(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210686244.4 (22)申请日 2022.06.16 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221116 江苏省徐州市铜山区大 学路1 号 (72)发明人 刘厅　陈蒙　林柏泉　朱传杰　 杨威　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 潘文龙 (51)Int.Cl. E21B 43/26(2006.01) E21B 43/30(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸压增透方 法 (57)摘要 本发明公开了一种瓦斯非稳定赋存煤层精 准卸压增透方法， 包括： 获得煤层的地质力学参 数和瓦斯赋存参数； 对煤层进行区域划分； 获得 煤层抽采达标时间与瓦斯压力、 水力冲孔出煤量 以及钻孔间距之间的函数关系； 绘制水力冲孔关 键参数优化图谱； 确定合理冲孔出煤量和钻孔间 距的范围； 以工程施工成本最小化为最优判据， 确定出水力冲孔的最优的布孔参数集； 重复以上 方法确定不同区域煤层水力冲孔的最优施工参 数； 本方法适用于瓦斯赋存非稳定煤层， 克服传 统方法中施工参数靠经验确定、 随机性大、 效果 差的难题， 能够针对性地确定出不同瓦斯赋存区 域的水力冲孔最优化的施工参数， 实现瓦斯赋存 非稳定煤层的精准增透 。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115030702 A 2022.09.09 CN 115030702 A 1.一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸压增透方法， 其特 征在于， 具体包括以下步骤： 步骤1.首先通过现场实测和实验室测试获得煤层的地质力学参数和瓦斯赋存参数， 包 括煤体黏聚力、 内摩擦角、 地应力、 瓦斯含量和瓦斯压力； 步骤2.基于瓦斯含量和压力对煤层进行区域划分， 划分所用的瓦斯含量和压力的临界 阈值根据现场实际情况和瓦斯治理需求确定； 步骤3.基于COMSOL  Multiphysics数值模拟并结合响应面法获得煤层抽采达标时间t0 与瓦斯压力p0、 水力冲孔出煤量d以及钻孔间距L之间的函数关系； 步骤4.基于步骤3中的函数关系绘制水力冲孔关键参数优化图谱； 步骤5.基于步骤4中的水力冲孔关键参数优化图谱可确定出给定抽采达标时间和瓦斯 压力条件下合理的冲孔出煤量和钻孔间距的范围； 步骤6.以工程施工成本最小化最优判据， 结合步骤5中获得的合理的冲孔出煤量和钻 孔间距的范围， 确定出水力冲孔的最优的布孔参数集， 包括冲孔出煤量、 钻孔间距和抽采达 标时间； 步骤7.重复以上 方法确定不同区域煤层水力冲孔的最优布孔 参数集。 2.根据权利要求1所述的一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸压增透方法， 其特征在于： 步 骤3中抽采达标时间的判定指标包括残余瓦斯压力和残余瓦斯含量， 当残余瓦斯含量小于 8m3/t， 且残余瓦斯压力小于0.74MPa时， 则认为煤层抽采达标， 此时对应的抽采时间即为抽 采达标时间。 3.根据权利要求1所述的一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸压增透方法， 其特征在于： 步 骤5中合理的冲孔出煤量和钻孔间距范围的确定方法是首先确定给定抽采达标时间和瓦斯 压力下的冲孔出煤量和钻孔间距关系曲线， 找到该曲线上冲孔出煤量最小值对应的点C (Lmin.dmin)和钻孔间距最大值对应的点D(Lmax.dmax)， 则水力冲孔施工过程中合理 的钻孔间 距范围为[Lmin,Lmax]出煤量范围为[dmin,dmax]。 4.