高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计_刘桂丽
高位钻孔瓦斯抽采参数测评与优化研究
要参数 ， 在其优化 区间内， 瓦斯抽采效果会大幅度 提高。论文研 究结果对优化 瓦斯抽采设计 、 保 障采煤 工作
面安全生产具有一定参考意义。
关键词 ： 高位钻孔 ； 瓦斯抽采 ； 设计参数 ； 优化； 测评
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ６ 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ： １ ６ ７ ２—７ １ ６ ９ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ — ０ ０ ３ ３一 Ｏ ３
一
采 是解 决煤 矿 瓦 斯 灾 害 最 根本 的措 施 之 一 ｌ １ Ｊ 。
国家也 出台各种法规和标准 － ３ 。Ｊ ， 要求煤矿企业
加 大 瓦斯 抽采 力 度 ， “ 应抽尽 抽 ， 抽采达标 ” 已逐 步 成 为煤矿瓦斯防治的基本 原则和理念 。顶板高位钻
孔抽采瓦斯是 目前现 场应用 较 为广泛 的技术 ， 在 治
第１ ０卷
第１ 期
华北科技学院学报
２ ０ １ ３年 １ 月
高位 钻 孑 Ｌ 瓦 斯抽 采 参数 测 评 与优 化 研 究①
李 涛 ⑦ 谢 宏 王 志 亮２
（ １ ．冀中能源股份有 限公 司东庞矿 ， 河北 邢 台 ０ ５ ４ ２ ０ １ ； ２ ．华北科 技学院，北京 东燕郊 １ ０ １ ６ ０ １ ）
第ｌ ０卷
第ｌ 期
华 北科技学 院学报
的密度小 ， 从而 产生 一种 升力 ； 二 是 裂 隙通 道 或漏
风通道两端有压能差 ， 产生使 瓦斯沿通道 流动 的能
量 。由于采空 区上覆 岩层 中采动裂隙 的存 在 ， 为采
空 区瓦斯储集 提供 了空 间 。而 高位 钻孔 瓦斯 抽采
理高 瓦斯 、 高产高效工作面采空 区瓦斯异 常涌出 、 防 止 回风和上隅角瓦斯超 限等方面效果显著 。该技术
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。
高瓦斯矿井本煤层钻孔瓦斯抽采工艺优化设计
2019年10月高瓦斯矿井本煤层钻孔瓦斯抽采工艺优化设计201高瓦斯矿井本煤层钻孔瓦斯抽采工艺优化设计郝富强(阳泉煤业(集团）有限责任公司一矿，山西阳泉045008)摘要:煤炭与高瓦斯矿井下的共采模式下，根据瓦斯抽检系统的操作进行优化设 计，调整设计整体效果，结合工作面进行回采模式的分析。
按照瓦斯的超限标准,调整地面瓦斯抽检系统的调配过程。
分析其浓度,控制在80%以内,稳定其标准在30%以上，调整瓦斯抽采整体效果达到50%以上。
本文将针对瓦斯抽检的前、中、后三个阶段进行抽采体系分析。
依据抽采的安全情况水平进行分析，判断高浓度瓦斯采前需要做的抽样系统分析标准，避免采后抽样进人到空气内，影响抽采效率。
根据高瓦斯矿井下的抽采模式水平进行分析，依据数据分析、实地考察测量，对瓦斯的实际抽采效果进行优化，提升煤炭与瓦斯的高效模式开采操作。
关键词:高瓦斯煤矿层樽空瓦斯抽采引言按照矿井位置，选配合理的采煤操作处理标准，分 析高瓦斯矿采煤层钻孔下的模式优化设计方案，分析 煤层钻孔预期的技术优化技术设计模式，提出符合高 瓦斯矿井煤层钻孔实施的抽采是公共优化工艺设计办 法。
一、矿井情况分析选取山西煤矿作为研究对象，根据可见的煤层地 标准水平进行区分。
一般可见煤层为4层，总厚度为 12m，含煤系数为8%左右。
主要煤种类为焦煤，大小 断层分布均匀，地层倾角在3°至8°之间。
按照采购煤 层的厚度标准，分析矿井在产量相对条件下的比例关 系。
依据瓦斯最大的煤炭层含量，逐步增加。
调配煤 层对瓦斯含量的操作标准，确定煤层平均数，确定最大 平均比例关系。
依据煤层的平均值进行分析。
目前回 采工作面中，依据多方面的综合治理操作模式,配置高 低浓度的瓦斯抽采系统。
按照分别抽采，控制抽采量，保证矿方的正规设计要求。
二、煤炭瓦斯的抽采工作原理按照预先抽采边，调整开采煤层的具体方法。
通 过钻孔数据分析，确定回采前的煤体瓦斯抽出情况，做 好提前的预设操作，确定泄压标准。
瓦斯抽采高位钻孔参数优化研究
几 十年 来 ， 国 内外 学 者 对 高 位 钻 孔 抽 采 技 术 进 行 了大
钻场设置三个钻孔 ，依次编号 １ 、２ 、３ ，钻孑 Ｌ 布置夹 角、倾 角 、孔深 、终孔距等参数见表 １ 、表 ２ 。
量 的研究 ，高位钻孔 瓦斯抽采 技术 目前 已成 为较 为Байду номын сангаас熟 的 瓦斯抽 采手段 ，能够 有效地 对 回采 工作面 的瓦斯浓 度进行
