高位钻孔设计参数计算

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覆岩采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术_双海清

第35卷第6期2015年11月西安科技大学学报JOUＲNAL OF XI’AN UNIVEＲSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol．35No.6Nov.2015DOI：10．13800/j．cnki．xakjdxxb．2015．0602文章编号：1672－9315（2015）06－0682－06覆岩采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术双海清1，王红胜1，2，李树刚1，2，杜政贤1，由临东1，郭卫彬1，2（1．西安科技大学能源学院，陕西西安710054；2．教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室，陕西西安710054）摘要：为解决工作面隅角瓦斯超限难题，提出了在外错高抽巷内布置高位钻孔抽采工作面覆岩采动卸压瓦斯方法。

针对李雅庄煤矿2－603工作面开采技术条件，建立了高位钻孔围岩结构力学模型，采用理论分析、数值模拟分析及现场实测分析等方法，确定了外错高抽巷内高位钻孔终孔合理位置。

首先，覆岩采动裂隙主要分布在上山采动角62ʎ以内，下山采动角65ʎ以内，距离煤层底板13 25m和38.6 50m等2个区域，高位钻孔终孔应布置于第二区域内。

其次，高位钻孔终孔位于2煤顶板44m处，采空区内投影长度不小于28m时，钻孔抽采瓦斯浓度高，且持续抽采时间长。

最后，工程应用效果表明，2－603工作面上隅角瓦斯浓度生产班、检修班分别为0.50% 0.95%，0.47% 0.89%，避免了隅角瓦斯超限，保障了工作面安全高效回采。

关键词：低透气性煤层；外错高抽巷；采动裂隙；卸压瓦斯；高位钻孔中图分类号：TD712文献标志码：AHigh level borehole drainage technique of the overlyingstrata mining-induced pressure-relief gasSHUANG Hai-qing1，WANG Hong-sheng1，2，LI Shu-gang1，2，DU Zheng-xian1，YOU Lin-dong1，GUO Wei-bin1，2（1．College of Energy Science and Engineering，Xi’an University of Science and Technology，Xi’an710054，China；2．Key Laboratory of Western Mine Exploration and Hazard Prevention，Ministry of Education，Xi’an710054，China）Abstract：To solve the problem of the gas consistence exceeding limit at the corner of coalface，a new method that pressure-relief gas in fractured zone of the upper section coalface’s overlying strata was ex-tracted by high level boreholes in lateral high drainage roadway was proposed．Based on the mining tech-nology conditions of the No．2-603coalface of Liyazhuang coal mine，mechanical model of the high level borehole was established，the reasonable final hole position of the high level borehole was determined by theoretical analysis，numerical simulation and field observing analysis．Firstly，the fractured zone was at the height of13 25m，38.6 50m to the floor，and in the rise-entry mining angle of62ʎ，and in the down-entry mining angle of65ʎ，and the final location have been layouted at the second zoon．Secondly，the borehole’s final hole position was44m high over the roof，and the projection length of the borehole was not less than28m in the gob，and the value of the gas concentration was high，and the draining time was long．Finally，the engineering application effect showed that the problem of the gas consistence ex-ceeding limit was solved，the gas consistence at the upper corner were0.50% 0.95%and0.47%*收稿日期：2015－09－21责任编辑：刘洁基金项目：国家重点基础研究计划（973计划）资助项目（2015CB251600）；国家自然科学青年基金项目（51304156）通讯作者：双海清（1988－），男，陕西榆林人，博士研究生，E-mail：shuanghaiqing@163．com第6期双海清等：覆岩采动卸压瓦斯高位钻孔抽采技术0.89%，and the coalface was mined safely and effectively．Key words：low permeability coal seam；lateral high drainage roadway；mining-induced fissure；pressure-relief gas；high level borehole0引言低透气性煤层工作面隅角瓦斯易超限，直接威胁着工作面安全高效回采［1－2］。

