一种非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法技术

本发明专利技术公开一种非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法，包括：获取掌子面的地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内的物理参数；其中，所述物理参数包括：钻孔内压力、浓度、涌出速度；基于所述地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内压力，获取掌子面区域的压力场分布模型；基于掌子面区域的所述压力场分布模型，获取裂缝渗透率；获取掌子面面积、掌子面裂缝率，基于所述掌子面面积、掌子面裂缝率、浓度和裂缝渗透率获取瓦斯涌出量。与现有计算方式相比，本发明专利技术提供的涌出量计算方法考虑了隧道掌子面裂隙瓦斯涌出特征、瓦斯的渗流规律，以便更加准确的指导施工建设。更加准确的指导施工建设。更加准确的指导施工建设。

【技术实现步骤摘要】
一种非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法


[0001]本专利技术属于隧道工程
，尤其涉及一种非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法。

技术介绍

[0002][0003]随着隧道工程建设的发展，大量工程问题开始显现，特别是非煤隧道瓦斯问题。非煤隧道掌子面是隧道修建的施工第一线，在爆破后经常会形成众多裂隙，从而成为瓦斯涌出的高频发区域。在铁路和公路隧道的相关规范中，也都将隧道掌子面瓦斯涌出量这一参数考虑为评判隧道瓦斯等级的主要依据。在现有的技术手段中获取隧道掌子面瓦斯涌出量的方法主要有两种，一种是现场实测，一种是经验公式计算。现场实测主要是依据回风量处的瓦斯浓度和速度计算，由于回风区域的瓦斯浓度并不均匀，测试方法和操作规范与否对实验结果的影响很大，并且耗费时间和金钱成本。而现有的经验公式大部分都没有考虑裂隙的影响和瓦斯的渗流规律，因此计算出来的值与实际相差较大。所以如何经济合理的获得非煤隧道掌子面瓦斯涌出便成为了当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法，克服现有技术中非煤瓦斯隧道采用矿山法施工时，瓦斯气囊的有效瓦斯压力和掌子面施工裂缝的渗透率难以直接测量，导致掌子面瓦斯涌出量预测不准确的不足。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了种非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法，包括：
[0006]获取掌子面的地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内的物理参数；其中，所述物理参数包括：钻孔内压力、浓度、涌出速度；
[0007]基于所述地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内压力，获取掌子面区域的压力场分布模型；
[0008]基于掌子面区域的所述压力场分布模型，获取裂缝渗透率；
[0009]获取掌子面面积、掌子面裂缝率，基于所述掌子面面积、掌子面裂缝率、浓度和裂缝渗透率获取瓦斯涌出量。
[0010]可选地，获取掌子面区域的压力场分布包括：
[0011]基于所述地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内压力，获取有效瓦斯收敛半径；
[0012]基于所述瓦斯收敛有效半径、瓦斯压力和涌出速度，获取有效瓦斯压力；
[0013]基于所述有效瓦斯收敛半径和所述有效瓦斯压力，获取所述掌子面区域的压力场分布。
[0014]可选地，获取有效瓦斯收敛半径还包括：获取所述有效瓦斯收敛半径对应的压力范围；
[0015]判断所述有效瓦斯压力是否满足所述压力范围，是，则所述有效瓦斯压力求解成功，不是，则重新获取所述有效瓦斯收敛半径。
[0016]可选地，所述压力场分布模型为：
[0017][0018]其中，P为距离掌子面x米处的压力大小，P2为有效瓦斯压力， P3为掌子面表面压力，r2为有效瓦斯收敛半径。
[0019]可选地，获取所述裂缝渗透率包括：
[0020]基于掌子面区域的所述压力场分布，获取掌子面的裂缝条数、裂缝平均长度、裂缝表面宽度和裂缝粗糙度；
[0021]基于所述裂缝条数、裂缝平均长度、裂缝表面宽度和裂缝粗糙度，获得所述裂缝渗透率。
[0022]可选地，所述裂缝渗透率为：
[0023][0024]其中，n为裂缝条数，l为裂缝平均长度，为裂缝的有效宽度，为b/2，b为裂缝表面宽度，e为裂缝粗糙度。
[0025]可选地，所述瓦斯涌出量为：