主任 ，主要从 事矿井通 风安全等方面 的管理研究工作 。
２ ０ １ ３年第 ６期
２ 效果 分析
煤
炭
工
程
擦
０ ／ ０ ／
如
加
０
１ 钻 场 三 个 钻 孔 瓦斯 浓 度 与 平 距 （ 钻 孔 与 工 作 面 之 间 距
离在水平 面上 的投 影） 之间的关系如 图 ２— ４所示 ，从 图 ２— ４中可以看到 １ 钻场 ３个钻 孔 的抽放 效 果 ：随着 开采 的进
平距／ ｍ
更好 ，平距为 ５～ ３ ６ ｍ范 围内瓦斯抽 放浓度最 高达 到 ７ ０ ％，
而 ２号钻孔抽 出的瓦斯浓度 较低 ，浓度 基本 维持 在 １ ０ ％上 下 ，１号钻孔抽放 瓦斯浓 度大 约在 ２ ０ ％ 左右 ，但 浓度 不稳 定 ，试验过程 中浓度 变化较 大。通过 比较可 以看 出 １ 钻 场 ３个钻孔 中 ３号 钻孔 抽出的瓦斯浓度最高 ，最为稳定 ，效果 最好 ，因此 ３号钻孔 的参数设置较 为成 功。
控 制 、提 高工 作 面 空 气 质 量 、同 时 能 够 防 治采 空 区煤 炭 自
燃 。高位钻孔抽采 技术关键 参数 包括施 工参数 、抽放 瓦斯 过 程中的参数 ，施工 参数 主要 有孔 深 、钻 孔 与风 巷 夹角 、 钻孔仰角 ；瓦斯抽放 过程 中的参数有 终孔 距煤层顶 界 的高 度、钻孔在风巷方 向上的投影 长度 与钻孑 Ｌ 终 孔点 的垂直投 影到风巷的距离 。不 同矿 区煤层赋存 状况 下高位 钻孔布 置 参数是直接影响到高位钻孑 Ｌ 抽放效果的关键因素。 开滦矿 区 的 可采 煤 层 瓦斯 储 量 预 计 达 到 １ １ ５亿 １ ＂ １ １ （一１ ５ ０ ０ ｍ以浅 ） ，在 现有 抽放技 术条 件下 ，可 开采煤 层 瓦 斯可抽放总量 达到 ３ ４亿 ｍ （一１ ５ ０ ０ ｍ以浅 ） ，瓦斯 资源 丰 富 ，具有可 观的利用前 景。同时开滦 矿 区煤 层透气 性系 数 很小 ，可抽放煤层仅 占可开采煤 层总 数的 １ ４ ． ４ ％ ，瓦斯 抽 放难度很大。因此 ，在开滦 矿 区开展瓦斯 高位钻 孔抽放 技 术的优化 ，对于提 高瓦斯抽 采率 、降低 瓦斯排 放量 、提 高 企业产能、减少 工作 面瓦斯超 限、保 证安 全生产具 有十 分
义安矿高位瓦斯抽放钻孔优化设计
中州 煤炭
总 １６期 第 ７
义安矿高位瓦斯抽放钻 孔优化设计
王 念 红 张 新 平 路 学 桑 陈祖 国 ， ， ，
（ ． 阳 义安 矿 业 有 限 公 司 ， 南 新 安 １洛 河 ４ １ ２ ； ． 阳理 工 学 院 ， 南 洛 阳 ７８１ ２ 洛 河 ４ １２ ） ７０ ３
ｎ × ． ｌ ３ ５Ｉ ２ ６Ｉ（ ×宽 × ） ｎ× ． Ｉ深 Ｔ 高 的钻 场 。每个 钻场
内施 工 ７个 顶 板 倾 向 钻 孔 ， “ 花 眼 ” 置 ， 排 呈 三 布 上 钻 孔 位 于 钻 场 顶 板 ， 排 布 置 ， 孔 间 距 ０ ８ ｉ， 双 钻 ． ｎ 排
Ｗ ａ ｇ Ｎｉ ｎｈ ｎ ， ａ ｇ Ｘｉ ｐ ｎ ， ｅ ｅ ， ｅ ｇ ｏ ｎ ａ ｏ ｇ Ｚｈ ｎ ｎ ｉ ｇ Ｌｕ Ｘｕ ｓ ｎ Ｃｈ ｎ Ｚｕ ｕ
（ ． ｕｙ ｎ ｉ ｎＭｉｉｇＩ ｄ ｓｒ ｏ Ｌｄ Ｘ ｎａ ４ １ ２ ， ｈｎ ； １ Ｌ ｏ ａ ｇ Ｙ ｎｎ ｎ ｕｔ Ｃ ．，ｔ．， ｉ ｎ ７ ８ １ Ｃ ｉａ ａ ｙ ２ Ｌ ｏ ａ ｇ Ｉｓ ｔｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ，ｕ ｙ ｎ ４ ２ Ｃ ｉａ ． ｕ ｙ ｎ ｎｔｕｅ ｆＳ ｉ ｅａ ｄ Ｔ ｃ ｎｌｇ Ｌ ｏ ａ ｇ ７ ３， ｈｎ ） ｉ ｎ １ ０
面 瓦 斯 浓度 。 关 键 词 ： 空 区瓦 斯 ； 放 ； 位 钻 场 ； 位 钻 孔 采 抽 高 高
中 图分 类 号 ： Ｄ １ ． Ｔ ７２６
文 献 标 识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ３— ５ ６ ２ １ ） ８— １４一 ３ １ ０ ０ ０ （０ ０ ０ ０ ０ Ｏ
Ｏｐｔｍ ｉａ ｉ ｎ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｉ ｈ ｌ ｖ ｌＧ ａ ａ ｎ ｇ ｒ ｈｏ ｅ ｎ Ｙｉａ ａ ｉ ｅ ｉ ｚ ｔｏ ｓｇ ｆＨ ｇ －ｅ ｅ ｓ Ｄｒ ｉ ａ ｅ Ｂｏ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ Ｃｏ ｌＭ ｎ
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