高位大直径大直径定向钻孔技术及其配套装备

120、165、203、253、300 120、165、203
4350×1600×1750 3150×1300×1525
0～360°(±1.5°) 0～360°(±1.5°) -90～+90°(±0.2°)
mm
φ73、φ89
二、高位定向钻孔施工用大功率定向钻机
2.2 主要结构特征钻机为双履带车式布局，分钻车和泵车两部分。
工作原理
三、高位定向钻孔施工用随钻测量系统
3.2 无线电磁波随钻测量系统
无线探管基本参数
工作电压 DC16V 工作电流 ≤640mA 工作时间＞200h 工作频率 12.5Hz 峰峰值 12V～16V 通信距离：600～1000m 供电方式：电池供电外形尺寸 φ40×2650mm 重量：10 kg 耐水压 ≥12MPa
四、高位定向钻孔施工工艺技术
4.3 高位大直径定向钻孔布孔方式
寺河矿高位定向钻孔布孔原则：沿回风巷道每隔500m布置一个钻场，每钻场布置4个定向孔。平面布置：钻孔终孔孔段(主抽采孔段)在平面上沿工作面走向布置在工作面以内巷内帮15-60m范围内；剖面布置：高位定向钻孔布置在据煤层以上24～30m范围内的顶板中。
无线探管精度参数
参数名称倾角方位角工具面向角
测量范围 -90°～ 90° 0°～ 360° 0°～ 360°
充电电流 ≤1A 最高充电电压 18V 充电截止电压 17.5V 放电终止电压 14V 电池容量 37.5Ah
测量精度 ±0.2° ±1.0° ±1.0°
三、高位定向钻孔施工用随钻测量系统
工作电压 DC15V 输出信号：两线制电流 ≤130mA 通信距离 1500m 外形尺寸 φ35×950mm 耐水压 ≥12MPa 重量：5.2 kg

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 。

钻孔参数计算

某矿为煤与瓦斯突出矿井，可采煤层为M3、M4两层煤，煤层走向方位为15°，倾向方位为285°，煤层特征见表1。

目前矿井M3煤层基本回采完，正在布置M4煤层的开拓巷道，在M4煤层采掘前须进行区域突出危险性预测。

表1 某矿M3、M4煤层特征表矿井对M4煤层进行区域突出危险性预测，采用测煤层瓦斯压力的方法。

测压方案：根据钻孔施工地点的位置，分为煤巷穿层钻孔和石门穿层钻孔。

在M3煤层巷道的巷道内布置4个穿层钻孔，施工至M4煤层。

在石门布置1个穿层钻孔，施工至M4煤层。

测压要求：(1)测压钻孔施工时，尽量选择围岩完整的地点，穿过煤层底板0.5m，为了利用封孔，钻孔长度不小于20m，倾角一般大于20°。

(2)钻孔参数计算一般包含钻孔长度L(m)、见煤长度l(m)、方位角α(°)和倾角β(°)等。

测压钻孔参数的计算在CAD制图软件中进行。

1 煤巷穿层钻孔参数计算煤巷穿层钻孔为布置在M3煤层的1#，2#，3#和4#钻孔。

1#钻孔方位为煤层走向；2#，3#钻孔方位为煤层倾向；4#钻孔方位为煤层伪倾向。

根据钻孔施工的不同方位，CAD制图分别计算其钻孔参数。

1.1 钻孔沿走向施工1#钻孔的开孔地点为M3煤层巷道的底板。

当以煤层走向作剖面时，煤层投影水平距离为层间距乘以煤层倾角的正切值。

因此，当钻孔沿走向施工时，已知两煤层的厚度、倾角及层间距，以及钻孔长度的限定条件，即可计算出满足要求钻孔的倾角β、长度L和见煤长度l。

在CAD中，先画AO基准线，以煤层倾角20°，煤层间距14m作OC线，通过C点作线CA垂直于CO，并与基准线相交于A点。

在A点和O点分别作M3、M4煤层，A点为1#钻孔的开孔点。

根据测压钻孔施工的要求，钻孔长度一般不小于20m，按长度为21m作AD与M4煤层相交，延长AD到B点，B点与M4煤层的底板垂距为0.5m。

标注出AB与M3煤层的角度β=45°，即为钻孔的施工倾角。

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
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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1.8～2.2m，采用炮采采煤工艺，采高平均2.3m，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0.3%以下，初次来压后，回风流瓦斯明显增高，可达0.7%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2.0%～3.0%，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2.2m,M14煤层为一煤层组。