[0026][0027]其中，Q为瓦斯涌出量，n为裂缝条数，l为裂缝平均长度，b为裂缝表面宽度，e为裂缝粗糙度，P2为有效瓦斯压力，P3为掌子面表面压力，r2为有效瓦斯收敛半径，A为掌子面面积、为掌子面裂缝率，t为瓦斯涌出时间，θ为浓度，u为甲烷的动力学黏度系数。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0029]本专利技术考虑了裂缝、瓦斯渗流和扩散场对涌出量的影响，计算结果可靠，有效的增强对基于矿山法施工的非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量的预测准确度，能够准确指导施工建设。
附图说明
[0030]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0031]图1为本专利技术实施例的钻孔周围压力变化曲线图；
[0032]图2为本专利技术实施例的收敛半径(r2)求解器界面示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例的有效压力(P2)求解器图；
[0034]图4为本专利技术实施例的基于矿山法施工的非煤隧道掌子面瓦斯涌出量计算流程示意图。
具体实施方式
[0035]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0036]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0037]本实施例提供了一种非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法，包括：
[0038]获取掌子面的地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内的物理参数；其中，所述物理参数包括：钻孔内压力、浓度、涌出速度；
[0039]基于所述地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内压力，获取掌子面区域的压力场分布模型；
[0040]基于掌子面区域的所述压力场分布模型，获取裂缝渗透率；
[0041]获取掌子面面积、掌子面裂缝率，基于所述掌子面面积、掌子面裂缝率、浓度和裂缝渗透率获取瓦斯涌出量。
[0042]进一步地，获取掌子面区域的压力场分布包括：
[0043]基于所述地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内压力，获取有效瓦斯收敛半径；
[0044]基于所述瓦斯收敛有效半径、瓦斯压力和涌出速度，获取有效瓦斯压力；
[0045]基于所述有效瓦斯收敛半径和所述有效瓦斯压力，获取所述掌子面区域的压力场分布。
[0046]进一步地，获取有效瓦斯收敛半径还包括：获取所述有效瓦斯收敛半径对应的压力范围；
[0047]判断所述有效瓦斯压力是否满足所述压力范围，是，则所述有效瓦斯压力求解成功，不是，则重新获取所述有效瓦斯收敛半径。
[0048]进一步地，所述压力场分布为：
[0049][0050]其中，P为距离掌子面x米处的压力大小，P2为有效瓦斯压力， P3为掌子面表面压力，r2为有效瓦斯收敛半径。
[0051]进一步地，获取所述裂缝渗透率包括：
[0052]基于掌子面区域的所述压力场分布，获取掌子面的裂缝条数、裂缝平均长度、裂缝表面宽度和裂缝粗糙度；
[0053]基于所述裂缝条数、裂缝平均长度、裂缝表面宽度和裂缝粗糙度，获得所述裂缝渗透率。
[0054]进一步地，所述裂缝渗透率为：
[0055][0056]其中，n为裂缝条数，l为裂缝平均长度，为裂缝的有效宽度，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法，其特征在于，包括：获取掌子面的地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内的物理参数；其中，所述物理参数包括：钻孔内压力、浓度、涌出速度；基于所述地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内压力，获取掌子面区域的压力场分布模型；基于掌子面区域的所述压力场分布模型，获取裂缝渗透率；获取掌子面面积、掌子面裂缝率，基于所述掌子面面积、掌子面裂缝率、浓度和裂缝渗透率获取瓦斯涌出量。2.根据权利要求1所述的非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法，其特征在于，获取掌子面区域的压力场分布包括：基于所述地层渗透率、孔隙率、钻孔半径和钻孔内压力，获取有效瓦斯收敛半径；基于所述有效瓦斯收敛半径、瓦斯压力和涌出速度，获取有效瓦斯压力；基于所述有效瓦斯收敛半径和所述有效瓦斯压力，获取所述掌子面区域的压力场分布。3.根据权利要求2所述的非煤瓦斯隧道掌子面瓦斯涌出量估算方法，其特征在于，获取有效瓦斯收敛半径还包括：获取所述有效瓦斯收敛半径对应的压力范围；判断所述有效瓦斯压力是否满足所述压力范围，是，则所述有效瓦斯压力求解成功，不是，则重新获取所述有效瓦斯收敛半径。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏培东，邱鹏，李有贵，何坤宸，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：