4.综放工作面高位瓦斯抽采钻孔布置参数优化
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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基于高位钻孔抽采综采工作面瓦斯
基于高位钻孔抽采综采工作面瓦斯摘要本文讨论了基于高位钻孔抽采综采工作面瓦斯的内容。
该研究目的在于通过分析不同工作面瓦斯抽采高度的影响，以找出最佳的综采体系，实现高效的抽采。
首先，介绍了瓦斯突出的开发状况，以及钻孔抽采的原理。
然后，对比分析了不同抽采高度的瓦斯抽采量及工作面的瓦斯浓度等技术参数。
最后，总结了在抽采过程中必须考虑的安全因素，建议采用高能量抽采体系，以减少瓦斯发生突发性泄漏。
关键词：瓦斯抽采；工作面瓦斯；抽采高度；安全因素正文I. 引言瓦斯抽采是指从煤层或其他包含瓦斯的岩矿中用特殊设备抽取瓦斯的活动。
随着煤矿开发深度的加深，瓦斯突出的开发问题也越来越严峻，使得瓦斯抽采的重要性日益突出。
先进的钻孔抽采技术可以有效地把抽取的瓦斯引出工作面，降低工作面的瓦斯浓度，确保矿井安全生产。
但是，不同抽采高度对抽取瓦斯量和工作面瓦斯浓度的影响尚未得到充分的了解，需要进一步深入研究。
II. 工作面瓦斯抽采原理抽采矿层的瓦斯的方式有多种，但是钻孔抽采最常见且最有效。
钻孔抽采的工作原理是，先下井定位将各种抽采设备置入煤层，然后通过钻孔并以相应的方式抽取煤层的瓦斯，最后将瓦斯从井口排放到大气中。
III. 不同抽采高度的瓦斯抽采效果在实际工作中，抽采高度与瓦斯抽采效果有着密切关系。
相比较而言，抽采高度较低时，抽出的瓦斯量会少，但瓦斯浓度在井口会较低；而抽采高度高时，瓦斯出量多，瓦斯浓度在井口也更高。
因此，针对不同工作面瓦斯抽采，应根据实际情况确定最佳的抽采高度，以获得最佳的综采效果。
IV. 安全因素基于高位钻孔抽采的瓦斯抽采，其抽采安全性是一个必须考虑的问题。
因此，在钻孔抽采过程中，井口抽采的临界值应按照国家的规定控制。
此外，适当的降低抽采高度，减少抽采强度，采取高能量抽采体系，这些都可以防止瓦斯发生突发性泄漏。
V. 结论在基于高位钻孔抽采综采工作面瓦斯的研究中，不同抽采高度对抽取瓦斯量及工作面瓦斯浓度的影响，应仔细分析，以便有针对性地采取措施，控制瓦斯的抽出。
突出煤层群高位钻孔优化设计
突出煤层群高位钻孔优化设计摘要：为解决近距离突出煤层群超前压力大、瓦斯涌出量高、高位钻孔设计不合理抽采效果差和采煤工作面回风流中瓦斯超限等问题，根据对近距离突出煤层群超前压力观测、瓦斯涌出量计算，结合高位钻孔施工设计、成孔保护、抽采参数等分析，得出高位钻孔拦截邻近突出煤层瓦斯存在的问题及抽采效果差的原因，基于此提出了突出煤层群高位钻孔优化设计。
结果显示：造成高位钻孔抽采效果差的原因为钻孔受到超前压力破坏、有效抽采孔径过小及钻孔设计不合理；可通过改变钻孔开孔位置、增加孔径及套管管径、全程下套管、增加钻孔密度和控制范围的手段优化高位钻孔设计。
对比优化前后高位钻孔瓦斯抽采效果及回采工作面上隅角、回风流中瓦斯，发现优化后高位钻孔瓦斯抽采纯量增加了3-5倍，回风流中瓦斯大幅下降，优化效果显著。
关键词：突出煤层群；高位钻孔；抽采孔径；拦截密度；优化设计Optimal Design of High-level Drilling in Outburst Coal Seam GroupPan Qijiang1.Guizhou Southwest Mining Co.，Ltd.Guizhou Jinsha；2.Guizhou Jinsha，Guozhao Tenglong Coal Mine，Jinsha CountyAbstract：In order to solve the problems such as large advance pressure，high gas emission，unreasonable design of high-level boreholes，poor drainage effect and gas overrun in return air flow of coal face，etc，according to the advanced pressure observation and gas emission calculation of close distance outburst coal seams，combined with the construction design of high-level borehole，hole forming protection and drainage parameters，the