根据计算本区域开采后冒落带高度约6.9m，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：14.01m3/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4.5%，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=130×4.5%=5.85m3/min。

高突厚煤层高位钻孔抽放技术参数优化

［3 － 4 ］［2 ］
。
。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

高位钻孔设计

瓦斯抽放钻孔施工设计为加强对W908工作面的瓦斯治理，防止工作面在回采时瓦斯超限，经研究决定从W908材料巷原移动救生舱硐室开始，往工作面方向顶板处施工瓦斯抽放孔。

为确保施工期间的安全，特编制本设计。

一、概况及技术参数的确定高位钻孔瓦斯抽放是沿着工作面回风顺槽,利用专用钻机斜向预采煤体顶板钻孔, 在采空区顶板裂隙带层位上布置钻孔, 抽放采空区冒落带及裂隙带内的瓦斯, 进而改变采空区流场分布。

它的作用是, 解决采空区上隅角一带瓦斯积聚和回风流瓦斯超限问题。

1、瓦斯抽放参数高位钻孔瓦斯抽放又称顶板裂隙带抽放。

回采工作面周围的采动压力场, 在垂直方向上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带, 在水平方向上形成煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。

在这个采动压力场中形成的裂隙区间, 便成为瓦斯流动的通道。

采空区内的瓦斯由于受瓦斯浮力和通风总负压的作用, 主要分布在顶板裂隙带内且靠近采面回风侧。

高位钻孔的抽放负压, 加速了裂隙带内瓦斯的流动, 从而使高位钻孔能够抽出高浓度的瓦斯。

1. 1 钻孔有效高度范围及钻场高度根据采空区顶板岩层移动“三带”理论和采空区内瓦斯运移规律, 有效的钻孔高度Hz 应位于裂隙带范围, 故应满足:H m <H z <H l, (1)式中: H m——冒落带的高度, m;H l——裂隙带的高度, m。

冒落带高度为H m = , (2)式中: M ——采高, m;k——冒落岩石的平均碎胀系数;a——煤层倾角, ( °)。

裂隙带高度一般采用经验公式:H l=。

(3)式中a、b、c均为待定常数, 可根据煤矿设计规范确定, 见表1。

将式( 2)、( 3)代入式( 1), 得到钻孔有效高度:H m = < H z < H l =。

考虑到钻孔的有效利用, 钻孔底应布置在冒落带上部或裂隙带下部。

W908工作面采用走向长壁后退式开采, 工作面长度为160m。

在回采过程中, 工作面因瓦斯超限而严重制约着生产能力的正常发挥,为消除瓦斯超限的影响,依据以上理论与方法采用高位钻孔技术进行瓦斯抽放。

关于校检孔和高位抽放孔定位计算方法(1)

关于校检孔和高位抽放孔定位计算方法一、三角函数计算方法γβa bcsinγ（正弦）=对边斜边 =accosγ（余弦）=邻边斜边= bctanγ（正切）=对边邻边 =abcotγ（余切）=邻边对边 =ba根据以上计算的结果，然后通过查表即可查出对应的角度。

比如：a=3m、b=4m、c=5m，sinγ=ac=3÷5=0.6，然后查表得知γ=37º。

又如：sinβ= bc=4÷5=0.8，然后查表得知β=53 º；三角函数中的一个共性关系：一个直角三角形中，sinγ=cosβ，一个锐角的正弦（正切）等于另一个锐角的余弦。

