大直径钻孔卸压消突技术的与应用

Study and Application on Destressing and Elimination Outburst Technology in Large － diameter Hole
LIU Ying － ke1 ， LIU Chun1 ， DING Jian － xun2 ， JIA Heng － yi1 （ 1 ． School of Safety Engineering，China University of Mining＆ Technology，Xuzhou 221116 ， China； 2 ． Wulan Coal Mine of Shenhua Ningxia Coal Industry （ Group） Co． ，Ltd，Shizuishan 753000 ， China） Abstract ： In this paper， numerical simulation was used to study the relationship between the advanced drill hole＇s diameter at coal roadway heading face and the front coal destressing effect． It indicated that with the increasing of the advanced drill hole＇s diameter，the geostress of coal in front of heading face decreased ，plastic zone was decrescence and the destressing effect was more outstanding． The test，about construction of large － diameter hole in tunneling process of Wulan coal mine 5867 machinery tunnel，showed that using shorten the construction period about 7 days and increased coal roadway large － diameter hole can decrease the number of holes by 2 /3 ， tunneling speed four times above． Key words： large － diameter hole； destressing； numerical simulation
为对比不同直径的钻孔在掘进工作面前方煤体 产生的卸压效果， 采用非线性分析软件 ABAQUS 软 研究大直径钻孔的卸压效果。 件建立了分析模型， 数值模拟模型为三维模型， 剖面如图 1 （ a ） ， 模 采深 型大小为 200 m × 43 m × 3 m。 煤层厚 3 m，
应用·实践
300 m， 上覆岩层应力采用等效均布载荷方式施加在 模型底部为铅垂方向位移约束， 模型左、 模型顶部， 右两侧为水平方向位移约束。 为研究方便， 取模型 如图 1 （ b） 。卸压钻孔的 右侧煤层为主要研究对象，
我国的煤与瓦斯突出事故常发生在煤巷掘进工 作面， 据 统 计， 煤巷掘进突出约占总突出次数的
［1 ］ 80% ， 平均突出强度 67 t / 次 。在单一煤层或煤层
中应力的作用下松动破坏， 或产生塑性流变， 从而使 迎头前方煤体卸压， 达到排放瓦斯、 消除突出的目 的
［2 ］
。
未卸压条件下， 消突技术主要有超前钻孔、 高压注 ［2 ］ 水、 松动爆破等 ， 其中超前钻孔是最常用的技术， 即在掘进工作面迎头向前方煤体施工一定数量的钻 孔， 并始终保持一定超前距离， 使前方煤体卸压、 排 放瓦斯， 达到减弱和防治突出的目的
。 煤与瓦斯
突出威胁是影响煤巷掘进速度的重要因素之一 ， 因 此优化超前钻孔的施工参数可增强消突效果 ， 从而 提高煤巷的掘进速度。 1 超前钻孔卸压消突原理
钻孔卸压的基本原理是： 在掘进工作面迎头施 工一定密度的钻孔， 使孔间煤柱在地应力及孔间集
“333 工 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 51174199 ） ； 江苏省 程” 培养资金资助项目（ BRA2010134 ） ； 江苏省研究生科研创新计划 资助项目（ CX10B_151Z ） ； 中国矿业大学杰出青年培养基金资助项 2011JQP08 ） 目（ 2010JQPB03 ，
［3 ］
与普通直径的钻孔相比， 大直径钻孔卸压消突 技术的优势体现在： ① 提高了施工钻孔时排出的煤 粉量， 使煤层易形成较多的裂隙， 瓦斯释放通道较畅 通， 从而大幅度降低煤层内瓦斯压力 ， 并增加煤体的 使掘进工作面 塑性； ②大直径钻孔产生更多的裂隙， 前方和两帮的集中应力得到释放， 并迫使集中应力 降低了掘进段和巷帮的集 带向前和巷帮深部运移， 增加了有效卸压范围。 中应力， 2 2． 1 钻孔直径与消突效果的关系分析 数值模拟模型
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（ 第 43 卷第 2 期）
应用·实践
大直径钻孔卸压消突技术的研究与应用
1 刘应科 国矿业大学 安全工程学院， 江苏 徐州 221116 ； 2． 神华宁煤集团 乌兰煤矿， 宁夏 石嘴山 753000 ）
要： 采用数值模拟的方法研究了煤巷掘进工作面超前钻孔孔径与前方煤体卸压效果的关系 ， 表明随着超前钻孔孔径的增大， 掘进工作面前方煤体的地应力降低、 塑性区范围减小， 卸压效果 摘 更加显著； 在乌兰煤矿 5867 机巷掘进过程中施工大直径钻孔的试验表明， 采用大直径钻孔可使 钻孔个数减少 2 /3 ， 工期缩短约 7 d， 煤巷掘进速度提高 4 倍以上。 关键词： 大直径钻孔； 卸压； 数值模拟 + 中图分类号： TD713 ． 3 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 496X（ 2012 ） 02 － 0082 － 03