特厚老顶工作面高位钻孔参数优化设计
涡北煤矿综采放顶煤工作面高位长钻孔瓦斯抽采参数的优化
１ 工 作 面概 况
８０ 工 作 面 位 于 一 水 平 一 采 区 上 段 ， 向 长 １１ 走 １ ９ 倾 斜长 １３７ 埋 深 ４５ ８ ｌ 部残 ０ｍ， ２ １．６ｍ， ７ ～５５ｎ。上
留边角块段暂 未 采掘 ， 为 ８０ 下 １２工作 面正 在收 作 ， 左
邻 断层 ， 右距采 区边 界约 ２０ｍ １ 。
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２０ 年 ｌ ０８ Ｏ月
矿 业 安 全 与 环 保
第 ３ 卷第 ５ ５ 期
涡北煤矿综采放顶煤工作面高位长钻孔 瓦斯抽采参数 的优化
孙 贤斌
（ 北 矿 业 集 团公 司 涡 北 煤 矿 ， 徽 淮 北 ２３０ ） 淮 安 ３６０
摘 要 ： 为进 一步提高 瓦斯 抽 放 率 ， 保 矿 井 安 全 生产 ， 用 了 Ｒ Ｐ 软 件模 拟 煤 层 顶 板 垮 落规 确 采 Ｆ Ａ” 律， 通过 研 究 ８０ １１综采 放顶煤 工作 面采 空 区顶 板垮 落带 、 断裂 带 、 离层 带高度 以及 老顶 来 压 步距 和垮 落 角等 ， 对高位 长钻 孔抽 采参 数进 行 了优 化 ， 瓦斯抽采 设 计提供 了基础数 据 。 为 关键 词 ： Ｆ Ａ 。 Ｒ Ｐ ２软件 ； 层顶板 ； 落规律 ； 位长 钻孔 ； 采参 数 ； 煤 垮 高 抽 瓦斯 治理
工作 面绝对 瓦 斯 涌 出量 为 ６ ２ ３ｒｎ 相 对 瓦 ．２ｍ ／ ｉ， ａ 斯涌 出量 为 ３ Ｏ ３ｔ ．０ｍ ／ 。煤 尘 具有 爆 炸 危 险性 ， 回 所 采 的 煤 具 有 自燃 倾 向， 作 面 地 温 为 ２ ． 工 ９４
３ ． ｏ 地压 显现 明显 。 ２ ３ Ｃ，
中图分类 号 ： Ｄ １ ． Ｔ ７２ ６ 文献标 识码 ： Ｃ 文章 编号 ：０ ８— ４ ５ ２ ０ ｝５ （Ｏ一０ １０ ４ ９ （０ ８０ —０６ ３ ４
高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计
高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计摘要：本文针对高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计进行深入探讨，旨在提高瓦斯抽采率和降低抽采成本。
分析了当前高位钻孔瓦斯抽采参数的现状和存在的问题；提出了一种基于神经网络的高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计方法；介绍了实验结果及分析。
结果表明，优化后的参数可有效提高瓦斯抽采率，降低抽采成本，具有重要的实践意义。
引言：瓦斯是一种清洁、高效的能源，但其开采过程中存在诸多问题，如瓦斯泄漏、爆炸等。
高位钻孔作为一种有效的瓦斯抽采方法，其抽采参数的优化设计对提高瓦斯抽采率和降低抽采成本具有重要意义。
目前，高位钻孔瓦斯抽采参数的设计主要依赖于经验和技术人员的判断，缺乏系统性和科学性。
因此，本文提出了一种基于神经网络的高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计方法，旨在实现参数优化设计的自动化和智能化。
高位钻孔瓦斯抽采参数现状分析：当前高位钻孔瓦斯抽采中，钻孔直径、钻孔深度、瓦斯抽采率等参数的确定多依赖于经验和技术人员的判断，缺乏充分的理论依据和实验验证。
这往往导致瓦斯抽采率不高，抽采成本较高，且可能存在安全隐患。
因此，需要对高位钻孔瓦斯抽采参数进行优化设计，以实现提高瓦斯抽采率和降低抽采成本的目标。
高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计：针对上述问题，本文提出了一种基于神经网络的高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计方法。
该方法利用神经网络的自学习、自适应和并行处理能力，对高位钻孔瓦斯抽采过程中的钻孔直径、钻孔深度、瓦斯抽采率等参数进行优化设计。
具体设计方案如下：构建神经网络模型：以高位钻孔瓦斯抽采的钻孔直径、钻孔深度、瓦斯抽采率为输入，以抽采效率和抽采成本为输出，构建一个深度神经网络模型。
数据采集与处理：收集不同钻孔直径、深度及瓦斯抽采率下的高位钻孔瓦斯抽采数据，对数据进行预处理和归一化，为神经网络模型提供训练数据。
模型训练与优化：利用收集到的数据对神经网络模型进行训练，通过调整模型参数和结构，提高模型的预测准确性和泛化能力。
工作面高位抽放钻孔参数选择
收稿日期：2012－07－17作者简介：周大伟（1984—），男，河北秦皇岛人，助理工程师，2007年毕业于华北科技学院，现从事通风技术管理工作。
工作面高位抽放钻孔参数选择分析研究周大伟(徐矿集团玉华煤矿，山西临汾041000)摘要：由于受火成岩的侵入，玉华煤矿9365工作面煤层顶板中瓦斯含量相对较高，需采用顶板走向高抽钻孔抽放顶板裂隙带瓦斯。
根据高位抽放经验，设计布置抽放钻孔，根据现场对钻场距工作面的实际位置（平距、垂距）、高位瓦斯抽放瓦斯浓度以及抽放的实际流量的测试数据，分析得出9365工作面高位抽放钻孔终孔的最佳位置在煤层以上7 17m ，高位抽放的最佳水平距离应是钻场距工作面煤壁线15 45m 处。
关键词：高位抽放；钻场；平距；垂距中图分类号：TD712．6文献标志码：B文章编号：1003－0506（2012）11－0119－02玉华煤矿9365工作面位于－700m 东三采区，工作面走向长750m ，倾斜长162m ，煤厚2.6m ，煤层倾角8ʎ 17ʎ。
配风量为1200 1510m 3/min ，瓦斯绝对涌出量为5.40 9.45m 3/min 。
该区域由于受火成岩的侵入，煤层顶板中瓦斯含量相对较高。
而煤层顶板内瓦斯聚集严重影响回采工作面的安全生产、工作面空气质量的提高等。
因此，采用顶板走向高抽钻孔抽放顶板裂隙带瓦斯，对降低回采工作面的瓦斯浓度、解决回风瓦斯超限问题、保证工作面安全生产具有重要意义。
1高位抽放钻孔布置高位钻孔抽放瓦斯的实质就是改变采空区流场分布，抽放顶板裂隙带的瓦斯，由于抽放钻孔布置在回风巷的顶板裂隙带中有较好的抽放效果，且根据抽放经验，钻孔的终孔通常布置在5 8倍采高的顶板中。