existing problems of high-level borehole intercepting adjacent outburst coal seam gas and the reasons for poor drainage effect are obtained. Based on this，the optimization design of high-level borehole in outburst coal seam group is put forward. The results showed that：the reasons for the poor pumping effect of high-level boreholes are that the boreholes are damaged by advanced pressure，the effective drainage aperture is too small and the drilling design is unreasonable. The design of high-level drilling can be optimized by changing the hole opening position，increasing the hole diameter and casing diameter，running casing in the whole process，increasing the drilling density and control range. Comparing the gas drainage effect of high-level borehole before and after optimization，the upper corner of mining face and the gas in return air flow were compared. It was found that after optimization，the pure gas drainage amount of high-level borehole increased by 3-5 times，and the gas in return air flow decreased significantly，and the optimization effect was significant.Key words：Outburst coal seam group；High level drilling；Extraction aperture；interception density；optimization design引言根据贵州省煤矿地质的特殊性，大部分煤矿均为近距离煤层群开采，且多数为突出煤层，瓦斯压力、瓦斯含量相对较大，按照《防治煤与瓦斯突出细则》要求选取突出强度相对较小的煤层作为保护层开采时，临近突出煤层大量瓦斯涌入采煤工作面，造成采面上隅角、回风流瓦斯超限，对矿井安全生产造成很大的威胁[1]。
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
探讨高位钻孔抽采在瓦斯治理中的应用
探讨高位钻孔抽采在瓦斯治理中的应用【摘要】高位钻孔抽采是一种有效的瓦斯治理技术，本文首先分析了瓦斯治理的现状和高位钻孔抽采技术的基本原理。
接着探讨了高位钻孔抽采在煤矿瓦斯治理中的优势，以及在实际应用中的案例分析。
随后对高位钻孔抽采技术在瓦斯抽放中的效果进行评估，并展望了其未来的发展趋势和前景。
在总结了高位钻孔抽采在瓦斯治理中的作用和意义，并提出了对该技术在煤矿瓦斯治理中的应用的建议。
通过本文的探讨，可以更全面地了解高位钻孔抽采技术在瓦斯治理中的重要性和潜力，为进一步推动煤矿安全生产和环境保护提供参考和指导。
【关键词】高位钻孔抽采、瓦斯治理、煤矿、技术、应用案例、效果评估、发展趋势、前景展望、作用、意义、建议、瓦斯治理现状、优势1. 引言1.1 瓦斯治理现状分析瓦斯是煤矿中常见的一种有毒气体，具有易燃、爆炸性强的特点，给煤矿生产带来了严重的安全隐患。
瓦斯治理一直是煤矿安全生产的重要环节。
目前，我国煤矿瓦斯治理主要采用瓦斯抽放、瓦斯抽采和瓦斯利用等手段。
传统的瓦斯治理技术在效率和安全性上存在一定的局限性，尤其在处理高浓度瓦斯和煤层走向不规则的情况下效果不佳。
面对煤矿日益增加的安全压力，研究和探索更加高效、安全的瓦斯治理技术势在必行。
1.2 高位钻孔抽采技术介绍高位钻孔抽采技术是一种常见的瓦斯治理方法，通过在煤层上方进行钻孔，将瓦斯从煤层中抽取出来，从而达到瓦斯治理的目的。
