本發(fā)明涉及一種煤礦瓦斯的精準抽采方法，尤其適用于煤礦井下含瓦斯煤層的瓦斯精準高效抽采，包括鉆孔終孔點的準確定位和瓦斯抽采量與殘余瓦斯含量的準確量化，從而能避免抽采鉆孔設(shè)計不當造成的瓦斯抽采空白帶。

背景技術(shù)：

通過鉆孔進行瓦斯抽采是瓦斯防治的主要措施。由于我國煤層透氣性較差，地面鉆井影響范圍小、抽放效果差，大多通過在煤礦井下施工小直徑鉆孔進行抽采，這些鉆孔施工簡單、數(shù)量較多。但是目前來看，抽采效果不理想，這其中主要的原因是煤層與其它較硬的巖石相比相對較軟、距離又短，導(dǎo)致鉆孔的施工軌跡很難控制，鉆孔的實際見煤長度和終孔點到底落在何處并不是很清楚。然而，現(xiàn)有的設(shè)計大都基于鉆孔是從開孔點施工的直線鉆孔的假設(shè)，沒有準確定位鉆孔的終點位置。而且，鉆孔的軌跡也不是完全呈直線形態(tài)，從而導(dǎo)致對每個鉆孔到底能夠抽采多少瓦斯量形成誤判。此外，由于我國煤層賦存不穩(wěn)定，煤層厚度變化大，以往的設(shè)計也都假設(shè)煤層賦存是穩(wěn)定的，各處厚度一直，走向和傾向的角度不變化，造成設(shè)計參數(shù)相同的鉆孔可能抽采的瓦斯量存在較大差異。上述原因都會導(dǎo)致對每個鉆孔抽采的瓦斯量計算不準確，形成瓦斯抽采空白帶，后期煤巷掘進過程中極易遇到瓦斯超限問題，帶來安全隱患，威脅礦工生命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是針對煤礦瓦斯抽采鉆孔設(shè)計和施工不精確，導(dǎo)致煤層瓦斯抽采時空不均，存在抽采空白帶的問題，提供一種煤礦瓦斯的精準抽采方法，通過采用煤層賦存精準定位和瓦斯鉆孔精確設(shè)計的方法，實現(xiàn)煤礦瓦斯的精準抽采，提高瓦斯治理的針對性。

技術(shù)方案：本發(fā)明的煤礦瓦斯的精準抽采方法，包括如下步驟：

(a)在煤層的待抽采區(qū)域進行地層剖面掃描；

(b)在地層剖面掃描區(qū)域施工地層探測鉆孔；

(c)描繪待抽采區(qū)域的煤層走向、傾向、煤層厚度變化趨勢圖；

(d)根據(jù)待抽采區(qū)域的煤層參數(shù)和瓦斯抽采達標要求，確定需要施工的鉆孔數(shù)量及其具體施工參數(shù)；

(e)在待施工位置固定鉆機，并在鉆機的鉆頭內(nèi)部安裝陀螺儀和內(nèi)窺攝像頭；

(f)利用鉆機在煤層中施工并跟蹤一組各種不同施工參數(shù)鉆孔的軌跡，記錄鉆孔開孔點施工參數(shù)與實際見煤點坐標和孔底坐標；

(g)根據(jù)鉆孔開孔點施工參數(shù)與鉆孔實際見煤點參數(shù)的三維方位關(guān)系，調(diào)整鉆孔開孔施工參數(shù)；

(h)將鉆孔連接到抽采管路，并安裝孔口流量計，記錄不同鉆孔瓦斯抽采流量和單米瓦斯抽采流量；

(i)根據(jù)調(diào)整后的鉆孔施工參數(shù)和單米瓦斯抽采流量，設(shè)計并精確施工其它鉆孔至預(yù)定設(shè)計的鉆孔位置，施工完畢后密封鉆孔，進行瓦斯抽采。

所述步驟(a)中的地層剖面采用地層剖面儀，施工地點在煤層底板巷道中沿巷道掘進方向掃描。

所述步驟(b)中的地層探測鉆孔應(yīng)施工穿過見煤段，直至不排出煤渣為止。

所述步驟(c)中的待抽采區(qū)域的煤層走向、傾向、煤層厚度變化趨勢圖描繪方法采用地層剖面儀掃描和鉆孔坐標修正相結(jié)合的綜合判定方法：首先用地層剖面儀確定含煤地層的走向趨勢，然后利用鉆孔坐標劃定煤層的準確邊界。

所述步驟(f)中的實際煤層底板和頂板見煤點坐標，利用內(nèi)窺攝像頭記錄鉆孔底板見煤點和頂板見煤終點各自的對應(yīng)軌跡點，然后在陀螺儀記錄的鉆孔軌跡點上對應(yīng)確定具體的坐標數(shù)值。

所述步驟(g)中的調(diào)整鉆孔施工參數(shù)方法為：首先調(diào)整方位角，使實際鉆孔軌跡的頂板見煤點與設(shè)計頂板見煤點在與巷道垂直方向上的水平投影長度相同，然后根據(jù)鉆孔在巷道方向上的偏移量沿偏移方向的反方向調(diào)整開孔位置。

