一种煤层钻孔喷孔强度等级划分方法

本发明涉及及一种煤层钻孔喷孔强度等级划分方法，属于钻孔施工动力灾害防护领域。

背景技术：

1、瓦斯抽采是保证煤炭开采的重要措施，井下瓦斯抽采前需施工抽采钻孔，钻孔施工过程中，往往会发生喷孔动力灾害，严重时在喷孔过程中，钻屑等杂物在压力作用下会喷射大于2m甚至伴有煤炮声，从而严重威胁施工作业的安全，而针对这一问题，当前在对钻孔喷孔强度检测方面缺乏有效的检测手段，同时也对钻孔喷孔强度及危害缺乏有效的等级划分及认知，从而导致在钻孔喷孔治理、管理等工作中，缺乏精确、科学的参考依据，同时在对喷孔强度判定时，当前往往需要在喷孔发生时近距离测定，从而也增加了喷孔强度检测作业的安全风险，严重威胁钻孔施工区域内的人员作业安全。在瓦斯治理过程中如何防范钻孔施工喷孔动力灾害事故，仍然是一个亟待解决的技术难题，本发明专利对于实现瓦斯治理过程安全十分重要。

2、因此针对这一问题，迫切需要开发及一种煤层钻孔喷孔强度等级划分方法，以满足实际使用的需要。

技术实现思路

1、为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种煤层钻孔喷孔强度等级划分方法，该发明提供了一种标准明确、实施难度低的等级划分方法，实现钻孔喷孔强度等级更好划分，进而达到进一步提高钻孔安全性的使用效果；同时有效的提高了钻孔喷孔强度检测的工作效率和精度，且喷孔强度检测作业的工作自动化和智能化程度，实现了远程监控作业的需要，从而有效简化了喷孔强度检测作业的难度，并极大的提高了钻孔喷孔强度检测作业的安全性和可靠性。

2、为了实现上述目的，发明是通过如下的技术方案来实现：

3、一种煤层钻孔喷孔强度等级划分方法，包括以下步骤：

4、s1，设定强度判定方法，钻孔出煤量及瓦斯涌出量为指标进行喷孔强度划分,在进行钻孔出煤量及瓦斯涌出量为指标进行喷孔强度划分时，根据钻孔钻进后在钻孔周围形成的破碎区和塑性区来划分出煤量和瓦斯涌出量高低；

5、s2，设定喷孔强度判定函数，完成s1步骤设定后，依次设定：

6、将弱喷孔区见煤段单位长度出煤量q界定为：

7、

8、将弱喷孔区瓦斯涌出量w界定为：

9、w1≤w≤w2

10、将中喷孔区见煤段单位长度出煤量q界定为：

11、

12、将中喷孔区瓦斯涌出量w界定为：

13、w2≤w≤w3

14、将强喷孔区见煤段单位长度出煤量q界定为:

15、

16、将强喷孔区瓦斯涌出量w界定为：

17、w≥w3

18、式中，ρ为煤体密度，r0为理论钻孔半径，rp为理论破碎区半径，rs为理论塑性区半径，w1、w2和w3分别代表根据理论钻孔半径条件下出煤量中所含损失气量、理论破碎区出煤量中所含损失气量和理论塑性区出煤量中所含损失气量换算得到的瓦斯涌出量；理论破碎区和理论塑性区半径均可根据摩尔库伦准则获得。

19、s3，喷孔强度判定，对钻孔实际作业时的参数进行持续采集，并将采集的参数带入到与s2步骤的强度判定函数中进行判读比对，比对中：当钻孔出煤量和瓦斯涌出量任何一个指标达到规定范围，即判定为该范围内的喷孔强度等级，若钻孔出煤量和瓦斯涌出量分别位于两个等级之中，则以两者所处等级中的较高等级为准。

20、进一步的，所述s3步骤中，在进行对钻孔实际作业时的参数进行持续采集中，通过采集系统进行数据采集，且采集系统与钻孔设备间协同运行，并一方面通过通讯网络建立数据连接；另一方面通过控制电路系统建立电气连接。