所以，玉华煤矿9365工作面钻孔的终孔布置在煤层以上14.0 22.4m 的顶板中，沿倾斜方向长20m 左右。
在抽放钻场的设置上，中—中50m 布置1个钻场，钻孔深60m ，每个钻场布置4 5个钻孔，钻孔终孔距回风巷的距离分别为10，14，18，22m ，钻孔孔径为89mm ，实际深度为61.0 64.0m 。
高位钻孔瓦斯抽采参数的优化
高位钻孔瓦斯抽采参数的优化
张国华;柳杨;李子波;李豫波;荆珂
【期刊名称】《黑龙江科技大学学报》
【年(卷),期】2024(34)2
【摘要】为防治综采工作面上隅角瓦斯超限,提高瓦斯抽采效率,以平岗煤矿为例对象,依据采动裂隙“O”形圈理论确定高位钻场及钻孔位置,采用COMSOL模拟软件分析钻孔参数对瓦斯抽采效果的影响,优化钻孔参数,并进行现场应用。
结果表明:高位钻场位置为煤层上方20 m,钻场间距70 m,压茬长度不小于35 m,钻孔平距不大于37 m;钻孔仰角控制在-3°~6°,钻孔方位角控制在0°~16°,钻孔数量为4;现场应用表明,经钻孔抽采参数优化,抽采瓦斯纯流量由3.8 m^(3)/min提升至8.1
m^(3)/min;钻孔抽取瓦斯浓度由17.53%增加到45.99%,工作面上隅角瓦斯浓度由0.94%下降到0.33%,工作面瓦斯浓度由0.88%减少到0.27%,回风巷瓦斯浓度由0.83%下降到0.24%。
【总页数】9页(P163-170)
【作者】张国华;柳杨;李子波;李豫波;荆珂
【作者单位】黑龙江科技大学;黑龙江科技大学矿业工程学院;黑龙江科技大学安全工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD712
【相关文献】
1.顶板来压规律对高位钻孔瓦斯抽采浓度的影响及抽采钻孔参数优化
2.瓦斯抽采高位钻孔参数优化技术研究与应用
3.水压预裂工作面瓦斯抽采高位钻孔参数优化及应用
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5.基于主应力判定的高位钻孔抽采瓦斯参数优化研究
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漳村煤矿高位钻孔布置参数优化
高中宁 李艳增 谢正红 （ 中国 煤 炭 科 工 集 团有 限公 司 沈 阳 研 究 院 煤 矿 安 全 技 术 国家 重 点 实验 室 ， 辽宁 沈阳 １ １ ０ ０ １ ６ ）
摘 要： 通过 对漳村煤矿 ２ ２ ０ ３回采工作面原高位钻 孔参 数设 计及抽采效果分析 ， 优 化设计 出两种 不同参数的高位钻孔 。抽 采结 果表明 ， 优化后 高位钻 孔瓦斯最大抽采浓度从 １ ０ ． ５ ６ ％提高到 ２ ６ ． ８ ％； 单孔最大瓦斯抽采量从 ０ ． ３ ３ ６ ｉ ｎ ／ ｒ ｎ ｉ ｎ增加到 ０ ． ８ ０ ８ ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ， 增 幅高达 ２ ４ ０ ％ 。有效地解 决了工作面上隅角瓦斯 问题 ， 为工作面的安全回采提供 了保 障。 关键词 ： 高位 钻孔 ； 瓦斯抽采 ； 参数优化
中图分类号 ： Ｆ ４ ０ ７ ． ２ １ ； Ｔ Ｄ ７ １ ３编号 ： １ ０ ０ ８— ０ １ ５ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８—０ ０ ９ １ — ０ １
１高 位钻 孔抽 采 瓦斯技 术 根据矿 山岩 层 移 动 理 论 ， 采 场 上 覆 岩 层 在 回采 工 作 面 采动 以后 ， 采 空 区周 围 原 有 的应 力 平 衡 状 态 受 到 破坏 ， 相 邻岩 层 间 形 成 法 向位 移 ， 自下 而 上 逐 层 变 形 ， 形成 裂 隙 、 离层、 下 陷， 随后 重 新 被 逐 渐 压 实 的 动 态 过 程 。大量 的观 测表 明 ， 采 用 全 部 垮落 法 管 理 采 空 区 ， 采 空 区覆 岩移 动 破坏 程度 可 以分为 “ 三 带 ”， 即垮 落 带 、 裂
缝带和弯 曲带可 以形 成 冒落带、 裂隙带 、 弯 曲下沉 带 （ “ 竖三 带 ” ）… 。 回采工作 面 回采 以后 ， 老顶 初 次 来压 及 周期 来压 之后 ， 采 空 区瓦 斯 范 围不 断扩 大 ， 煤 层 上覆 顶 板 裂隙带 内存 在 大量 高 浓度 瓦斯 。 高位 钻 孔 抽 放 瓦 斯 时体 积分 数 曲线 呈 抛 物 线 形 ， 刚 开 始 抽 放 瓦 斯 时 高 位 钻孔 四周 的 煤 （ 或岩 ） 层均还没有完全卸压 、 且 邻 近 层 的 瓦斯也 没有 解 吸 出来 ， 其 体 积分 数 和 流 量均 较 小 ； 随工作 面 的不 断 向前 推进 ， 高 位钻 孔 四周 的煤 （ 岩） 层 得 以充 分卸 压 ， 瓦 斯 抽 放体 积 分 数 会 逐 步 增 大 直 到最 高； 经 过一段 稳 定抽 放后 ， 高位 钻 孔 末端 慢 慢 进 人 到 冒 落带 范 围 内 ， 体 积 分 数 和 流 量 逐 步 开 始 下 降 Ｊ 。高 位 钻孔 抽 采瓦 斯 技 术 是 利 用 上 覆 岩 层 移 动 规 律 ， 将 高 位 钻孔 施 工至 顶 板 裂 隙带 内 ， 利 用抽 采 负 压 将 采 空 区 的 瓦斯 和邻近 层 涌人 的瓦 斯 抽 出 。高 位钻 孔 抽 采 的关 键 是确 定 最佳 的钻 孔长 度 、 钻 孔终 孔 点 高 度 、 钻 孔 终孔 点 与 回风 平巷 的平 距 以及 钻 场 压 茬 间距 ， 将 高 位 钻 孔 布 置 在工 作 面上 覆 岩 层 的顶 板 裂 隙带 内 ， 才 能 获 得 最 佳 抽 采效 果 。
高位钻孔瓦斯抽采参数优化技术
3107轨道配:图1高位钻孔初次抽采设计布置施工高位钻孔是为了治理3107综采工作 面回采期间的瓦斯，从目前现场的5#钻场、6#钻 场、5#钻场到6#钻场中间煤帮施工钻孔情况分 析，设计的5#钻场孔底距巷道顶板距离在23.86〜37.5 m ，6#钻场孔底距离巷道顶板距离在48.3〜54.6 m ，煤帮施工钻孔孔底距顶板24.48〜29.24 m 。
根据打钻施工记录情况来看都达到了设计要求， 但是从施工完成的数据分析在距工作面切眼平距 方面未达到要求，虽然在施工高位钻孔以后也对 工作面上隅角的瓦斯治理起到了一定的作用，但 效果有限。