直角三角形角度对应转换表度(γ)sin(正弦）cos（余弦）tan（正切）cot（余切）度00.0000 1.0000 0.0000 --------9010.0175 0.9998 0.0175 57.2900 8920.0349 0.9994 0.0349 28.6363 8830.0523 0.9986 0.0524 19.0811 8740.0698 0.9976 0.0699 14.3007 86 50.0872 0.9962 0.0875 11.4301 85 60.1045 0.9945 0.1051 9.5144 84 70.1219 0.9925 0.1228 8.1443 83 80.1392 0.9903 0.1405 7.1154 82 90.1564 0.9877 0.1584 6.3138 81 100.1736 0.9848 0.1763 5.6713 80 110.1908 0.9816 0.1944 5.1446 79 120.2079 0.9781 0.2126 4.7046 78 130.2250 0.9744 0.2309 4.3315 77 140.2419 0.9703 0.2493 4.0108 76 150.2588 0.9659 0.2679 3.7321 75 160.2756 0.9613 0.2867 3.4874 74 170.2924 0.9563 0.3057 3.2709 73 180.3090 0.9511 0.3249 3.0777 72 190.3256 0.9455 0.3443 2.9042 71 200.3420 0.9397 0.3640 2.7475 70 210.3584 0.9336 0.3839 2.6051 69 220.3746 0.9272 0.4040 2.4751 68 230.3907 0.9205 0.4245 2.3559 67 240.4067 0.9135 0.4452 2.2460 66 250.4226 0.9063 0.4663 2.1445 65 260.4384 0.8988 0.4877 2.0503 64 270.4540 0.8910 0.5095 1.9626 63 280.4695 0.8829 0.5317 1.8807 62 290.4848 0.8746 0.5543 1.8040 61 300.5000 0.8660 0.5774 1.7321 60 310.5150 0.8572 0.6009 1.6643 59 320.5299 0.8480 0.6249 1.6003 58 330.5446 0.8387 0.6494 1.5399 57 340.5592 0.8290 0.6745 1.4826 56 350.5736 0.8192 0.7002 1.4281 55 360.5878 0.8090 0.7265 1.3764 54 370.6018 0.7986 0.7536 1.3270 53 380.6157 0.7880 0.7813 1.2799 52 390.6293 0.7771 0.8098 1.2349 51 400.6428 0.7660 0.8391 1.1918 50 410.6561 0.7547 0.8693 1.1504 49 420.6691 0.7431 0.9004 1.1106 48 430.6820 0.7314 0.9325 1.0724 47 440.6947 0.7193 0.9657 1.0355 46 450.7071 0.7071 1.0000 1.0000 45一、高位孔1 2 3 43m 4m 4m 4m abβγ1号孔计算方法：（1）钻孔方位定位：确定钻孔与巷道中线的夹角，即可确定钻孔的方位。

钻孔平台设计计算

4.00
0.7536
0.7965
50.77
330.18
263.0
336.6
2.3
0.52
1.196
4.00
0.7612
0.7757
50.77
330.18
256.1
330.4
2.4
0.52
1.248
4.00
0.7646
0.7537
50.77
330.18
248.9
323.5
2.5
0.52
1.3
4.00
0.76761
N(KN)
Mx(KN·m)
My(KN·m)
Qy(KN)
1
钢管桩
-1175.3
-331.3
-50.9
2
平联
-7.54
-4.33
3
分配梁HN600x200
210.44
-168.44
4
2HN600x200
374.2
124.4
5
3HN600x200
547.4
173.7
表4.2工况二各构件内力汇总表
序号
名称
受力
一台履带吊重量：自重45t，考虑25t吊重（钻机主机部分）；
平台自重；
平台荷载组合为：1.10（1台履带吊+2台钻机）+1.05（平台自重）+泥浆重量+水流荷载
2、钻孔施工荷载分布
钻机、履带吊的不同布置方式，对平台各部分结构受力影响十分大。
按照相邻孔不同时钻进的原则，钻机和履带吊具有代表性的布置方式有以下三种：
剪应力：
τ= MPa<[τ]=85MPa，满足要求。