21、进一步的，所述s3步骤中采集系统包括数据采集终端、中继服务器、数据处理系统及驱动电路，其中所述采集终端至少一个，根数据采集终端间相互并联，并分别通过中继服务器与数据处理系统间建立数据连接，同时所述采集终端、中继服务器、数据处理系统均与驱动电路电气连接；其中所述中继服务器至少两个，各中继服务器间通过通讯网络混连，中继服务器与数据采集终端和数据处理系统间另通过通讯网关建立数据连接。

22、进一步的，所述数据采集终端包括导向套、流量传感器、压力传感器、倾角传感器、导流板、复位弹簧及接线端子，其中所述导向套为轴向截面呈矩形的腔体结构，其上端面及下端面均设与其同轴分布的透孔，所述导流板嵌于导向套内，其下侧面与导向套底部间通过弹性铰链铰接，且其板面与导向套轴线呈30°—60°夹角，所述导流板侧壁另与导向套内侧面间通过弹性连接带连接，所述导流板下端面设一个倾角传感器，同时下端面另通过至少两条复位弹簧与导向套底部连接，所述复位弹簧轴线与导向套轴线平行分布，且复位弹簧上端面与导流板下端面铰接，下端面与导向套间通过压力传感器连接，同时复位弹簧另对称分布在透孔轴线两侧，所述导流板上设与透孔同轴分布的导向孔，同时导流板对应的导向套底部位置设一个排放口，所述排放口轴线与导向套轴线相交，且排放口轴线与导流板上端面呈0°—135°夹角，所述排放口处设流量传感器，所述接线端子至少一个，嵌于导向套外，并分别与流量传感器、压力传感器、倾角传感器及中继服务器和驱动电路间连接。

23、进一步的，所述导向套上端面设辅助定位托架，导向套外另设一个采样罐，其中所述定位托架包括定位盘、承载龙骨、连接锚杆、调节螺栓、连接弹簧、连接滑轨，其中所述承载龙骨为与导向套同轴分布的柱状框架结构，承载龙骨包覆在导向套外并通过连接滑轨滑动连接，所述定位盘为圆盘结构，位于承载龙骨和导向套上方，并与导向套间同轴分布，同时定位盘设与导向套同轴分布的导向孔，同时定位盘下端面通过至少三条环绕导向套轴线均布的连接弹簧与导向套上端面连接，定位盘外侧面通过至少三条环绕导向套轴线均布的调节螺栓与承载龙骨上端面连接，同时所述定位盘上端面与至少两个连接锚杆连接，且连接锚杆环绕定位盘轴线均布，并与定位盘上端面呈30°—90°夹角，所述承载龙骨外侧面另设至少一条连接滑轨，并与连接滑轨与采样罐连接，所述采样罐另通过导流管与排放口连通。

24、进一步的，所述采样罐包括承载罐体、排污口、液位传感器、浊度传感器、上端盖、下端盖，其中所述承载罐体为圆柱体空心管状结构，其上端面及下端面均与上端盖、下端盖连接并构成闭合腔体结构，所述上端盖上设进料口和出水口，并通过进料口与导流管连通，下端盖设排污口，且所述进料口和出水口对称分布在承载罐体轴线两侧，所述承载罐体内侧面设一个液位传感器和至少一个浊度传感器，且所述浊度传感器位于出水口下方并与出水口同轴分布，所述液位传感器、浊度传感器均与接线端子电气连接。

25、进一步的，所述导流板上端面均布至少一条引流槽，所述引流槽对应的导向孔位置处设挡环，所述挡环嵌于导向孔内并与导向孔同轴分布，所述导向孔上端面及下端面均超出导流板上端面及下端面至少10毫米。

26、进一步的，所述驱动电路为基于可编程控制器、fpga芯片中任意一种为基础的电路系统；所述数据处理系统为基于云计算的网络服务器。

27、本发明提供了一种标准明确、实施难度低的等级划分方法，实现钻孔喷孔强度等级更好划分，进而达到进一步提高钻孔安全性的使用效果；同时有效的提高了钻孔喷孔强度检测的工作效率和精度，且喷孔强度检测作业的工作自动化和智能化程度，实现了远程监控作业的需要，从而有效简化了喷孔强度检测作业的难度，并极大的提高了钻孔喷孔强度检测作业的安全性和可靠性。