为了提高高位钻孔瓦斯抽采效率，对目 前的高位钻孔施工参数进行了调整。
结合如图2 所示的矿井综合柱状，上覆岩层高度较大，应增加钻孔密度，故将原来的施工间距50 m 调整为 40 m ，并且调整钻孔平距覆盖工作面切眼60 m 范和3107轨道顺槽布置钻场，向上隅角方向施工高 位钻孔。
轨道顺槽每隔75 m 布置1个高位钻场， 每个钻场施工8个高位钻孔，钻孔倾角范围在 14◦〜25°，终孔距巷道顶板高度13~28 m 。
轨道配 巷在距离联络巷10 m 位置布置6个钻孔，钻孔施 工间距为50 m ，钻孔倾角范围在24〇~28〇，终孔距 巷道顶板高度在25〜36 m 。
高位钻孔初次抽采设 计的布置如图1所示。
13107轨道顺糟/0引言在工作面开采过程中，由于采空区及邻近煤层瓦斯向回采区域涌入，工作面上隅角瓦斯易处 于超限状态，严重威胁了矿井的安全生产[1]。
目 前，利用矿井通风技术无法从根本上解决上隅角 瓦斯超限问题。
不少矿区引入高位钻孔瓦斯抽采 技术，其中钻孔设计参数一直是瓦斯抽采效果的 关键。
很多专家和学者通过理论计算[2-3]、数值模 拟[4-5]等方法对钻孔参数进行优化，但由于煤矿井 下实际条件较为复杂，基于理论和模拟得出的设 计参数并非一定能达到良好的效果。
高突厚煤层高位钻孔抽放技术参数优化
。
。 若要大面积、 长时间、 高效率地
抽放采空 区 的 卸 压 瓦 斯， 需将瓦斯抽放钻孔打到 ［6 ］ “O” 形圈内 。 2 2． 1 高位钻场钻孔抽放现场考察 工作面概况
： 采用高位钻孔抽放采空区瓦斯， 应将抽放钻
孔布置在裂隙较发育的覆岩之中 。如果布置层位较 低， 位于冒落带或严重断裂带， 抽放钻孔会被切孔， 抽不出高浓度瓦斯； 同样应布置在裂隙发育较少的 覆岩层位之中， 在抽放时， 采空区瓦斯向抽放钻孔流 动具有相当大的渗流阻力， 而采空区下部岩层破坏 严重， 渗透率较大， 渗透阻力小， 造成采空区瓦斯向 工作面涌出， 使得抽放效果较差。 抽放采空区瓦斯 将可能造成抽放瓦斯的浓度降低 ， 为了保证抽出 时， 瓦斯满足一定的浓度， 避免将工作面的新鲜风流抽 入钻孔， 这就需要对抽放负压和采空区瓦斯流动规
鹤壁煤电九矿 3102 工作面位于三水平一采区， 该工作面南到 － 420 的水平北翼轨道运输大巷及 － 420 的北翼回风巷， 东为设计 － 420 的水平胶带暗斜 西 部 及 北 部 为 未 开 拓 区。 井及 － 510 行人暗 斜 井， 煤层底板标高为 － 450 ～ － 520 m， 该工作面煤层距 地面垂深为 607 ～ 740 m。 3102 工作面 开 采 的 是 二 叠 系 山 西 组 的 二1 煤 层。二1 煤为九矿的主要可采煤层， 该煤层厚度大 而且稳定， 稳定性为一类。 煤层呈玻璃光泽、 硬度
摘
要： 为了准确分析高位钻孔的效果， 基于高位钻孔瓦斯抽放理论， 在工作面高位钻场每个钻 孔安置 1 个孔板流量计和 1 个测气孔， 根据工作面的进尺实测每个钻孔管路上的流量和瓦斯浓
并通过计算得到该钻孔的瓦斯混合流量和瓦斯纯量 。分析抽放钻孔各种参数并进行优化 ， 得 度， 。 出高效合理的高位抽放钻孔布置方式 关键词： 瓦斯抽放； 高位钻孔； 瓦斯流量； 钻场参数； 优化 + 中图分类号： TD712 ． 6 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 496X（ 2012 ） 10 － 0155 － 03 Parameters Optimization of High Level Boreholes Drainage Technology in High Outburst Thick Coal Seam
高位钻孔瓦斯抽放参数优化及应用
（ ． ｚｏ ｏａ ｃｅ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙＤｅｅ ｐ ｎ ｏ Ｌｄ Ｘｕｈ ｕ ２ １ ０ Ｃ ｉａ １ Ｘｕｈ ｕＢ ｎＳ ｉｎｅａ ｄ Ｔｃ ｎ ｌｇ ｖｌ ｍｅ ｔＣ ．，ｔ．， ｚ ｏ ２ ０ ８， ｈｎ ； ｏ
２ Ｆ ｃｌ ａｅ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｃ ｉａＵ ｉ ｒｔ ｏ Ｍｉ ｎ ｎ ｅ ｎｌ ｙ Ｘ ｚｏ ２ １１ ，ｈｎ ） ． ａｕｔ ｏ ｆｔ Ｅ ｇｎｅｉ ，ｈｎ ｎｖ ｓｙｆ ｎ ｇａｄＴｃ ｏｏ ， ｕｈｕ ２ １６ Ｃ ｉａ ｙ ｆＳ ｙ ｎ ｅｉ ｉ ｈ ｇ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔ ｋｎ ２ ０ ｒｉｇｆｃ ｓｒｓ ａｃ ｂｅ ｔｎＰ ｉｏ ｏ ｌ ｎ ｎＺ ｅ ｇｈ ｕ Ｃ ａ ｏ ｐＣ ｍｐ ｎ ，ｉ ｎ ｔｈ ｒｂｅ ｓｒ ｃ ： ａ ｉｇ３ ０ ３ｗｏｋｎ ａ ｅａ ｅ ｅｒｈｏ ｊｃ ｅｇ ｕ Ｃ ａ Ｍｉｅｉ ｈ ｎ ｚ ｏ ｏ ｌ ｕ ｏ ａ ｙ ａｍｉｇａ ｅｐ ｏ ｌｍ ｉ Ｇｒ ｔ
摘 要： 以郑 煤 集 团裴 沟矿 ３０ ３工 作 面 为 研 究对 象 ， 对 工 作 面 上 隅 角 瓦 斯 超 限 问题 ， 用 了采 空 区高 位 钻 ２０ 针 应 孔 抽 放 技 术 。 分 析 了高 位钻 孔抽 放 的 原理 ， 理 论 分 析 和 现 场 试 验 相 结 合 的 基 础 上 ， 行 了抽 放 方 法 的参 数 在 进 优 化 。现 场试 验分 析表 明 ： 裴 沟 矿 缓 倾 斜 煤 层 中 ， 位 钻 孔 布 置 在 煤 层 底 板 以上 ６５倍 煤 厚 的 高 度 上 最 为 在 高 ．
ｓ ｆｔ ｅ ｅ ｆｃ ａ ｎ ｓｐｒ ａｅｙ ｌｖ ｌｏ ｏ ｌｍｉｅ ｗａ ｏｍｏｅ ｔ ｄ．
Ｋ ｅ ｗｏｒ ｓ： ａ ｒ ｉ ｇ ｈ ｇ －ｅ ｅ ｒｌｈｏｅ ｐ ｒ ｍｅｅ ｐ ｉ ｉａ ｉｎ ｙ ｄ ｇ ｓ ｄ ａｎａ ｅ； ｉ ｈ ｌｖ ｌｄ ｉｌ ｌｓ； ａ ａ ｔｒｏ ｔｍ ｚ ｔｏ
顶板走向抽采钻孔的优化设计及综合应用
顶板走向抽采钻孔的优化设计及综合应用王先成【摘要】针对潘北矿1131（3）综采工作面煤层角度大、易自燃等特点，为提高钻孔的抽采效果及钻孔综合应用，对顶板走向钻孔的技术参数进行了优化与确定，通过实施钻孔优化和封孔工艺等一系列新措施和新方法后，抽采瓦斯浓度有了很大的提高，工作面后期抽采量达到4．5 m3/min ，钻场抽采总瓦斯浓度达40％～70％，抽采率达65％，增大了钻孔抽采效果，实现了抽采最大化，同时“一孔多用”，为防火保驾护航，实现了煤与瓦斯安全高效回采。