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。

高位钻孔设计

为确保施工期间的安全，特编制本设计。

它的作用是, 解决采空区上隅角一带瓦斯积聚和回风流瓦斯超限问题。

1、瓦斯抽放参数高位钻孔瓦斯抽放又称顶板裂隙带抽放。

回采工作面周围的采动压力场, 在垂直方向上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带, 在水平方向上形成煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。

在这个采动压力场中形成的裂隙区间, 便成为瓦斯流动的通道。

采空区内的瓦斯由于受瓦斯浮力和通风总负压的作用, 主要分布在顶板裂隙带内且靠近采面回风侧。

高位钻孔的抽放负压, 加速了裂隙带内瓦斯的流动, 从而使高位钻孔能够抽出高浓度的瓦斯。

冒落带高度为H m = , (2)式中: M ——采高, m;k——冒落岩石的平均碎胀系数;a——煤层倾角, ( °)。

裂隙带高度一般采用经验公式:H l=。

(3)式中a、b、c均为待定常数, 可根据煤矿设计规范确定, 见表1。

将式( 2)、( 3)代入式( 1), 得到钻孔有效高度:H m = < H z < H l =。

考虑到钻孔的有效利用, 钻孔底应布置在冒落带上部或裂隙带下部。

W908工作面采用走向长壁后退式开采, 工作面长度为160m。

在回采过程中, 工作面因瓦斯超限而严重制约着生产能力的正常发挥,为消除瓦斯超限的影响,依据以上理论与方法采用高位钻孔技术进行瓦斯抽放。

高位大孔径长钻孔在瓦斯抽采中的应用

１００Ｍ
＝
【关键词】五龙煤矿；高位钻场；大孔径；长钻孔；瓦斯抽采
１３３１２工作面概况五龙煤矿隶属阜新矿业集团，是１９５７年建成投产，设计生产能
±２
． ‘６２＋１０源自（＼１）力ｉ５０万吨／年，是辽宁省重点国有企业之一。矿井绝对瓦斯涌出量１０９．３０ｍ３／ｍｉｎ，属高瓦斯矿井。五龙煤矿瓦斯抽采系统由固定瓦斯抽采系统和移动瓦斯抽采系统组成，并且能够实现瓦斯抽采系统网络化，可根据井下瓦斯涌出情况随时调整抽采系统和抽采流量，矿井瓦斯抽采率均在５０％以上，对矿井瓦斯治理工作起到了重要的作用。３３１２工作面是五龙煤矿的主要回采工作面，位于三水平西轨道下山以西，开采煤层太平上层和太下一分层，开采方法为走向长壁后退式综采放顶煤。工作面设计走向５５５．Ｏｍ，可采走向４１８ｍ，已回采２２ｍ，工作面长１４７．Ｏｍ，煤层倾角５。～ｌ１。，平均９．７５。，煤层平均厚度１Ｏ．Ｏｍ，储量７６．９万吨，可采期为６．５个月。该面相对
３４００４２７１９３ ’ ｉ７０１５９７２３２．９１５２０．６４４００４８０１９３２３０ｌ０８７２３３．６２０．６２７．１５４００３７２１５３２ｌＯ１５９１０２３１．７６．１３４．２６４００３０２１５３２３０１Ｏ８ｉ４２３２．３１１．７４２．７７４００３６０１５３２３０１５９１２２３３１６．３４４．４