有益效果：由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過實施煤礦瓦斯的精準抽采方法，一方面可以準確獲知煤層和瓦斯的賦存情況，并根據(jù)煤層和瓦斯的實際賦存情況，精確設(shè)計瓦斯抽采方案；另一方面可以根據(jù)鉆孔軌跡特征，通過調(diào)整施工參數(shù)，準確到達預(yù)定鉆孔設(shè)計位置，從而避免了工程技術(shù)人員對煤層和瓦斯賦存變化情況了解不夠精確，而導(dǎo)致的煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計不到位、造成存在抽采空白帶的問題。同時，通過跟蹤定位鉆孔的實際軌跡，避免了對鉆孔實際軌跡和見煤點位置難以定位的問題，實現(xiàn)了瓦斯抽采量的準確評估，進而判斷煤層的殘余瓦斯含量，為煤層后期開采或掘進時的瓦斯防治提供參考。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施流程示意圖。

圖2是本發(fā)明的煤層走向、傾向、煤層厚度變化趨勢探測方法示意圖。

圖3是本發(fā)明的鉆孔設(shè)計和實際軌跡剖面示意圖。

圖4是本發(fā)明的鉆孔開孔方位角、傾角和鉆孔長度與鉆孔實際見煤點坐標、孔底坐標和三維鉆孔軌跡的對應(yīng)關(guān)系原理立體示意圖。

圖5是本發(fā)明的設(shè)計軌跡、實際鉆孔軌跡和糾偏后的鉆孔軌跡在水平面上的相對關(guān)系投影示意圖。

圖中：圖中：1－底板巷道；2－含煤地層；3－煤層；4－地層探測鉆孔；5－鉆孔實際底板見煤點；6－鉆孔實際頂板見煤終點；7－煤層底板；8－煤層頂板；901～907－實際施工鉆孔；10－設(shè)計鉆孔；11－鉆孔設(shè)計底板見煤點；12－鉆孔設(shè)計頂板見煤終點；13－鉆孔的實際方位角；14－糾偏后的鉆孔方位角；15－鉆孔的設(shè)計方位角；16－實際鉆孔軌跡的水平投影；17－設(shè)計鉆孔軌跡的水平投影；18－糾偏后鉆孔軌跡的水平投影。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明的煤礦瓦斯的精準抽采方法，包括以下步驟：

(a)在煤層的待抽采區(qū)域進行地層剖面掃描；所述地層剖面掃描采用地層剖面儀，施工地點在煤層底板巷道中沿巷道掘進方向掃描；

(b)在地層剖面掃描區(qū)域施工地層探測鉆孔；所述地層探測鉆孔應(yīng)施工穿過見煤段，直至不排出煤渣為止；

(c)描繪待抽采區(qū)域的煤層走向、傾向、煤層厚度變化趨勢圖；所述待抽采區(qū)域的煤層走向、傾向、煤層厚度變化趨勢圖描繪方法采用地層剖面儀掃描和鉆孔坐標修正相結(jié)合的綜合判定方法：首先用地層剖面儀確定含煤地層的走向趨勢，然后利用鉆孔坐標劃定煤層的準確邊界；

(d)根據(jù)待抽采區(qū)域的煤層參數(shù)和瓦斯抽采達標要求，確定需要施工的鉆孔數(shù)量及其具體施工參數(shù)；

(e)在待施工位置固定鉆機，并在鉆機的鉆頭內(nèi)部安裝陀螺儀和內(nèi)窺攝像頭；

(f)利用鉆機在煤層中施工并跟蹤一組各種不同施工參數(shù)鉆孔的軌跡，記錄鉆孔開孔點施工參數(shù)與鉆孔實際見煤點坐標和孔底坐標，即記錄實際鉆孔的方位角、傾角、煤層底板和頂板見煤點坐標、以及孔長；所述實際見煤點坐標和孔底坐標，采用陀螺儀和內(nèi)窺攝像頭相結(jié)合的方法確定，即內(nèi)窺攝像頭記錄鉆孔見煤點和孔底各自的對應(yīng)軌跡點，然后對應(yīng)確定陀螺儀記錄的鉆孔軌跡點上的坐標數(shù)值；

(g)將鉆孔連接到抽采管路，并安裝孔口流量計，記錄不同鉆孔瓦斯抽采流量和單米瓦斯抽采流量；

(h)根據(jù)鉆孔開孔點施工參數(shù)與鉆孔實際見煤點參數(shù)的三維方位關(guān)系，調(diào)整鉆孔開孔參數(shù)；所述步驟(h)中調(diào)整鉆孔施工參數(shù)的方法為：首先調(diào)整方位角，使實際鉆孔軌跡的頂板見煤點與設(shè)計頂板見煤點在與巷道垂直方向上的水平投影長度相同，然后根據(jù)在巷道方向上的偏移量沿偏移方向的反方向調(diào)整開孔點坐標。