%According to The large angle and inflammability of coal seam in 1131 (3)fully mechanized coal mining face of Panbei Mine ,in order to improve the extraction effect and the comprehensive applica-tion of borehole ,technical parameters of along -strike roof drills were optimized and determined .A series of new measures and new methods such as the implementation of drilling optimization and sealing technol-ogy have been used ,and gas drainage concentration has been greatly improved ,the working face extraction volume reached 4 .5 m3/min later ,the drill field drainage total gas concentration reached 40 ~ 70 % ,ex-traction rate reached 65 % ,the drainage effect was enhanced and realized extraction maximum .At the same time ,one hole has Multi-Purpose ,and protected fire ,realized the safe and efficient of simultaneous extraction of coal and gas .【期刊名称】《淮南职业技术学院学报》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】4页(P1-4)【关键词】顶板走向钻孔;瓦斯抽放;参数优化【作者】王先成【作者单位】淮南矿业集团潘北项目部，安徽淮南 232001【正文语种】中文【中图分类】TD712+.6工作面回采后，其假顶、直接顶、老顶逐步垮落，并形成垮落带、裂隙带、弯曲下沉带，垮落带、裂隙带内残留部分余煤和积聚大量本煤层及邻近煤层的瓦斯，施工顶板走向钻孔就是为了抽采该局域内的瓦斯，防止工作面上隅角瓦斯积聚而导致瓦斯熏人、爆炸等重大事故及回风流瓦斯超限；另外采空区有发火隐患时，顶板走向钻孔还可用来注防火材料，解决采空区自然发火隐患最有效的措施之一。
高位钻孔布置参数优化及其应用
2019年8月Aug.,2019 doi:10.3969/j.issn.1672-9943.2019.04.013高位钻孔布置参数优化及其应用（1.沁和能源集团有限公司，山西晋城048200；2.沁和能源集团有限公司侯村煤矿，山西晋城048200；）［摘要］采用浓度法确定沁和能源集团有限公司端氏煤矿3号煤层的顶板裂隙带内瓦斯汇集区，对高位钻孔布置参数进行优化。
将优化后高位钻孔参数应用于端氏煤矿3110回采工作面，数据分析表明，高位钻孔有效长度达到钻孔的68.8%，单孔瓦斯抽采纯量及钻场内抽采总量均增加4.5倍以上，增加了瓦斯抽采量。
［关键词］岩层移动；瓦斯富集区；高位钻孔；钻孔参数优化［中图分类号］TD712+.6［文献标识码］B［文章编号］1672-9943（2019）04-0032-020引言采用高位钻孔抽采技术是治理瓦斯的关键技术之一。
高位钻孔的抽采方法能实现高位钻孔在抽采空间与时间的接续。
确定瓦斯最优富集区范围，能改善高位钻孔瓦斯抽采效果，对高位钻孔参数设计、提高瓦斯抽采效果起着极其重要的作用。
1覆岩移动规律与瓦斯富集区采场覆岩移动规律表明：覆岩被采动过程中，将竖直方向上划分为三带，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带；在水平方向上形成三个区，即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。
煤岩被采动后，瓦斯的流动受到很大影响，在离层裂隙区域积聚，也可以在其间流动[1]。
高位钻孔布置在此区域，抽采出裂隙带附近的瓦斯，工作面上隅角瓦斯压力也相对地减小。
2确定瓦斯最优富集区2.1上覆岩层冒落带高度计算冒落带高度按下式计算[2]：H1=M/［（K-1）cosα］（1）式中：H1为沿煤层法线方向冒落带高度，m；M为开采层厚度，m；K为冒落带岩石膨胀系数；α为煤层倾角，（°）。
2.2上覆岩层裂隙带高度计算位于冒落带之上，裂隙带下位岩层断裂后，岩块是朝采空区方向错动下沉，并在水平力的挤压下形成绞接梁式的平衡，裂隙带高度计算式为[3]：H2=100ΣM2.1ΣM+16（2）式中：H2为沿煤层法线方向冒落带高度，m；M为开采层厚度，m。
近距离保护层开采工作面高位抽放参数的优化及应用
（ ２） 从 钻 场 单 孔 抽 放 浓 度 角 度 分 析 。 斯 量 平 均 约 为 ２８００ｍ３ 左 右 ； 当 Ｈ 区 间 在 ６．０～２３ｍ 时 ， 钻 场 内 平 均 单 孔 抽 放 浓度为 ５５％， 日抽瓦斯量平均为 ８０００ｍ３ 左右。
图 ２ ３ 号钻场 １＃、２＃、３＃ 单孔抽放浓度与钻孔终孔点 在煤层顶界的垂直高度 Ｈ 的关系曲线图
从单孔抽放浓度与钻孔终孔点在煤层顶界高度 Ｈ 关系曲 线图 ２、图 ３ 可以看出， 当钻孔终 孔 点 在 煤 层 顶 界 的 垂 直 高 度 Ｈ 区间在 ２３～２５ｍ 时， 钻场内平均单孔抽放浓度只有 １３％， 日 抽放瓦
４ 结语
（ １） 在戊 ８ 煤层进行高位抽放时， 钻孔终孔点在煤层顶 界的垂直高度 Ｈ 的高浓度区间 为 ６．０～２３ｍ， 钻 孔 终 孔 点 在 煤 层 面 垂 直 投 影 点 到 风 巷 距 离 Ｙ 值 的 高 浓 度 区 间 为 ２．２ ～ １９．５ｍ。
Ｌ： 钻孔深度 ｍ； β ： 钻孔水平投影线与风巷的夹角 度； α ： 钻孔仰角 度。
