一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法技术方案

本发明专利技术公开了一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法，包括以下步骤:测定相关技术参数；确定打钻区域喷孔危险性评估公式或方法；根据钻孔施工验证的误差平方差，比较两种模型的优劣，并选定误差平方差小的作为长久手段进行使用；当模型计算趋于稳定的时候，对于预判会出现喷孔的钻孔，给出人为可控影响因素对该孔影响占比大小，并按照从大到小的顺序列出所要采取的针对性措施来降低喷孔可能发生的概率。本发明专利技术可以研判钻孔施工是否发生喷孔，并通过后期不断施工统计验证的数据来修正模型预判结果，提高预判精准度。给出有效的降低喷孔发生可能性和程度的可靠措施，为指导矿井打钻施工期间的采取的针对性安全防护措施提供依据。期间的采取的针对性安全防护措施提供依据。期间的采取的针对性安全防护措施提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法


[0001]本专利技术属于煤矿井下钻孔安全施工
，具体涉及一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法。

技术介绍

[0002]穿层钻孔作为国内当前最为普遍的防突措施手段，得以在近乎全部的突出矿井进行使用。但是因为穿层钻孔施工期间突发性喷孔往往会造成瓦斯超限、喷孔伤人等事故，如何能够提前预判穿层钻孔施工期间是否会发生喷孔、喷孔强度有多大，是否在防喷装置的安全防护范围之内，能否得到有效的预防则成为制约钻孔安全施工的重要影响因素。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有技术中的不足之处，提供一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法,该方法是一整套系统的、可自我修正纠偏的、以及对喷孔强度和结果进行预测评估方法。可以为矿井穿层钻孔的施工以及可能发生的喷孔强度、可控程度和敏感可控影响因素提供数据指导，确保穿层钻孔施工前提前做好安全防范，并及时调整人为可控影响因素降低喷孔事故发生的可能性，为矿井安全生产提供依据。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法，其特征在于：包括以下步骤:
[0005](1)测定相关技术参数；
[0006](2)确定打钻区域喷孔危险性评估公式或方法；
[0007](3)根据钻孔施工验证的误差绝对值，比较两种模型的优劣，并选定误差绝对值小的作为长久手段进行使用；同时，在后期的使用中不断重复上述计算步骤，优化拟合结果，提高预判精准度；
[0008](4)当模型计算趋于稳定的时候，对于预判会出现喷孔的钻孔，应当给出人为可控影响因素(如钻头直径、钻进速度、排渣方式、排渣压力、钻孔间距、喷孔位置)对该孔影响占比大小，并按照从大到小的顺序列出所要采取的针对性措施来降低喷孔可能发生的概率。
[0009]进一步的，步骤(1)中相关技术参数为：煤层f值、瓦斯放散初速度、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、褶曲程度、断层高差数值、煤层厚度、钻孔倾角、钻进速度、卸压影响半径、煤的破坏程度、煤层顶/底板岩性、煤层倾角和煤体结构等21个参数。
[0010]进一步的，步骤(2)具体为：通过工作面煤与瓦斯赋存、煤层构造、煤物性特征、抽采影响或卸压影响半径等资料进行收集、测试，并结合矿井打钻喷孔地点情况的关键参数，采用“灰色关联法+线性回归分析法”来求得各个因素对打钻喷孔的关联度系数，将关联度系数转化为喷孔影响权重，求得喷孔的期望数值后，带入现场进行验证，并结合现场验证情况确定不同期望值对应的喷孔程度；
[0011]灰色关联法主要适用于前期样点数据偏小时候对前期打钻是否发生喷孔的预判，能够指导前期打钻施工。当统计得到的样点数据量(包括验证数据)足够大的时候，则采用
线性回归分析法来预判喷孔；最后，通过统计两种方法对预判结果与验证结果的误差分布情况，来优选预判更精准的方法作为后期长久的预判方法。
[0012]进一步的，灰色关联法的实现如下面步骤所述：
[0013]①
确定灰色关联度的各项影响因素和该灰色关联分析法所考察的主要参数为“煤层f值、瓦斯放散初速度、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、褶曲程度、断层高差数值、煤层厚度(以穿煤长度和施工倾角反算)、钻孔倾角、排渣方式、排渣压力、钻进速度、喷孔卸压影响半径、钻头直径、喷孔煤量、喷孔瓦斯量(用回风流风排瓦斯增加量、抽采管路纯量增加量来计算)、喷孔时间、喷孔见煤深度、该排施工的第几个钻孔、钻孔施工间距、该排是否发生过喷孔、施工地点埋深、煤层倾角、煤段施工与设计误差、见煤施工与设计误差”，合计25个参数；其中喷孔煤量、喷孔瓦斯量和喷孔时长、喷孔见煤深度作为喷孔程度大小及预测的考核指标，其余21个参数作为对喷孔程度大小的影响进行关联度分析，以评估打钻地点的喷孔可能性及程度大小；