该技术主要包括钻孔、管道安装和抽采三个步骤。
首先是钻孔过程，高位钻孔通常会选择在煤层顶板或者煤层上方的岩层中进行，通过钻机将孔洞钻入地下，使孔洞与煤层连接起来。
钻孔的深度和数量取决于具体的煤层情况和瓦斯分布情况。
接着是管道安装阶段，将安装好的管道与钻孔连接起来，将抽采出来的瓦斯输送到指定地点进行处理。
管道的材质和密封性能对抽采效果起着至关重要的作用。
最后是抽采过程，通过抽采装置对煤层中的瓦斯进行抽取，将瓦斯集中处理或者输送到地面上，避免瓦斯积聚导致的安全事故。
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
高位钻场钻孔瓦斯抽放技术的应用分析
高位钻场钻孔瓦斯抽放技术的应用分析随着矿业的不断发展，煤矿工作面的开采深度不断增加，瓦斯爆炸等事故频发，对煤矿安全的要求也越来越高。
而在高位钻场进行钻孔瓦斯抽放技术成为煤矿瓦斯治理的一种重要手段，有效地提高了矿井瓦斯的抽放效率和安全性。
本文将对高位钻场钻孔瓦斯抽放技术进行深入分析，探讨其在煤矿瓦斯治理中的应用和发展前景。
一、高位钻场钻孔瓦斯抽放技术概述高位钻场钻孔瓦斯抽放技术是指在煤层开采过程中，通过在高位的钻场进行钻孔，利用煤层内部的压力差，将瓦斯抽放到地面进行处理。
这种技术相较于传统的低位钻孔瓦斯抽放技术，具有抽放效率高、安全性好等优点，逐渐成为煤矿瓦斯治理的主要手段之一。
在高位钻场钻孔瓦斯抽放技术中，首先需要确定钻孔的位置和角度，选择合适的钻孔设备和钻孔参数，进行精准的钻孔作业。
然后通过采用管道联通和连续瓦斯抽放等技术手段，将钻孔处的瓦斯抽放到地面，再经过处理后排放到大气中。
整个过程需要密切监测瓦斯抽放量和瓦斯浓度，确保瓦斯的安全抽放和处理。
1. 提高瓦斯抽放效率2. 减少煤矿安全风险高位钻场钻孔瓦斯抽放技术在煤矿安全治理中起到了关键作用，有效地减少了矿井内部瓦斯的积聚和爆炸风险。
尤其在深部煤矿开采过程中，采用高位钻孔技术能够更好地控制矿井内部的瓦斯压力，保障矿工的生命安全。
3. 降低治理成本相对于其他瓦斯治理技术，高位钻场钻孔瓦斯抽放技术的治理成本相对较低。
其技术要求简单、设备投入少、维护成本低，能够为煤矿企业节约大量的治理成本，提高了煤矿的经济效益。
4. 适应深部煤矿开采需要随着煤矿开采深度的不断增加，传统的瓦斯抽放技术已经难以满足深部煤矿的安全治理需要。
而高位钻场钻孔瓦斯抽放技术能够更好地适应深部煤矿的开采需求，保障了矿井的安全开采。
1. 技术不断成熟随着煤矿瓦斯治理需求的增加，高位钻场钻孔瓦斯抽放技术正在不断进行技术改进和创新，使得技术不断成熟。
未来，随着钻孔设备和监测技术的不断提高，高位钻场钻孔瓦斯抽放技术将更加成熟和完善。
大采高工作面高位瓦斯抽采钻孔布置优化研究
(c)3 组
12.500 37.500
(d)4 组 图3不同钻孔数采空区瓦斯浓度图
由图3可知,30515工作面采用高位钻孔抽采瓦 斯时,随着钻孔数量的增加,工作面采空区内瓦斯浓 度逐渐降低，采空区深部瓦斯在抽采负压的作用下 被抽走，不易形成高浓度瓦斯积聚。当钻孔数量增加
4高位钻孔瓦斯抽采最优参数 根据模拟结果和工作面地质条件，在30515大 采高工作面运输巷布置高位钻孔抽采瓦斯，共布置
1—钻机;2—咼位定向钻孔;3—裂隙带;4—上隅角瓦斯； 5—冒落带；6—采空区
图1定向钻孔布置示意图
3高位钻孔参数优化 30515大采高工作面采用高位钻孔对瓦斯进行 抽采，采用FLUENT软件分别模拟不同钻孔高度和 钻孔数瓦斯抽采浓度，得到大采高工作面高位钻孔 抽采瓦斯最优参数。 3.1钻孔高度最优参数 30515 大采高工作面采用高位钻孔抽采瓦斯， 采用 FLUENT 分别模拟 20m、25m、30m、35m、40m、 45m钻孔高度瓦斯抽采效果，得到工作面自2017 年10月21日至2018年1月11日（共83天）回采 期间高位钻孔抽采浓度参数，如图2所示。
到3组时,采空区上隅角瓦斯浓度最低，抽采效果达 到最优。随着钻孔数量的继续增加，由于距离采空区 上隅角的距离较远，对上隅角瓦斯浓度抽采效果不明 显。因此，通过模拟可知,在钻孔高度一定的情况下,
钻孔数量为3组时，高位钻孔抽采瓦斯效果最优。若 因产量增加、瓦斯赋存异常等引起采空区瓦斯涌出量 变化，可考虑适当增加高位钻孔数量。
(a)l 组
25.000 50迥(m)
12.500
37.500
(b)2 组
CCohn4t.1oM.u3ra01s0se-F0r0a1ction 1.170e-001 1.040e-001 9.100e-002 7.8006-002 6.5006-002 ■■ 53..290000ee--000022