基于ABAQUS的高位抽放钻孔数值模拟_马勇_胡依鲁

别是材料的黏结力和摩擦角。当 f ＜ 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岩石
是否产生拉破坏。岩石三轴力学试验表明，岩石峰
值强度和残余强度与围压有关，当外载荷达到岩石
的强度极限后，岩石的强度随着围压的大小而产生
弱化现象。
3 工作面倾向顶板岩层“三带”模拟
摘要：以乌兰煤矿Ⅱ020703 综采工作面为研究对象，采用 ABAQUS 数值模拟软件，建立三维数
值模型，首先沿工作面倾向对顶板上覆岩层的“三带”移动规律进行模拟，得出裂隙带高度范围
为 18 ～ 23 m，在距离风巷 10 ～ 15 m 处，裂隙带裂隙发育程度最大; 然后沿工作面走向对上覆岩
层的弯曲下沉量及离层裂隙带范围进行模拟，得出推进距离为 80、120、160 m 时，“O”形圈半径
1 工作面地质概况
Ⅱ020703 工作面是乌兰矿 7# 煤层所属工作面，
7#煤层平均厚度为 1． 89 m，直接顶板为平均 0． 86 m 厚的深灰色石灰岩，致密且坚硬。裂隙被方解石脉充填。直接底板为平均 4． 6 m 厚的深灰色粉砂岩，呈深灰色、薄层状、泥质含量高，层理发育。 Ⅱ 020703 工作面煤（岩）层为一走向 309° ～ 322°，倾向 SW，倾角为 18° ～ 25°，平均 22°的单斜构造，直接顶厚度为平均 0． 86 m 的石灰岩，地质构造较为发育。工作面设计走向长度为 1 350 m，倾斜长为 210 m，采高平均 2． 0 m，煤层瓦斯含量为 9． 81 m3 / t，绝对瓦斯涌出量最大为 38． 2 m3 / min，瓦斯涌出量主要来源是采空区瓦斯及邻近 5767 工作面卸压瓦斯，工作面上隅角和回风流瓦斯浓度超限。

工作面高位定向长钻孔的应用

工作面高位定向长钻孔的应用发布时间：2021-05-19T08:41:18.512Z 来源：《中国科技人才》2021年第8期作者：陈晓牛[导读] 目前集团公司各矿主要采用风巷施工高位钻场，在高位钻场内施工高位钻孔抽采采煤工作面回采期间裂隙带及采空区瓦斯，在工作面风巷施工高为钻场（钻场间距约80-100m），在钻场内施工钻孔至工作面裂隙带。

淮北矿业桃园煤矿安徽省 234000【摘要】为解决工作面回采后采空区上隅角瓦斯问题，传统方式为间隔80m左右施工若干高位钻场和高位钻孔，孔深在80m～120m之间,该方式钻机搬运频繁、效率低，钻孔轨迹难以控制，有效孔段距离短，抽采效果不佳。

在工作面施工高位定向长钻孔不仅深度大，且钻孔轨迹精确可控，抽采效果好，可有效保障采空区瓦斯安全高效治理。

Abstract：In order to solve the problem of gas in the upper corner of goaf after mining, the traditional way is to construct several high-level drilling fields and high-level boreholes with an interval of about 80m, and the hole depth is between 80m and 120m. In this way, the drilling rig is transported frequently, the efficiency is low, the drilling trajectory is difficult to control, the effective hole section distance is short, and the drainage effect is poor. The construction of high position directional long drilling in the working face not only has large depth, but also has accurate and controllable drilling trajectory, good drainage effect, which can effectively guarantee the safe and efficient gas control in the goaf.【关键词】定向长钻孔；抽采效果；安全一、施工背景目前集团公司各矿主要采用风巷施工高位钻场，在高位钻场内施工高位钻孔抽采采煤工作面回采期间裂隙带及采空区瓦斯，在工作面风巷施工高为钻场（钻场间距约80-100m），在钻场内施工钻孔至工作面裂隙带。

钻孔计算公式

钻孔计算公式
钻孔计算公式是在地质勘探、工程施工和矿产资源开发等领域中常用的一种工具。

它可以帮助工程师和地质学家计算钻孔的深度、角度和位置等参数，以便更准确地进行地质分析和工程设计。

钻孔计算涉及到各种参数，其中包括钻孔的起始点和终止点的坐标、钻孔的倾角和方位角、岩层的厚度和倾角等等。

根据这些参数，可以利用一些基本的三角函数关系和地理定位知识来推导出钻孔计算公式。

一种常用的钻孔计算公式是针对直线钻孔的。

对于这种钻孔，可以利用正弦和余弦函数来计算钻孔的深度、水平位移和垂直位移。

例如，根据三角函数的定义，可以得到以下公式：
钻孔深度 = 钻孔长度× sin(钻孔倾角)
水平位移 = 钻孔长度× cos(钻孔倾角) × cos(钻孔方位角)
垂直位移 = 钻孔长度× cos(钻孔倾角) × sin(钻孔方位角)
这些公式可以帮助工程师和地质学家根据钻孔的倾角和方位角，计算出钻孔的深度和位置，并进一步分析地下岩层的分布和性质。