３ 高位钻孔抽放参数优化试验
３．１ 高位钻孔布置 根据我矿地质条件， 确定戊 ８ 煤层工作面合理的裂隙带
高度为 ８～２５ｍ， 在满足抽放有效距离 及 钻 孔 始 抽 距 离 的 基 础 上， 沿风巷下帮每隔 ５０ｍ 设计一个钻场， 钻场规格为长 ４ｍ， 宽 ４ｍ。每个钻场 布 置 ６ 个 钻 孔 ， 钻 孔 仰 角 为 １４０， 钻 孔 水 平 投 影 线 与 风 巷 的 夹 角 由 外 向 里 分 别 为 ２０、５０、８０、１００、１２０、１４０， 钻 孔开 口 间 距 为 ０．５ｍ， 钻 孔 终 孔 点 间 距 约 ４ｍ 左 右 ， 孔 深 由 外 向 里依次为 １０３ｍ、１０３．５ｍ、１０４ｍ、１０５ｍ、１０６ｍ、１０７ｍ。 ３．２ 抽放设备情况
工作面高位抽放钻孔专项设计
编号：2013PQ─JS─ZKSJ─01贵州矿业有限公司平桥丰河煤矿11602工作面高位钻孔专项设计施工地点：11602改造回风巷编制单位：技术科编制人：技术科：编制日期：年月日通防管理科：年月日技术科：年月日调度室：年月日安全监察处：年月日安全矿长：年月日生产矿长：年月日总工程师：年月日本措施学习人员签字11602工作面高位钻孔设计一、11602工作面概况平桥丰河煤矿M16煤层厚度为～，采用炮采采煤工艺，采高平均，经重庆煤科院对M16煤层煤与瓦斯突出鉴定为：平桥丰河煤矿M16煤层具有煤与瓦斯突出危险性。
在开采过程中，本煤层瓦斯涌出较正常，初期开采回风流瓦斯浓度在%以下，初次来压后，回风流瓦斯明显增高，可达%左右，随着推采进度采空区面积越来越大，回风隅角瓦斯浓度明显涌出增加，回风隅角切顶排处瓦斯浓度可达%～%，严重影响了安全生产，虽然采取了利用一路Φ160mm高负压管路和一路Φ250mm低负压管路对回风隅角瓦斯进行敞口抽放，但效果仍然达不到《煤矿安全规程》下限值标准。
二、工作面瓦斯来源分析11602工作面采用“U”型通风，因工作面部分风流经历切顶线较近的采空区，将采空区内的瓦斯带至回风隅角，造成回风隅角瓦斯积聚。
11602工作面回风隅角瓦斯涌出来源为上邻近煤层、本煤层和围岩裂隙三种，分析如下：1、邻近层瓦斯涌出情况分析11602工作面上覆26m左右为M14煤层、煤厚平均为, M14煤层为一煤层组。
根据计算本区域开采后冒落带高度约，裂隙带根据计算其高度为12～20m ，本面选用裂隙带高度为18m。
M14煤层下组煤处于裂隙带区域，瓦斯解析后处于裂隙带并向垮落带涌入。
根据煤炭勘探报告提供的资料，M14煤层原始瓦斯含量分别为：t。
按照矿井瓦斯涌出量预测方法（AQ1018-2006），邻近层瓦斯涌出量计算方法以及现场实测数据进行计算瓦斯涌出量，目前瓦斯抽放管内经实测平均抽放浓度为%，两趟高低负压管路同时抽放，其标况混合流量合计为Q=130 m3/min，邻近层瓦斯绝对涌出量计算得：Q CH4=Q CH4=130×%=min。
综采工作面高位裂隙瓦斯抽采钻孔优化设计
０ 引言
陕西黄陵二号煤矿有限公司位于陕西省黄陵县 西北方向，东距县城约 ５５ｋｍ。黄陵矿区西北部，行 政隶 属 黄 陵 县 双 龙 镇。 矿 井 井 田 总 面 积 ３７５．６
收稿日期：２０１８－１０－２７ 作者简介：赵军平（１９８５—），男，陕 西 黄 陵 人，２０１３年 毕 业 西 安 科 技 大学采矿 工 程 专 业，现 主 要 从 事 矿 井 “一 通 三 防”业 务 技 术 管 理 工作。
３６
赵军平 仵胜利 综采工作面高位裂隙瓦斯抽采钻孔优化设计
２０１９年
综采工作面高位裂隙瓦斯 抽采钻孔优化设计
赵军平，仵胜利
（陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 黄陵 ７２７３０７）
摘 要：为了改变目前黄陵二号煤矿 ２０７工作面高位裂隙瓦斯抽采现状，提高钻孔抽采效率。在掌 握顶底板及本煤层瓦斯赋存情况下，得出 ２０７工作面瓦斯富集区分布的基础上，首先通过工作面裂 隙带的界定，找准了裂隙带分布；接着进行钻孔施工设计优化，将钻孔控制垂高增大；随后，继续增 加大角度（夹角）钻孔，增加钻孔数量并向工作面中间布置。通过对高位裂隙瓦斯抽采钻孔优化前 后抽采效果对比，得到了高瓦斯区域内综采工作面高位裂隙钻孔优化的实践方法和钻孔控制理想 范围，提高了高瓦斯区域内工作面上隅角瓦斯治理效果，对后期相邻工作面同类型钻孔抽采、参数 优化及效果分析具有借鉴意义。 关键词：瓦斯抽采；高位裂隙；钻孔优化；抽采设计；效果考察 中图分类号：ＴＤ７１２ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７１－７４９Ｘ（２０１９）０４－００３６－０４
第 ４期
赵军平 仵胜利 综采工作面高位裂隙瓦斯抽采钻孔优化设计
３７
瓦斯防治工作异常艰巨。
１ 工作面高位裂隙钻孔现状
１．１ ２０７工作面概况 ２０７工作面 位 于 井 田 二 盘 区 西 南 位 置，所 处 区
综采工作面高位瓦斯长孔抽采钻场钻孔参数研究
１ ０条 ，每 立 方 千 米 和 断 层 条 数 和 长 度 分 别 为 ０８条 和 相邻钻场的距离等。①钻场内孔数。试验说明增加孔数可 ． １ ４ ｍ／ｍ 这些 断层 对煤 层 的连 续 性破 坏较 大 ， １压 性 以增 加抽 放量 和抽放 影 响范 围 ， １ ０～１ ０ 长 的钻 孔 ， ３３ ｋ ， Ｆ 对 ０ ５ｍ 断 层 具有 的封 闭性 特 点 ， 致使 该 井 田 瓦斯含 量 较 高 ， 是 般可 采用 ６—８个 孔 ， 扇形布 置。 同一钻 场 内钻 孔 间 也 呈 （
定参考价值。
３３ 钻 场布 置参 数 ． 钻 场 分布 情 况 ： ５ １ ７ ２ 作 面 材 料 道 走 向 长 度 ６ ０ ３工 ８ 米， ４号钻 场 位 置在 止采线 向外 １ ｍ 处（ ９ ８点后 ３ ．ｍ ， ， ５７ ）
３ ｍ（ ２２ 处 其 高 瓦斯 抽 采 率 ， 对今 后 防 治 综采 工 作 面 上 隅 角 瓦斯 积 聚 超 限 工 作 有 ３号 钻 场位 置 距 离 ４号 钻 场 １ ５ ９点 后 １ ．ｍ ） ，
件复 杂 、 局部 瓦斯偏 高 ， 一直 按 照高 瓦斯矿 井进 行管 理 ， 孔的钻场。 ５ １ 特 ＠７ ２ ３综采工作面钻场内向采空区方向施工
别是 回风 隅角 瓦斯治理 是重 点。