(i)根據(jù)調(diào)整后的鉆孔施工參數(shù)，精確施工至預(yù)定設(shè)計的鉆孔位置，施工完畢后密封鉆孔，進行瓦斯抽采。

下面結(jié)合附圖中的實施例對本發(fā)明作進一步的描述：

某煤礦煤層瓦斯含量為12m³/t，地勘煤層厚度4m，煤層下方施工有底板巷道，該底板巷道長1km，底板巷道離煤層的垂直距離為10m，通過在底板巷道內(nèi)施工穿層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯，使預(yù)抽區(qū)域的瓦斯含量降低至8m³/t以下。預(yù)抽區(qū)域長、寬分別要求為30m和4m，煤炭密度為1.2t/m³，則可以有效控制的煤炭儲量共有576噸。原先設(shè)計7個鉆孔，預(yù)抽6個月可以抽采瓦斯2304m³，從而可以使殘余瓦斯含量達到8m³/t以下。

如圖2所示，首先在煤層的底板巷道1內(nèi)，利用地層剖面儀沿底板巷道的掘進方向勻速掃描含煤煤層2，探測煤層3的大體走向趨勢；掃描完畢后，在巷道內(nèi)安設(shè)鉆機，靠近鉆頭的鉆桿內(nèi)安裝孔內(nèi)窺視儀和陀螺儀，沿巷道每隔10米施工向煤層垂直一個地層探測鉆孔4，該鉆孔還可用于后期瓦斯抽采，記錄鉆孔實際底板見煤點5和鉆孔實際頂板見煤終點6位置，分別連接所有的底板見煤點和頂板見煤終點，獲得煤層底板7和煤層頂板8的準確走向趨勢位置圖。同時，獲得設(shè)計預(yù)抽區(qū)域的實際煤層厚度為3.5m，小于地勘煤層厚度4m，則預(yù)抽區(qū)域的實際控制煤炭儲量有504噸。

然后，在底板巷道1內(nèi)，安設(shè)鉆機，施工完成后形成一組實際施工鉆孔901～907，如圖3所示；利用陀螺儀和內(nèi)窺攝像頭分別跟蹤記錄每個鉆孔的參數(shù)，獲得的鉆孔設(shè)計參數(shù)和實際完工參數(shù)見表一；以907鉆孔為例，設(shè)計鉆孔和實際施工鉆孔的方位關(guān)系如圖4所示；。

表一鉆孔設(shè)計參數(shù)和實際完工參數(shù)對應(yīng)表

備注：表中的角單位為“°”，坐標和孔長單位為“m”。

根據(jù)表一的數(shù)據(jù)進行鉆孔糾偏。以907鉆孔為例，首先調(diào)整鉆孔的實際方位角13至糾偏后的鉆孔方位角14，使得調(diào)整方位角后實際軌跡和設(shè)計鉆孔10的橫坐標x一致，由于僅調(diào)整方位角不會改變鉆孔軌跡形狀，因此，糾偏后鉆孔軌跡的水平投影18的長度l與實際鉆孔軌跡的水平投影16的長度相同，即表一中907鉆孔的實際頂板見煤終點x坐標值18.4m/cos336°＝20.1m，因此，設(shè)計鉆孔軌跡的水平投影17的x軸長度lx與糾偏后鉆孔軌跡的水平投影18的長度l的比值的反余弦值arcos(lx/l)＝41.7°，表一中907鉆孔的設(shè)計頂板見煤終點x坐標15m，因此，糾偏后的鉆孔方位角14為360°-41.7°＝318.3°。

將調(diào)整方位角后的鉆孔再沿y軸偏移方向的反方向調(diào)整lp，lp等于實際施工鉆孔907進行方位角糾偏后鉆孔軌跡的水平投影18在y軸的投影長度lj減去設(shè)計鉆孔10在y軸的投影長度ly，表一中鉆孔編號為907的設(shè)計頂板見煤終點y坐標值1.3m，其中，lj＝l×sin(arcos(lx/l))＝12.2m，則lp＝lj-ly＝10.9m，從而獲得糾偏后的設(shè)計參數(shù)：方位角為318.3°、傾角42°、開孔x坐標為0m、y坐標為-10.9m、z坐標為0m。

最后，將糾偏并重新施工后的901～907鉆孔連接至瓦斯抽采管路，分別計量每個鉆孔6個月的累計單米瓦斯抽采量，填入表二。根據(jù)實際孔長和實際單米瓦斯抽放量可知，6個月可累計抽采瓦斯量2816.8m³，則可使控制區(qū)域的瓦斯含量實際降低5.6m³/t，殘余瓦斯含量為6.4m³/t，達到要求。

表二鉆孔抽采流量設(shè)計參數(shù)和實際抽采參數(shù)對比表

由于鉆孔是沿巷道方向按組施工的，每組鉆孔的設(shè)計和施工參數(shù)是一樣的，因此，其它組鉆孔根據(jù)上述糾偏后的鉆孔設(shè)計參數(shù)進行施工，達到與該組鉆孔的預(yù)期設(shè)計效果，從而提高了設(shè)計和施工的準確性。