，作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在矿井地质构造图上找到煤层主要的地质构造，根据矿井地质构造图上标识的地质构造参数，确定地质构造范围；步骤二、在地质构造控制的煤层内间隔布置水力割缝钻孔孔位，在地质构造之间的煤层内间隔布置水力压裂钻孔孔位；步骤三、用钻机在水力割缝钻孔的孔位处钻进到预设位置，退钻，用高压水射流切割钻孔周围煤体，形成若干缝槽；步骤四、将水力割缝钻孔封孔，进行瓦斯抽采；步骤五、用钻机在水力压裂钻孔的孔位处钻进到预设位置，退钻，封孔，用高压水泵向钻孔内注入高压水，当钻孔内水压突然下跌时，停止压裂；步骤六、对水力压裂钻孔进行瓦斯抽采；并对煤层瓦斯监测异常数据进行识别。2.如权利要求1所述的复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，其特征在于，施工完毕后，将护孔管送入瓦斯抽采钻孔内。3.如权利要求1所述的复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的钻采孔宽度为1.0m～1.5m，钻采孔的钻采煤体厚度为煤层厚度的0.1～0.2倍，钻采孔之间留设的煤柱宽度为0.3m～0.5m。4.如权利要求1所述的复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的工作面巷道内钻采孔，工作面两条巷道内钻采孔(2)的钻采深度之和大于工作面倾向长度。5.如权利要求1所述的复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的护孔管长度不小于瓦斯抽采钻孔长度的70％。6.如权利要求1所述的复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的进行瓦斯抽采过程中，瓦斯浓度、流量变化异常时，对该相变致裂单元重复进行注水、冻结，增强相变致裂区域内的煤层透气性。7.如权利要求1所述的复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法，其特征在于，所述的对煤层瓦斯监测异常数据进行识别方法如下：考虑生产因素对煤层瓦斯涌出的影响，对实时监测数据样本进行重构，设置初始质心向量进行聚类，对聚类中的判别样本进行分析，以正态分布95％置信水平估计，若d(j,p)
‑
μ
p
＞1.96σ
p
，则确定为待定异常数据样本，其中，d(j,p)表示第j个样本与各个质心的欧氏距离，p＝1,2,3,4，μp表示完成聚类后计算各类中的平均质心距离，σp表示计算类中所有样本与质心平均距离的标准差，若存在突变情形，并在历史数据95％置信区间之外，则为小概率事件，确定为监测异常，否则为正常监测数据，包括以下步骤：(1)将井下不同位置监测点风速、煤层瓦斯浓度监测数据序列转化为煤层瓦斯流量序列，形成序列集D，并分别计算历史监测数据均值μ和标准差σ；(2)对序列集D中的监测数据进行m维样本重构，并设定4个类别，确定各类别初始质心向量；(3)基于步骤(2)的设定，计算每个样本与各个质心的欧式距离d(i,p)，p＝1,2,3,4，i＝1,2,
…
,N，确定误差平方和E(τ)，τ表示迭代次数，将所有样本划分至4个类别；(4)分别计算步骤(3)中划分的每个类别中样本的平均质心距离μp和标准差σp，确定待
定样本，计算样本序列差值并与历史数据统计特征进行对比判断识别待定样本是否异...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘承伟，陈善乐，刘洪洋，张鹏，杨军伟，杨宇，
申请(专利权)人：六盘水师范学院，
类型：发明
国别省市：