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申请/专利权人：中国矿业大学

摘要：一种振动排抽多孔联动的变频共振强化构造煤层增透方法，获取煤矿井下构造煤区域生产背景资料，对该构造煤层进行分区段处理，分成若干个作业区；获取共振频率及考虑共振效应的振动力的数学模型；获取煤样力学参数并结合数学模型计算共振频率及激振力；布置振动钻孔及穿层抽排钻孔并进行钻孔施工；选取可变频激振装置进行施工且根据增透效果动态调整激振参数；使得致密煤层发生损伤甚至流化且应力波能量传输距离达到最大化，预置穿层抽排钻孔附近的煤碎屑在重力作用下排出钻孔，最终使得致密构造煤体达到一个松散状态，增加宏观裂隙，增强煤体中的瓦斯解吸，提高瓦斯抽采效率，实现松软构造煤透气性增加目的。

主权项：1.一种振动排抽多孔联动的变频共振强化构造煤层增透方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取煤矿井下构造煤层区域生产背景资料，包括地应力场分布特征、煤层密度及厚度、瓦斯含量及压力、煤层透气性，对该构造煤层进行分区段处理，分成若干个作业区；步骤2：获取共振频率及考虑共振效应的振动力的数学模型，实际激振过程中，由可变频激振装置发出的柱面应力波以的比例作几何衰减，考虑几何衰减和物理衰减，煤体内部受到不断变化的衰减机械挤压作用力σ′，其表达式为： 式中：Ft为周期性变化的激振力；D0为煤体初始损伤；x为振动源到受振动煤体的距离；当煤体受简谐振动力激振时，应力波在煤体内传播，煤的激振力表示为：Ft＝F0sin2πωt2式中：F0为激振力幅度；ω为激振频率；因此，煤体在时间t所受的有效激振应力值F表示为： 式中：为一个周期内的振动均值应力；T0为振动周期；为了衡量激振作用下煤体结构响应的放大作用，共振放大系数表示为： 式中：β为共振放大系数；ω0为煤体自振频率；ξ为相关阻尼系数；因此，构造煤层中考虑共振效应的振动应力σv的数学模型为： 式中：l为煤体产生共振效应的应力波有效传播距离；VB为有效传播距离为l时影响到的煤体总体积；ρl为煤体密度；m为有效传播距离为l时影响到的煤体质量；煤体自振频率为： 式中：E为煤样弹性模量；当煤体自振频率ω0接近激振频率ω时，煤层则产生共振效应；步骤3：对步骤1中作业区内的构造煤层区域煤样进行现场原位测试，以获取区域煤样力学参数，包括煤样弹性模量E、抗剪强度及抗压强度；通过步骤1所获取的构造煤层厚度、密度及作业区段直径计算出振动所影响的有效传播距离为l时影响到的煤体质量m，进一步计算出煤体自振频率ω0；在步骤2的考虑共振效应的振动应力σv高于抗剪强度和抗压强度时，结合步骤2的数学模型获取共振频率、激振力范围以及时间范围；步骤4：在构造煤层施工振动钻孔和抽排钻孔，振动钻孔设置在步骤1所划分作业区的中心位置，以振动钻孔为中心，在其周围空间布置4个穿层抽排钻孔，振动钻孔与每个抽排钻孔之间距离相等，所述振动钻孔中放置激励桩，且需要保持激励桩与周围煤体紧密接触；步骤5：通过步骤3确定的共振频率、激振力范围以及时间范围选择一种可变频激振装置，可变频激振装置控制激励桩对作业区构造煤进行水平循环激振，通过对现场抽排孔煤粉排出质量及瓦斯含量监测反馈，判断选取激振力和激振频率是过大或者过小，进一步优化使得构造煤层产生共振放大效应的激振参数，以诱导构造煤体颗粒破坏范围可以贯穿振动孔与抽排孔之间的区域，并进一步强化构造煤体损伤甚至流化，持续激振作用下，颗粒与流体相互作用可增加瓦斯流量，同时加快瓦斯的解吸，以实现构造煤层快速卸荷增透；步骤6：在激励桩激振过程中，采用气固分流装置对抽排钻孔中粉煤垮落质量和瓦斯抽采流量进行测定，计算钻孔排除煤粉的质量占振动影响范围煤体总质量的2％～3％时，抽排钻孔的瓦斯流量增大到原始煤层的5倍以上时，完成振动增透作业；步骤7：完成振动后，收集清理抽排钻孔排除的煤粉，并继续对共振效应引起构造煤透气性增加的区域进行瓦斯抽采，直至达到瓦斯抽采的效果。

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