除了直线钻孔，还有很多其他类型的钻孔，例如曲线钻孔和水平钻孔
等。

对于这些钻孔，钻孔计算公式会根据具体情况进行调整和补充。

例如，曲线钻孔的计算需要考虑钻孔的曲线半径和曲率等参数，水平钻孔的计算需要考虑钻孔的水平位置和倾角等。

总之，钻孔计算公式是工程施工和地质勘探中非常重要的工具，它可以帮助工程师和地质学家更准确地评估地下情况，从而做出更科学合理的决策。

随着技术的不断进步，钻孔计算公式也在不断演化和完善，以适应不同的应用需求和工程环境。

高位裂隙钻孔在回采工作面瓦斯治理中的应用

当代化工研究Modem Chemical Research38技术应用与研究2021•08高位裂隙钻孔在回采工作面瓦斯治理中的应用*郭静晓(晋中市煤矿安全信息中心山西030600)摘耍：近年来，我国煤炭行业获得了快速发展，煤炭开采强度和深度不断增加，瓦斯异常部位也越来越多，煤矿瓦斯事故的发生率也有明显增加.特别是在应用采空区顶板垮落法、长壁采煤法餉采煤工作面，很容易导致工作面回风隅角堆积大量瓦斯，对回采工作面的安全稳定生产有很大影响.此时高位裂隙钻孔技术应运而生，即在煤层顶板裂隙发育区设置孔位，对回采工作面的瓦斯进行治理，可有效保障工作面的安全性.因此，本文针对高位裂隙钻孔在回采工作面瓦斯治理中的应用进行了探讨分析，以供参考.关键词：高位裂隙钻孔；回采工作面；瓦斯治理中国方类号：TD712文献标识码：AApplication of High Level Fissure Drilling in Gas Control of Working FaceGuo Jingxiao(Jinzhong Coal Mine Safety Information Center,Shanxi,030600)Abstractz In recent years,China's coal industry has achieved rapid development,the intensity and depth of c oal mining are increasing,the abnormal p arts of g as are also increasing,and the incidence of c oal mine gas accidents has also increased significantly.Especially in the application ofgoaf r oof c aving method and longwall mining method,it is easy to cause a large amount ofgas accumulation in the return air comer of t he working face,which has a great impact on the safe and stable p roduction of t he working f ace.At this time,the high-level f racture drilling technology came into being,that is,to set the hole p osition in the seam rooffracture development area to control the gas in the working f ace,which can effectively guarantee the safety of t he working f ace.Therefore,this p aper discusses and analyzes the application of h igh-level f issure drilling in gas control of w orking f ace for reference.Key words：high f racture drillings mining f ace^gas control引言据不完全统计，我国煤炭由井工开采的占97%左右，并且在煤炭开采强度、深度越来越大的背景下，煤炭生产过程中地质构造、瓦斯、水害、粉尘以及地温等因素的风险隐患也不断增高。

11061上顺槽10#钻场高位钻孔施工安全技术措施5.01

11061上顺槽10#钻场高位钻孔施工安全技术措施为继续加强11061工作面瓦斯抽放工作，现在11061上顺槽10#钻场施工高位抽放钻孔。

一、工作面概况11061上顺槽10#钻场位于11061上顺槽110m处，钻场采用11＃工字钢对棚支护，背木及塑编网背设帮顶，棚距600mm，上净宽2.4m，下净宽3.5m，净高2.2m，净断面6.5m2，准备在巷道右帮施工高位钻孔，抽放工作面采空区瓦斯。

二、抽放钻孔布置1、钻孔开口位置钻场位置位于11061上顺槽110米，距切眼70米处，根据钻场钻孔设计，本钻场布置2排2列，共计4个钻孔，1#、3#钻孔距顶板100mm，2#、4#钻孔距顶板400mm（详见钻孔开口位置图）。