两排 共 ８个 高位 抽 放钻 孔 ，上排 孔 开 口位 置距钻 场 顶 板 ２ ７ ２ 采工 作面地 质状 况 ５ １ ３综 Ｏ４ ， ＿ｍ 下排 孔开 口位 置距钻场 顶板 Ｏ８ ， 孔 间距 Ｏ７ ， ．ｍ 钻 ．ｍ ７ ２ ３工作面位于西一下山采区， ５１ 工作面标高 ： １ ０ ． 钻 孔直径 ８ ｍｍ， 深 １ ８ 封 孔长度 大于 ８ 以上。⑤ 一 ０ １ ０ ９ 孔 ４ ｍ， ｍ 米 —一 １ ５３米 ， １４ ． 煤层 平均厚 度 ２５米 ， 顶板 以深 灰 色 钻 孔 末端距 煤层 顶板 控制 在 ９ ２７ ｍ 范 围内 ， ． ７煤 —１ ．５ （ 场 间 钻 砂 页岩 、 深灰 色粗粒砂 岩 为主 ， 工作 面倾 角 ８度 。 ５ １ ７ ２ ３工 距 的确 定。合理 的钻 场间距 应 当是相邻 两钻场 的钻 孔在 空 作 面地 质构 造较 为复杂 ， 面走 向长 是指 外面预 计 止采 线到 间上 能重 叠 ， 且前 钻场 的 高浓度 终点 恰好 接续 本钻 场 高 并 跳 面切 眼和 里 面预计 止 采线 到里面 切 眼的距 离 总和 ， 里面 浓度 的起 点 ， 即钻 孔空 间重 叠和 抽放 接续 。 验结 果表 明 ， 试 走 向长 １ ７ 面 长 １ ２５ ，外 面 ｌ 向长 ２ ４５ 面 长 若按 钻 孔深 度 为 １ Ｏ～１ ０ ２ｍ ８ ．ｍ 走 ３ ．ｍ ３ ６ ｍ，钻场 间距 采 用 １ Ｏ 左 右 ｍ １ １ ２５ ， ８ ．ｍ 外面 Ｉ走 向长 １ ２５ ， 长 １ ２５ ｌ ５ ．ｍ 面 ９ ．ｍ。 较为合适。孔深增加或减少应适当调整钻场间距。 高位 ⑦ 钻孔 的封 孔技术 改进。 以 ７ ２ ３综采 工作面 为例 ， 个钻 ５１ 每 孔 终孔 施 工 完毕 后 ，采 用 聚 氨酯 封 孔 ，封 孔 长 度 １ — ５ ０ １ 高位 钻 孔 法距 是 指 高位 钻 孔 轴 线 的终 孔 位 置与 开 采 米 ， 求整个 操作 时 间不超 过 ３分钟。封 孔 后推 入孔 内适 要 煤层 顶 板 的垂 直 距离 ， 采 煤工作 面 推进过 程 中 由于 上覆 当位 置 ， 在 待聚 氨酯反 应 ， 固定好孔 口管 路。 岩层 破 坏、 动 的形态 特征 和裂 隙发 育情 况 不 同， 移 分为 ： 冒 ４ 实施效 果分 析
高位钻孔瓦斯抽放钻孔参数优化研究
关键 词 ： 高位钻孔 ； 瓦斯抽放 ； 数优 化； 参 抽放浓度
中图分类号 ：Ｄ １ ． Ｔ ７２ ６ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ５ ２ ９ （０ １ ０ — ｏ ４ ０ １０ ． ７ ８ ２ １ ）９ ０ ｏ ． ２
Ｏ ｐ ｉ ａ ｓ ａ ｃ ｆＤｒｌｉ ｇ Ｒａ ａ ｅ ｅ ｓ、ｉｈ ｔ ｍ ｌＲｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｉｌ ｒ ｍ ｔ ｒ ）ｔ ｎ ｌ ， Ｈｉ ｈ Ｐｏ ｉｉ ｎ Ｂｏ ｅ ｌ ｆ Ｇａ ａ ｎ ｇ ｇ ｓｔｏ ｒ ｈｏ ｅ ｏ ｓ Ｄｒ ｉ ａ ｅ
总 第 １５期 ４
ｄｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １０ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．０ ５—２９ ．０ １０ ．０ ｓ ７ ８２ １ ．９０ ２
高位 钻 孔 瓦斯 抽 放 钻 孔 参 数 优 化 研 究
易汉华 ， 曹云钦 ， 吴桂 义
厚煤层高位钻孔位置确定及效果检验
（ １ ． 山西晋城无烟煤矿业集团有 限责任公司 寺河煤矿 ， 山西 晋城 ０ ４ ８ ０ ０ ６ ；
２ ． 中国矿业大学 （ 北京）资源与安全工程学院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ８ ３； ３ ． 晋城煤炭规划设计院， 山西 晋城 ０ ４８ ０ ０ ６ ）
法 和现场 试验 来确 定 高位 钻 孔 参 数． 本 文 以晋 煤集 团 成 庄 矿 为试 验 地 点 ， 采 用 上 覆 岩 层 三 带 分 布 理 论 和
２ 高位 钻 孔 施 工 情 况
２ ． １ 理论 确定 方法
２ ． １ ． １ 钻孔 高度确 定
当工作 面 向前 推 进 时 ， 工 作 面 后方 的采 空 区沿 垂
第２ ８卷 第 １ 期
２ ０ １ ３年 ３月
矿 业 工 程 研 究
Ｍｉ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
Ｖ０ ｌ ＿ ２ ８ Ｎｏ ． １
Ｍａ ｒ ．２ ０１ ３
厚 煤 层 高 位 钻 孔 位 置 确 定 及 效 果 检 验
２ ． １ ． ２ 距 回风 巷 平距确 定
为解决上隅角瓦斯浓度 问题 ， 高位钻孔应尽量布
置在 回风巷 内 ， 根 据采 空 区裂 隙的 “ ０” 形 圈理 论 ， 采空 区四周 存在 一个 离层 裂 隙 发 育 的 “ ０” 形 圈， 其 周 边 宽 度为 ３ ４ ｍ左右 Ｊ 引． 而顶 板 高位 钻孔 在倾 向方 向上 的 有效 控制 范 围与 回风巷 的 距离 最 大 为 ４ ０ ｍ， 因此钻 孔 的终 孔位 置 与 回风 巷 中线 的平距 必 须 小 于 ４ ０ ｍ［ ６ ］ ． 平 距具 体应 综合 考虑 矿井 实 际情况 ． ２ ． ２ 试验 钻 孔参数 经 理 论 方 法 计 算 得， 高 位 钻 孔 高 度 应 满 足 １ ５ ． ４ ０ ｍ＜ ＜ ３ １ ． ３ ｍ， 且 钻 孔 的终 孔 位 置 与风 巷 中线 的平距必须 小于 ４ ０ ｍ ． 由于不 同矿 区煤 层赋存 条件的差
顶板复杂地层高位定向钻孔成孔工艺研究
顶板复杂地层高位定向钻孔成孔工艺研究摘要：本文综述了目前关于高位定向钻孔成孔工艺的研究，重点评价了顶板复杂地层高位定向钻孔成孔工艺中不同因素对射孔质量、射孔效果及能耗的影响。
在此基础上，提出了一些结论和建议，为加快顶板复杂地层高位定向钻孔的开发提供一定的参考。
关键词：顶板复杂地层；高位定向钻孔；射孔质量；射孔效果；能耗正文：随着石油勘探开发技术的进步，顶板复杂地层的开发日益重要。
顶板复杂地层的高位定向钻孔成孔技术已经广泛应用到勘探开发中，其以高准确性、精确定位、高技术效率等特点，在矿井钻井工程中发挥着重要作用。
然而，顶板复杂地层高位定向钻孔成孔在实际应用中也面临着许多问题，如钻井爆破参数设置不当，定向系统不准确工艺中存在不规则应力集中等。