[0014]②
目标考察参数分别标注为Q
nt
、Q
nw
、Q
ns
和Q
nh
分别代表第n个钻孔的喷孔煤量(t)和喷孔瓦斯量(m3)，Q
ns
代表第n个钻孔喷孔时长，Q
nh
代表第n个钻孔喷孔见煤深度；
[0015]其余21个参数分为一级指标和二级指标；其中一级指标包含煤的破坏类型、瓦斯放散初速度、f值、瓦斯含量、瓦斯压力5个参数，分别以a
ni
来指代(其中n代表第n个钻孔，i代表第i个影响因素；譬如a
n1
代表第n个钻孔所处位置煤层的破坏类型、a
n2
代表第n个钻孔所处位置煤层的瓦斯放散初速度、a
n3
代表第n个钻孔所处位置煤层的f值、a
n4
代表第n个钻孔所处位置煤层的瓦斯含量、a
n5
代表第n个钻孔所处位置煤层的瓦斯压力)；
[0016]二级指标为褶曲程度、断层高差数值、煤层厚度、卸压影响半径、排渣方式、排渣压力、钻头直径、钻孔倾角、钻进速度、见煤深度、排渣压力、施工孔为该排的第几个孔、该排是否发生过喷孔、钻孔施工埋深13个参数，分别以b
ni
来指代(其中n代表第n个钻孔，i代表第i个影响因素；譬如其中b
n1
代表第n个钻孔所处位置的褶曲程度、b
n2
代表第n个钻孔所处位置的的断层高差值、b
n3
代表第n个钻孔所处位置的煤层厚度、bn4代表第n个钻孔的卸压影响半径、bn5代表第n个钻孔施工所用的钻头直径、b
n6
代表第n个钻孔的钻孔倾角、b
n7
代表第n个钻孔的钻进速度、b
n8
代表第n个钻孔的排渣方式、b
n9
代表第n个钻孔的排渣压力、b
n10
代表第n个钻孔的属于该排施工的第几个钻孔、b
n11
代表第n个钻孔的排渣压力、b
n12
代表第n个钻孔所在当前施工排是否发生过喷孔、b
n13
代表第n个钻孔所在当前施工位置的埋深、b
n14
代表第n个钻孔所在当前施工排煤层倾角、b
n15
代表第n个钻孔煤段施工与设计误差、b
n16
代表第n个钻孔见煤施工与设计误差)；
[0017]③
选定试验工作面，将钻孔施工期间发生喷孔的各项参数进行录入收集，并分别建立如下矩阵化表格：
[0018]喷孔煤量与一级指标矩阵表1
[0019] Q
nt
a
n1
a
n2
a
n3
a
n4
a
n5 喷孔煤量破坏类型放散初速度f值瓦斯含量瓦斯压力第1行
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第2行
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第n行
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第1列第2列第3列第4列第5列第6列
[0020]备注：第n行、第i列的数值采用J1
n1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法，其特征在于：包括以下步骤:(1)测定相关技术参数；(2)确定打钻区域喷孔危险性评估公式或方法；(3)根据钻孔施工验证的误差绝对值，比较两种模型的优劣，并选定误差绝对值小的作为长久手段进行使用；同时，在后期的使用中不断重复上述计算步骤，优化拟合结果，提高预判精准度；(4)当模型计算趋于稳定的时候，对于预判会出现喷孔的钻孔，应当给出人为可控影响因素(如钻头直径、钻进速度、排渣方式、排渣压力、钻孔间距、喷孔位置)对该孔影响占比大小，并按照从大到小的顺序列出所要采取的针对性措施来降低喷孔可能发生的概率。2.根据权利要求1所述的一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法，其特征在于：步骤(1)中相关技术参数为：煤层f值、瓦斯放散初速度、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、褶曲程度、断层高差数值、煤层厚度、钻孔倾角、钻进速度、卸压影响半径、煤的破坏程度、煤层顶/底板岩性、煤层倾角和煤体结构。3.根据权利要求2所述的一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法，其特征在于：步骤(2)具体为：通过工作面煤与瓦斯赋存、煤层构造、煤物性特征、抽采影响或卸压影响半径等资料进行收集、测试，并结合矿井打钻喷孔地点情况的关键参数，采用“灰色关联法+线性回归分析法”来求得各个因素对打钻喷孔的关联度系数，将关联度系数转化为喷孔影响权重，求得喷孔的期望数值后，带入现场进行验证，并结合现场验证情况确定不同期望值对应的喷孔程度；灰色关联法主要适用于前期样点数据偏小时候对前期打钻是否发生喷孔的预判，能够指导前期打钻施工；当统计得到的样点数据量(包括验证数据)足够大的时候，则采用线性回归分析法来预判喷孔；最后，通过统计两种方法对预判结果与验证结果的误差分布情况，来优选预判更精准的方法作为后期长久的预判方法。4.根据权利要求3所述的一种预判钻孔施工期间喷孔的系统方法，其特征在于：灰色关联法的实现如下面步骤所述：