钻孔开口位置图切眼三联巷70m110m.1m.4m12342、钻孔布置1#、2#钻孔终孔位置距上顺槽20m，3#、4#钻孔终孔位置距上顺槽30m；1#、3#终孔位置位于煤层顶板30m处，2#、4#终孔位置位于煤层顶板20m（详见钻场钻孔平面布置图和钻孔三视图）。

3、钻孔三视图 3.6m 471582693600mm400m m 200m m 400m m101112煤厚3m604、高位钻孔技术参数三、施工方法（1）钻孔采用ZDY-1900S 钻机，Φ63mm 钻杆，Φ89mm 钻头，水排岩粉进行施工。

钻机额定功率为37kW ，最大额定转矩为1900N.m 。

（2）钻机供电线路采用MY-3×16+1×10/0.66kV 电缆连接11061上顺槽水窝Q-068开关，由四联巷变电所K-029馈电控制。

k-029MY660-3×25+1×16 L=11061上顺槽四联巷变电所馈电钻机控制开关钻机电机控制按钮MY-3×16+1×10/0.66kV四、孔口管安装与固定（1）孔口管安装用Φ133mm 钻头施工，钻孔施工进尺达到8m 后，冲洗孔内岩粉，套入Φ108×1.5m 套管5根，套管与套管之间用接箍连接，丝扣必须缠塑料带，防止丝扣漏水。

穿层钻孔设计参数依旧说明

穿层钻孔设计参数依据说明1、根据穿层钻孔合理终孔高度公式计算终孔高度为：21.98m－29.3m；2、内径65mm的封孔管单孔瓦斯抽采量计算为：=1.99m3/min，纯量=1 m3/min；3、15104回采工作面瓦斯涌出量由开采层、邻近层瓦斯涌出两部分组成：30.3 m3/min；4、穿层钻孔合理的终孔高度可由下式确定：K MHη⨯⨯=）～86(式中H――穿层钻孔合理终孔高度（距煤层底板垂高），m；M――钻孔施工地点煤层厚度m；（6.2）η――工作面回采率；（65%）K――煤（岩）碎胀系数，一般为1.08－1.20（1.1）15104工作面平均回采率65%、煤（岩）碎胀系数1.1时、煤层厚度6.2m，计算穿层钻孔合理终孔高度为：21.98m－29.3m；5、单孔瓦斯抽采量计算：D=0.1457（Q 混 / V ）1/2式中 D ——抽采管内径，mmQ 混——抽采管内混合瓦斯量，m 3/min V ——抽采管内混合瓦斯的经济流速，m/s ，取10m/sQ =D 2*V/0.1457 2=1.99m 3/min 纯量=1.99*50%=1.99*0.5=1m 3/min （说明50%是浓度75的抽采管路内经是65mm 换算成0.065m 也就是说0.0652*流速10m/s/0.14572）0.1457单位是m6、15104工作面瓦斯涌出量计算：(1)开采煤层（包括围岩）瓦斯涌出量()10123011m q k k k W W m =⋅⋅⋅-式中：1q ----开采煤层（包括围岩）相对瓦斯涌出量，m 3/t ；k 1----围岩瓦斯涌出系数，对于陷落法顶板管理的工作面，取k 1=1.3；k 2----工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，工作面设计回采率为90%，则k 2=1.11；k 3----准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，采用长壁后退式回采时，系数k 3按下式确定： L h L k 23-=L----回采工作面长度，170m ；h----巷道瓦斯预排等值宽度，m ，按巷道平均暴露200天考虑，则无烟煤取h=10.5m ；则有：32170210.50.87170L h kL--⨯===m 0----煤层厚度，m ，15号煤m 0＝5.28m ；m 1----煤层采高，m ，按设计，15号煤m 1＝5.28m ；W 0----煤层原始瓦斯含量，7m 3/t ； W 1----煤的残存瓦斯含量，2.90m 3/t 。