本文首先回顾了目前所获得的针对顶板复杂地层高位定向钻孔成孔工艺的研究结论，然后主要分析了钻孔参数、定向系统及工艺流程对射孔质量、射孔效果及能耗的影响，最后提出了一些结论和建议，他们有助于提高顶板复杂地层高位定向钻孔成孔的准确性和效率，促进矿井钻井工程的开发。
在实际应用中，钻孔参数的正确选择是决定高位定向钻孔成孔效果的关键因素。
一般来说，在实施射孔前应进行钻孔参数的选择，包括钻孔方向、钻头型号、推进轨迹及加工方式等。
同时，钻孔参数也可以通过动态程序计算机控制系统和定向系统指令来精确控制钻井参数，以保证钻孔精度和成孔效果。
定向系统是指根据工作面方位测量和计算机定向技术，将射孔头对准目标靶的系统，运用定向系统可以将射孔头对准目标靶。
此外，射孔工艺中存在不规则应力集中等问题，为此，应采取改善措施，如采用低载荷射孔工艺，减小钻头推力，减少靶前应力集中等。
同时，为了减少能量损失，可采用恒电流充电、避免钻孔循环攻击及加强钻孔质量控制等措施，都可以有效提高射孔的定向性及效率，降低能耗。
总之，我们针对顶板复杂地层高位定向钻孔成孔工艺研究的实际应用，需要综合考虑钻孔参数、定向系统及射孔流程等多方面因素，以实现更高的射孔质量、更好的攻坚效果、更低的能耗。
基于潞宁煤矿的采空区高位钻孔参数优化设计
基于潞宁煤矿的采空区高位钻孔参数优化设计王华; 王飞; 高亚斌; 闫晶晶; 李敬钰; 曹虎斌; 郭乐宏; 李午明【期刊名称】《《中国矿业》》【年(卷),期】2019(028)010【总页数】8页(P131-137,174)【关键词】采空区; 瓦斯抽采; 高位钻孔; 采动裂隙带【作者】王华; 王飞; 高亚斌; 闫晶晶; 李敬钰; 曹虎斌; 郭乐宏; 李午明【作者单位】太原理工大学安全与应急管理工程学院山西太原 030024; 山西省煤矿安全研究生教育创新中心山西太原 030024; 潞安集团潞宁煤业有限责任公司山西宁武 036706【正文语种】中文【中图分类】TD712高位钻孔抽采采空区瓦斯技术在我国煤矿已经得到了普遍应用，其抽采效果主要取决于裂隙带高度[1-4]。
针对我国煤矿裂隙带高度发育的差异性，众多学者做了一定研究。
施龙青等[5]基于“上四带”分布理论提出了裂隙带力学推导公式，但存在条件适用性；杨俊哲[6]以大柳塔矿为工程背景，用多种方法分析了大柳塔矿的裂隙带高度，在理论计算上未结合矿井地质条件，经验公式准确性有待论证；王国华等[7]从数理统计方面入手，主要以工作面参数为因变量拟合了不同强度上覆岩裂隙带发育的高度，虽然满足了现场的要求，但不同矿井误差较大，并不能保证普遍适用性；杨永良等[8]分析了采动影响后裂隙发育区域，提出了钻孔终孔应布置在裂隙带中下部，定性地给出了钻孔布置层位。
学者们在三带的分布规律上做出了许多贡献，但在不同地质条件下裂隙带的发育高度还存在很大差异。
本文以潞宁煤矿特殊地质条件为工程背景，结合高位钻孔抽采效果研究了其在裂隙带布置的最佳层位，为潞宁煤矿及相似地质条件的矿井治理瓦斯提供参考。
1 工程概况潞宁煤矿隶属于潞安集团，地处山西省忻州市宁武县，矿井核定生产能力为1.80 Mt/a，2号煤层、3号煤层同时开采，矿井最大绝对瓦斯涌出量为53.39 m3/min，为高瓦斯矿井。
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岩石 名称
厚度 /m
9． 17 ～ 23． 73
粗砂岩
17． 5
细砂岩、 2． 42 ～ 5． 04
页岩
3． 60
0． 26 ～ 0． 67
炭质页岩
3． 60
0． 95 ～ 2． 67
砂质页岩
1． 59
中砂岩
0 ～ 12． 8 7． 97
岩性 特征
灰白色，厚层状， 遇水松散
黑 ～ 灰白色、 薄 ～ 中厚层状，节理发育
依据 4321 工作面及顶板上覆岩层参数建立数 值模型，其中模型底板标高为 + 660 m。为了最大限 度降低边界效应对模拟结果的影响，模型左、右边界 范围应取至工作面开采形成的充分采动角影响范围 以外，模型上边界取至上覆岩层关键层以外，模型左 右边界及底边界边界条件为固定边界。根据上述分 析，模型尺寸为 350 m × 370 m，煤层倾角为 24°，采 用数值模拟软件 ABAQUS 对顶板上方岩层的下沉 量进行数值模拟。模型计算采用莫尔 － 库仑（ Mohr － Coulomb） 屈服准则［4］：
·137·
实际情况，拟采用高位钻孔技术的采空区瓦斯［3 － 6］。
2 高位钻孔参数优化设计
2． 1 4321 工作面上覆岩层下沉量数值模拟 由于 4321 工作面煤层顶板岩层复杂，其中老顶
厚度多达 17． 5 m，裂隙带划分界限及岩层沉降位移 量较之一般情况将会产生差异，为了准确设计高位 钻孔参数，对 4321 工作面顶板岩层下沉量及裂隙膨 胀率进行了模拟，主要模拟了膨胀率随距风巷距离 大小之间的变化规律。 2． 1． 1 模型建立
灰色，薄层状，节理发育， 较破碎
灰色，薄层状， 节理发育，较破碎
灰白色，厚层状， 较硬
4321 工 作 面 开 采 时 瓦 斯 涌 出 量 最 大 为 54． 2 m3 / min，瓦斯涌出量主要来源是采空区瓦斯，导致 工作面上隅角和回风流瓦斯浓度超限，根据工作面
Hale Waihona Puke 应用·实践（ 2013 － 03）
10、15、20 m 处岩层的膨胀量在距风巷水平距离 18
～ 24 m 处区域内达到最大，说明此区域为裂隙高度
发育区，卸压最充分。
2． 2 高位钻孔参数优化
1） 距回风巷最优水平距离。由数值模拟结果
可知，钻孔钻孔位置布置在距风巷 18 ～ 24 m 处，上
覆岩层膨胀率最大，卸压效果最大。
2） 有效抽放裂隙带高度。由高位钻孔抽放原
中图分类号： TD712
文献标志码： B
文章编号： 1003 － 496X（ 2013） 03 － 0136 － 03
The Parameters Optimization Design of High Level Borehole for Extra Thick Old Top Coal Mining Face
3） 瓦斯抽放率。实测工作面风排瓦斯纯量平 均为 8． 2 m3 / min，实测埋管抽放瓦斯纯量平均 3． 48 m3 / min，经计算 4321 工作面高位钻孔平均瓦斯抽 放率为 34． 9% 。