①
确定灰色关联度的各项影响因素和该灰色关联分析法所考察的主要参数为“煤层f值、瓦斯放散初速度、煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力、褶曲程度、断层高差数值、煤层厚度(以穿煤长度和施工倾角反算)、钻孔倾角、排渣方式、排渣压力、钻进速度、喷孔卸压影响半径、钻头直径、喷孔煤量、喷孔瓦斯量(用回风流风排瓦斯增加量、抽采管路纯量增加量来计算)、喷孔时间、喷孔见煤深度、该排施工的第几个钻孔、钻孔施工间距、该排是否发生过喷孔、施工地点埋深、煤层倾角、煤段施工与设计误差、见煤施工与设计误差”，合计25个参数；其中喷孔煤量、喷孔瓦斯量和喷孔时长、喷孔见煤深度作为喷孔程度大小及预测的考核指标，其余21个参数作为对喷孔程度大小的影响进行关联度分析，以评估打钻地点的喷孔可能性及程度大小；
②
目标考察参数分别标注为Q
nt
、Q
nw
、Q
ns
和Q
nh
分别代表第n个钻孔的喷孔煤量(t)和喷孔瓦斯量(m3)，Q
ns
代表第n个钻孔喷孔时长，Q
nh
代表第n个钻孔喷孔见煤深度；其余21个参数分为一级指标和二级指标；其中一级指标包含煤的破坏类型、瓦斯放散初速度、f值、瓦斯含量、瓦斯压力5个参数，分别以a
ni
来指代(其中n代表第n个钻孔，i代表第i个影响因素；譬如a
n1
代表第n个钻孔所处位置煤层的破坏类型、a
n2
代表第n个钻孔所处位
置煤层的瓦斯放散初速度、a
n3
代表第n个钻孔所处位置煤层的f值、a
n4
代表第n个钻孔所处位置煤层的瓦斯含量、a
n5
代表第n个钻孔所处位置煤层的瓦斯压力)；二级指标为褶曲程度、断层高差数值、煤层厚度、卸压影响半径、排渣方式、排渣压力、钻头直径、钻孔倾角、钻进速度、见煤深度、排渣压力、施工孔为该排的第几个孔、该排是否发生过喷孔、钻孔施工埋深、煤层倾角、煤段施工与设计误差、见煤施工与设计误差16个参数，分别以b
ni
来指代(其中n代表第n个钻孔，i代表第i个影响因素；譬如其中b
n1
代表第n个钻孔所处位置的褶曲程度、b
n2
代表第n个钻孔所处位置的的断层高差值、b
n3
代表第n个钻孔所处位置的煤层厚度、bn4代表第n个钻孔的卸压影响半径、bn5代表第n个钻孔施工所用的钻头直径、b
n6
代表第n个钻孔的钻孔倾角、b
n7
代表第n个钻孔的钻进速度、b
n8
代表第n个钻孔的排渣方式、b
n9
代表第n个钻孔的排渣压力、b
n10
代表第n个钻孔的属于该排施工的第几个钻孔、b
n11
代表第n个钻孔的排渣压力、b
n12
代表第n个钻孔所在当前施工排是否发生过喷孔、b
n13
代表第n个钻孔所在当前施工位置的埋深、b
n14
代表第n个钻孔所在当前施工排煤层倾角、b
n15
代表第n个钻孔煤段施工与设计误差、b
n16
代表第n个钻孔见煤施工与设计误差)；
③
选定试验工作面，将钻孔施工期间发生喷孔的各项参数进行录入收集，并分别建立如下矩阵化表格:喷孔煤量与一级指标矩阵表1Q
nt
a
n1
a
n2
a
n3
a
n4
a
n5
喷孔煤量破坏类型放散初速度f值瓦斯含量瓦斯压力第1行第2行 第n行第1列第2列第3列第4列第5列第6列备注：第n行、第i列的数值采用J1
ni
表示喷孔瓦斯量与一级指标矩阵表2Q
nw
b
n1
b
n2
b
n3
b
n4
b
n5
喷孔瓦斯量破坏类型放散初速度f值瓦斯含量瓦斯压力第1行第2行第n行第1列第2列第3列第4列第5列第6列备注：第n行、第i列的数值采用J2
ni
表示喷孔时长与一级指标矩阵表3Q
n5
b
n1
b
n2
b
n3
b
n4
b
n5
喷孔时长破坏类型放散初速度f值瓦斯含量瓦斯压力第1行第2行第n行第1列第2列第3列第4列第5列第6列备注：第n行、第i列的数值采用J3
ni
表示
喷孔见煤深度与一级指标矩阵表4备注：第n行、第i列的数值采用J4
ni
表示喷孔煤量与二级指标矩阵表5
Q
nt
b
n1
b
n2
b
n3
b
n4
b
n5
b
n6
b
n7
b
n8
b
n9
b
n10
b
n11
b
n12

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓，张智峰，宣德全，陈建伟，李冬冬，杜留群，刘中一，凡海东，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：