根据权利要求1所述的一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸压增透方法， 其特征在于： 步 骤6中工程成本最小化判据为： 式中， X为某一工作面钻孔施工和水力冲孔施工成本的最小值， ρ 为煤体密度， a为每米 钻孔的施工成本， b为冲孔过程中每冲出一吨煤的施工成本， d为水力冲孔等效孔径， L为钻 孔间距。 5.根据权利要求3所述的一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸压增透方法， 其特征在于： 步 骤6中水力冲孔的最优冲孔出煤量和钻孔间距的确定方法是出煤量和钻孔间距在曲线CD段 取值， 当所取的出煤量和钻孔间距是X取最小值时， 此时对应的出煤量和钻孔间距即为最优 值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115030702 A 2一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸压增透 方法 技术领域 [0001]本发明涉及煤层卸压增透技术领域， 具体涉及一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸压 增透方法。 背景技术 [0002]瓦斯是我国煤矿开采的重大灾害源之一， 同时也是一种 强温室气体和清洁能源， 实现煤层瓦斯的高效抽采对于煤矿安全、 环境保护以及资源开发均具有重要意义。 但是， 目 前我国煤层 普遍为难抽采煤层， 具有微孔隙、 低渗透和强吸附的特性， 常规的钻孔抽采方法 效果差、 周期 长， 且钻孔施工工程量大， 成本高。 为此， 需要采用煤层增透措施以强化瓦斯抽 采。 [0003]水力冲孔是利用高压水冲击钻孔壁， 诱导含瓦斯软煤发生可控喷孔， 在煤层内创 造卸压空间， 引导应力转移， 在钻孔周围创造大量扰动裂隙， 为瓦斯流动构建优势通道。 尽 管目前针对水力冲孔已开展了大量研究， 且该技术在现场应用方面也已较为成熟， 但仍然 存在一些关键难题亟待解决。 工程实践发现冲孔过后煤层松软破碎， 导致 目标区域煤巷失 稳风险增大， 后 期维护更加困难、 成本更高。 其次， 受地质构 造的影响， 同一煤层瓦斯赋存差 异大， 存在明显的非稳定赋存特 征， 对此应当采取分区治理、 精准增透的瓦斯治理策略。 [0004]因此， 为了实现瓦斯非稳定赋存煤层瓦斯灾害的高效治理， 急需寻求一种能够实 现煤层精准卸压增透的技 术方法， 以实现煤层瓦斯的高效抽采。 发明内容 [0005]针对上述存在的技术不足， 本发明的目的是提供一种瓦斯非稳定赋存煤层精准卸 压增透方法， 其适用于瓦斯赋存非稳定煤层， 克服了传统方法中施工参数靠经验确定、 随机 性大、 效果差的难题， 能够针对性地确定出不同瓦斯赋存区域的水力冲孔最优化的施工参 数， 实现瓦斯赋存非稳定煤层的精准增透。 为解决上述技术问题， 本发 明提供一种瓦斯 非稳 定赋存煤层精准卸压增透方法， 具体包括以下步骤： [0006]步骤1.首先通过现场实测和实验室测试获得煤层的地质力学参数和瓦斯赋存参 数， 包括煤体黏聚力、 内摩擦角、 地应力、 瓦斯含量和瓦斯压力； [0007]步骤2.基于瓦斯含量和压力对煤层进行区域划分， 划分所用的瓦斯含量和压力的 临界阈值 根据现场实际情况和瓦斯治理需求确定； [0008]步骤3.基于COMSOL  Multiphysics数值模拟并结合响应面法获得煤层抽采达标时 间t0与瓦斯压力p0、 水力冲孔出煤量d以及钻孔间距 L之间的函数关系； 步骤4.基于步骤3中 的函数关系绘制水力冲孔关键参数优化图谱； [0009]步骤5.基于步骤4中的水力冲孔关键参数优化图谱可确定出给定抽采达标时间和 瓦斯压力条件下合理的冲孔出煤量和钻孔间距的范围； [0010]步骤6.以工程施工成本最小化最优判据， 结合步骤5中获得的合理的冲孔出煤量 和钻孔间距的范围， 确定出水力冲孔的最优的布 孔参数集， 包括冲孔出煤量、 钻孔间距和抽说　明　书 1/4 页 3 CN 115030702 A 3