1） 通过数值模拟软件 ABAQUS 对 4321 工作面 顶板岩层的模拟，得出了顶板上覆岩层下沉量和膨 胀率的变化规律，根据模拟结果对高位钻孔参数进 行优化，找出了高位钻孔抽放最优水平距离 （ 距风 巷） 及抽放有效裂隙高度。
顶板复杂特性及高位钻孔抽放效果不佳问题，利用 ABAQUS 数值模拟软件研究了顶板岩层裂隙
发育特性。模拟结果显示： 裂隙高度发育区位于距风巷水平距离 18 ～ 24 m、顶板上方 20 m 处，
依此对高位钻孔的抽放参数进行了优化设计。
关键词： 瓦斯涌出； 采空区； 高位钻孔； 数值模拟； 瓦斯抽放； 特厚老顶
1） 瓦斯抽放浓度。根据对钻孔抽放数据观测， 钻孔在裂隙带抽放采空区瓦斯期间，瓦斯浓度最低 26． 8% ，最高 38． 2% ，平均抽放浓度 32． 5% 。
2） 瓦斯抽放量。实测单孔混合流量平均为 4． 2 m3 / min，支管路混合流量为 25 m3 / min，支管路瓦斯 浓度为 15% ； 高位钻孔抽放瓦斯纯流量最大为 9． 72 m3 / min，最小为 2． 78 m3 / min，平均瓦斯纯流量 6． 25 m3 / min。
岩石是否产生裂隙。
2． 1． 2 数值模拟结果
模型关键层选取位置分别为距顶板上方 5、10、
15、20 m 处，数值模拟后，分别得到上覆岩层下沉
量、膨胀量与模型水平距离之间变化规律模拟结果，
如图 1、图 2。
图 1 煤层开采后顶板上覆岩层下沉量数值模拟
图 2 上覆岩层膨胀量分布图
根据图 1、图 2 模拟结果显示： 距离顶板上方 5、
·136·
（ 第 44 卷第 3 期）
应用·实践
特厚老顶工作面高位钻孔参数优化设计
张云峰1，2 ，胡依鲁2
（ 1． 徐州赛孚瑞科高分子材料有限公司，江苏 徐州 221008； 2． 中国矿业大学 安全工程学院，江苏 徐州 22116）
摘 要： 金能煤业分公司 4321 综采工作面瓦斯涌出量大，且瓦斯来源主要是采空区。针对煤层
槡 fs
=
σ1
－
σ3
1 1
+ －
sinφ sinφ
+ 2c
1 + sinφ 1 － sinφ
式中： σ1 、σ3 分别是最大和最小主应力； c 和 φ 分别是材料的黏结力和摩擦角。当 fs ＜ 0 时，材料 将发生剪切破坏。在一般低应力状态下，岩石（ 煤）
是一种脆性材料，因此可根据岩石的抗拉强度判断
4结语
图 3 风巷高位钻场及钻孔布置示意图
表 2 1#高位钻孔设计参数
编号
1# 2# 3# 4# 5# 6#
孔径 / mm
108 108 108 108 108 108
方位角 /（ °）
167 167 170 170 172 172
仰角 /（ °）
13 10 12 9 11 8
终孔高度 /m
20 20 20 20 20 20
作量和生产成本，根据 4321 工作面钻孔抽放半径考
察资料，高位钻孔开孔位置间距取 0． 5 m，终孔位置
间距取 8 m 为宜。
4） 抽放负压。钻孔抽放时，保证一定的抽放负
压，有利于 瓦 斯 抽 放，但 抽 放 负 压 必 须 在 一 定 范 围
内，负压过大反而不利于抽放，依据 4321 工作面煤
层瓦斯赋存情况，高位钻孔抽放负压取 20 ～ 30 kPa。
2． 3 高位钻孔抽放系统布置
·138·
（ 第 44 卷第 3 期）
应用·实践
4321 工作面采用“U”型通风方式，工作面风流 为上行风流，根据以上钻孔参数优化研究，具体布孔 方案： 沿工作面走向，1# 钻场距切眼 100 m，其余钻 场间距均为 60 m。高位钻场的规格为宽 × 高 × 深 = 3． 0 m × 2． 3 m × 7 m，其中前 4 m 以 30°的角度向 上倾斜上坡，后 3 m 水平伸展，即为平台段，在平台 段施工 6 个孔径为 108 mm 的高位钻孔，分 2 排布 置，如图 3，高位钻孔的开孔间距为 0． 5 m，钻孔参数 见表 2，其他钻场同 1#钻场钻孔设计。
高位钻孔抽放采空区瓦斯是我国高瓦斯及煤与 瓦斯突出矿井普遍采用的抽放形式，该技术可有效 地提高瓦斯抽放浓度和瓦斯抽放率［1 － 2］，但钻孔设 计不合理将导致瓦斯抽放浓度和瓦斯抽放率偏低。 金能煤业分公司 4321 工作面顶板岩层结构较之其 他工作面更加复杂，老顶厚度为 17． 5 m，垮落带、裂 隙带及弯曲下沉带高度参数与理论值将有较大偏 差，因此如何合理设计高位钻孔参数是实现钻孔高 效抽放采空区瓦斯的关键。
University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China） Abstract： The gas emission is large in No． 4321 fully mechanized coal mining face in Jinneng Mine，and the gas emission sources are mainly from the goaf． Aiming at the the problems of roof＇s complex nature and poor drainage effect of high level borehole，the characteristics of roof rock crack is researched by using the numerical simulation software － ABAQUS． Simulation result shows that rational fissure development zone is located in the place from air gate horizontal distance 18 ～ 24 m and above roof 20 m． So，drainage parameters of high level borehole is designed and optimized on account of this result． Key words： gas emission； goaf； high drilling； numerical simulation； gas drainage； extra thick old top roof
理可知，高位钻孔应布置采空区顶板裂隙带内，裂隙 带高度（ 考虑顶板下沉量） 按如下公式计算［4 － 5］。
H
=
（
k
M－W － 1） cosα
（ 1）
式中： M 为煤层采高，m； k 为岩石碎胀系数； α