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
煤矿高位钻孔瓦斯抽放技术的应用分析
煤矿高位钻孔瓦斯抽放技术的应用分析煤矿高位钻孔瓦斯抽放是进行瓦斯抽放的重要技术手段之一，对于有效解决邻近层与采空区的瓦斯抽放问题有着重要意义。
为此，文章主要从高位钻孔瓦斯抽放的适用条件及合理层位的选择入手，重点对影响高位钻孔参数的主要因素进行了分析阐述，并切实提出了一系列针对高位钻孔设计参数进行优化的策略，希望给行业相关人士一定的参考和借鉴。
标签：煤矿；高位钻孔；瓦斯；抽放引言在对高位钻孔抽采瓦斯参数进行优化的过程中，需要对上覆岩层中冒落带、裂隙带以及弯曲下沉带（俗称“竖三带”）煤层的分布范围进行精准划分，特别是裂隙带的分布范围。
随着计算机和互联网技术的不断发展，数值模拟和相关的理论计算被广泛应用到裂隙带分布范围的分析计算中，其与现场试验一样，具有重要的参考价值。
1 高位钻孔采空区抽采技术原理通过采场覆岩移动规律，我们可以将竖直方向上的覆岩移动破坏分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带等“三带”，其中裂隙带则可以具体分为微小断裂带、普通断裂带和严重断裂带三种情况。
同时，其在水平方向上也会形成重新压实区、离层区和煤壁支撑影响区等三个区域。
在对煤层的开采过程中，覆岩离层及裂隙的分布情况会直接影响到瓦斯的流动，对于煤层的离层裂隙而言，其不仅为瓦斯集聚提供了一定场所，更为瓦斯流动提供了相应的通道。
所谓高位钻孔指的是在风巷向煤层顶板进行的钻孔工作，而运用高位钻孔进行瓦斯抽放指的是将工作面回采采动压力的离层裂隙作为瓦斯抽放的主要通道。
在这种压力的作用下，瓦斯就会顺着裂隙流到巷道或者抽采钻孔内，并运用抽采管路对其进行抽放。
在具体操作过程中，尤其是高位钻孔距离工作面还有一段距离时，可能会抽出浓度比较高的瓦斯，说明在煤壁支撑影响区内，其煤层顶板已经形成了离层裂隙的瓦斯通道。
工作面煤壁瓦斯受到采动压力的影响，可以解吸瓦斯，然后经由裂隙流入钻孔，这就是高位钻孔抽放的工作原理和重要作用。
2 高位钻孔瓦斯抽放的适用条件及合理层位选择2.1 适用条件通过抽放采空区或者围岩瓦斯的方式，高位钻孔能够对上邻近层瓦斯向采空区运动时予以拦截，对回风流和上隅角瓦斯超限的问题予以处理。
高位钻孔瓦斯抽采参数优化技术
般裂隙带 和 微 小 裂 隙 带［7］。 微 小 裂 隙 带 位 于 裂 隙 带上部，由于竖向破断裂隙不发育，只有少量的高浓 度瓦斯聚集于此； 严重裂隙带和一般裂隙带位于裂 隙带中下部，离层裂隙与竖向破断裂隙相互连通，成 为了瓦斯聚集和流动的主要通道，该区域也是大量 高浓度瓦斯的聚集区［8 － 9］。因此，将高位钻孔终孔 布置在上覆岩层裂隙带的中下部，抽采采空区瓦斯 和上邻近层瓦斯，能够到达最佳的瓦斯抽采效果。
20 世纪 80 年代，我国就开始采用高位钻孔治 理工作面采空区瓦斯，首先在平顶山、淮南等矿区进 行了应用。高位钻孔参数是影响瓦斯抽采效果的主 要因素［1 － 2］，以往钻孔参数的设计的方法主要有参 考邻近矿井法、经验公式法及理论计算“竖三 带” 法［3 － 6］，这些方法均是通过现场经验或传统摸索的 方法进行高位钻孔设计，取得了较好的应用效果。
随着近几年矿井开采条件的变化，煤层开采深 度加大、地质构造更加复杂、瓦斯压力变大，高位钻 孔出现抽采效果不稳定、钻场接替时瓦斯超限时有 发生、抽采瓦斯浓度低不利于瓦斯利用、新矿井无设 计参考等诸多问题，严重影响了高位钻孔瓦斯抽采 效率，制约了矿井的安全开采。
1 高位钻孔抽采瓦斯的渗流特性
煤层开采后，从工作面上覆岩层竖向分区来看， 冒落带随采随冒，而裂隙带又划分为严重裂隙带、一
·64·
（ 第 43 卷第 11 期）
技术·创新
高位钻孔瓦斯抽采参数优化技术
杨永良1 ，李增华1 ，侯世松2 ，刘 震1 ，马冬娟1
( 1． 中国矿业大学 安全工程学院，江苏 徐州 221116; 2． 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，江苏 徐州 221116)
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
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孔的抽采量与渗透率、抽采负压和钻孔直径有关，裂隙带的下部区域是裂隙发育区域渗透率较大，高位钻 孔布置在这个层位能够提高抽采效果，高位钻孔在单位时间内瓦斯抽采量随抽采负压和高位钻孔直径的 增加而增大，在经济、设备允许及煤层自燃条件允许的条件下，应尽量提高高位钻孔直径和抽采负压［3］。
距离为 500 mm，下排钻孔距离钻场底板 1 000 mm，2 排孔之间的距离为 500 mm． 3． 3 高位钻孔层位布置
高位钻孔的层位设计过高，高位钻孔在工作面后方几十米范围内不能实现有效抽采，不能避免工作 面瓦斯超限。工作面推进速度较快，冒落拱与工作面之间的距离增加，裂隙发育较低，钻孔设计过高，则 会造成工作面后方几十米范围的瓦斯不能被有效抽采，如图 4 所示，按照覆岩充分运动条件下冒落带和 裂隙高度设计时，在过钻场时工作面后方几十米范围，设计钻孔在垂向上没有位于抽采带上下限内，这样 过钻场时，不可避免的造成工作面上隅角瓦斯超限［6］。
对于第一个钻场设计距离开切眼 87 m，由于距开切眼较近，工作面后方覆岩裂隙发育程度较低，故设 计第 1 个钻场的高位钻孔层位距煤层顶板 8 ～ 15 m，钻孔设计 2 排（ 如图 3 所示） 。在工作面进入正常回 采后，由于工作面的推进速度不变，冒落拱与工作面之间的裂隙发育规律保持不变，第 2 钻场及以后钻场 的高位钻孔有效抽采上下限分别为距煤层顶板 12 和 22 m，高位钻孔的终孔布置在距煤层顶板 22 m 处， 上下 2 排钻孔的间距为 50 m； 当上排钻孔和下排钻孔都处于抽采区时，上排钻孔抽采 31 煤层的解吸瓦斯， 下排钻孔抽采采空区的瓦斯。高位钻孔的布置层位如图 5 所示。 3． 4 高位钻孔压茬间距
A
回风巷
3 000 4 000
3 500 3 000
1 000 500
回风巷
B
B
30°
钻场 4 000
3 500 B-B 剖面图
钻场
5 000 A
4 000
L
A-A 剖面图
图 2 高位钻场与回风巷的位置关系图 Fig． 2 Location diagram of drilling field and return airway
* 收稿日期： 2012 － 02 － 27 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 50574050） 通讯作者： 刘桂丽（ 1976 － ） ，女，山东安丘人，博士，讲师，主要从事防灾减灾及防护工程的研究工作．
第4 期
刘桂丽等： 高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计
451
区。因此，合理的高位钻孔布置应在裂隙带的下部和冒落拱的上部。 4） 根据采动裂隙“O”形圈分布特征以及 U 型通风条件下顶板裂隙瓦斯流动规律可知，工作面与采空
从覆岩“竖三带”、“O”形圈和 U 型通风条件下采动裂隙瓦斯流动规律出发，找出高位钻孔的理论
合理布置区域，指出工作面后方 50m 范围内覆岩裂隙发育状况是高位钻孔层位设计的关键，针对
祁南煤矿 32 煤层的特点，结合现场采用数值模拟方法模拟不同开采速度条件下覆岩裂隙发育规 律，优化设计高位钻孔的抽采参数，在 34下2 工作面和 3410 工作面的现场试验中，高位钻孔抽采 浓度和抽采率得到大大提高，取得了较好的抽采效果，验证了研究的正确性。
of high position boring
H
心线投影到风巷方向的长度，m； Y 为高位钻孔的终孔在煤层顶板的投影点距风巷的距离，m； α 为高位钻
孔的倾角，（ °） ； β 为高位钻孔水平的水平投影与风巷的夹角，（ °） 。
3． 1 高位钻场设计
3． 1． 1 高位钻场定位
在工作面走向上，钻场沿钻孔施工方向附近应尽量避开断层面，以免受采动影响而影响抽采效果。
高位钻孔主要参数主要包括钻孔长度、封孔长度、钻孔倾角以及 钻孔水平投影与风巷夹角等［4］，如图 1 所示。
图 1 中，OA 为高位钻孔，m； OEB 为水平面； OBD 为煤层顶板面； OB 为风巷； L 为钻孔的深度，m； L'为封孔长度，m； X 为高位钻孔的中
L
L′ α
β
O
X
Y
ED C
B
图 1 高位钻孔抽采参数图 Fig． 1 Drainage parameters
2） 在工作面 5 m / d 推进速度条件下，工作面老顶的初次来压步距为 35 m，周期来压步距为 20 m； 工 作面推进 100 m 时，导水裂隙带和冒落带的 高 度 正 处 于 发 展 阶 段，导 水 裂 隙 带 上 边 界 距 32 煤 层 顶 板 44． 5 m，冒落带上边界距 32 煤层顶板 12 m； 上覆岩层在开切眼侧垮落角为 52°，工作面侧垮落角为 43°，回 风巷侧的垮落角为 54°，机巷侧垮落角为 52°； 距 32 煤层顶板 12 ～ 22 m 区域是裂隙带下部裂隙发育区，在 开切眼侧分布范围为 0 ～ 38 m，工作面侧这个区域的裂隙发育范围小，倾向分布范围为距机巷下帮 12 ～ 36 m和距离风巷上帮 8 ～ 38 m．
关键词： 高位钻孔； U 型通风； “O”形圈； 抽采参数； 数值模拟
中图分类号： TD 315． 3
文献标志码： A
0引言
随着我国煤炭需求量的增长，高产高效工作面成为一种趋势，伴随的工作面上隅角瓦斯隐患问题不 断增加。顶板走向高位钻孔（ 简称为高位钻孔） 因其工艺简单、抽采范围广、抽采纯量大、不受瓦斯压力及 煤层透气性大小影响，已经成为防止工作面上隅角瓦斯超限，最有效、最常用的采空区瓦斯治理技术［1］。
2 采空区上覆岩层裂隙发育数值模拟试验
以祁南煤矿 34下2 工作面为背景，采用 UDEC 数值模拟软件对工作面在 2 m / d 和 5 m / d 推进速度下 的采空区顶板覆岩裂隙发育规律进行了模拟。模拟结果显示。
1） 在工作面 2 m / d 开采条件下，工作面老顶初次垮落步距为 30 m 左右，周期来压步距为 15 m 左右； 工作面在推进 100 m 时，上覆岩层的导水裂隙带高度和冒落带达到稳定，其上边界分别为距 32 煤层顶板 64 m 和距 32 煤层顶板 18 m； 上覆岩层在开切眼侧的破断角为 56°，工作面侧的破断角为 55°，回风巷侧的 破断角为 52°在机巷侧的破断角为 51°； 距 32 煤层顶板 18 ～ 28 m 区域为裂隙带下部裂隙发育区，其在沿工 作面方向的分布范围为开切眼侧 0 ～ 38 m 和工作面侧 0 ～ 42 m，倾向分布范围为距机巷下帮 6 ～ 45 m 和 距风巷上帮 8 ～ 48 m，高位钻孔的布置层位应布置在这个区域。
Vol． 32 No. 4 Jul. 2012
*
高位钻孔瓦斯抽采参数优化设计
刘桂丽1，2 ，杨跃奎2 ，撒占友1
（ 1． 青岛理工大学 汽车与交通学院，山东 青岛 266520； 2． 中国矿业大学 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，江苏 徐州 221008）
摘 要： 基于采空区覆岩裂隙分布规律、覆岩裂隙瓦斯流动规律和高位钻孔抽采技术研究现状，
2） 上覆岩层的断裂及其压实过程都是时间过程，工作面开采速度较快，在工作面与冒落拱之间的上 覆岩层受开采影响的时间较短，在垂向以及走向上，岩层的移动量较小，裂隙发育程度低。这对于煤层开 采速度较快的情况下，高位钻孔的终孔层位应降低提供了理论基础。
3） 由于“竖三带”裂隙发育程度不同，瓦斯的聚集程度不同，裂隙带的下部成为瓦斯气体的大量聚集
1 采空区上覆岩层裂隙发育及瓦斯流动规律
1） 高位钻孔抽采效果受到煤层顶板岩层性、高位钻孔布置层位、回采工作面推进速度、高位钻孔压茬 距离、通风负压及抽采负压和钻孔施工及封孔质量等因素的影响［2］。高位钻孔的抽采在垂向上和走向上 存在着理论的界限，在垂向上高位钻孔应布置在冒落拱的上部和裂隙带的下部，在走向上高位钻孔在工 作面后方几十米范围内抽采能有效解决工作面上隅角瓦斯超限，因此，工作面后方几十米范围内的覆岩 裂隙分布特征是设计高位钻孔层位的关键。
采动裂隙瓦斯流动规律对合理确定高位钻孔抽采区域具有非常重要的作用，文章以徐州祁南煤矿 32 煤层 34下2 工作面为研究背景，分析采空区上覆岩层裂隙发育，借助影响高位钻孔抽采效果的因素，分析 采空区上覆岩层的裂隙发育规律和采动裂隙场的瓦斯流动规律，确定采空区对工作面上隅角瓦斯超限影 响较大的区域，得出高位钻孔最佳抽采区域，为高位钻孔抽采参数优化提供理论基础。采用 UDEC3． 10 数值模拟软件，模拟不同开采速度条件下（ 推进速度分别为 2 m / d 和 5 m / d） ，工作面后方 50 m 处裂隙发 育情况。并按照工作面推进速度为 5 m / d 的数值模拟结果，为祁南矿 32 煤层 34下2 采区工作面的高位钻 孔参数进行了优化设计。
6# 7# 8# 9# 10# 1# 2# 3# 4# 5#
500
图 3 高位钻场钻孔开孔位置图 Fig. 3 Opening hole location diagram
3． 2 高位钻孔开孔位置 如图 3 所示，每个钻场设计 10 个钻孔，分 2 排布置，设计钻场的直径为 94 ～ 150 ，开孔钻孔之间的
在设计高位钻孔钻场之间的压茬时，需要综合考虑钻孔的角度、垮落角、高位钻孔终孔至破断面的距 离以及老顶的悬臂梁长度等情况［7］。
DOI:10.13800/ki.xakjdxxb.2012.04.019
第 32 卷 第 4 期 2012 年 07 月
西安科技大学学报 JOURNAL OF XI’AN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
文章编号： 1672 － 9315（ 2012） 04 － 0450 － 09
高位钻孔距煤层顶板的高度影响高位钻孔在裂隙带中的有效抽采长度，高度越高，有效抽采长度越长，因