預抽鉆孔優(yōu)化設(shè)計論文

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論文關(guān)鍵字：防突措施揭煤鉆場鉆孔設(shè)計最小控制范圍最優(yōu)求值參數(shù)

論文摘要：為貫徹煤礦“安全第一，預防為主，綜合治理”的生產(chǎn)方針，鉆孔的應(yīng)用越來越廣泛，特別是高瓦斯礦井和突出礦井的區(qū)域綜合防突措施的預抽鉆孔，每個鉆場設(shè)計上百鉆孔。為使繁瑣的鉆場鉆孔設(shè)計精確、方便、快捷，筆者根據(jù)《2009最新版防突細則》解析了穿層鉆孔預抽石門揭煤鉆孔最小控制范圍；分析確定了最少（3個）求值參數(shù)及其種類（56種）和最優(yōu)求值參數(shù)的論證，并對其驗證；以穿層鉆孔預抽石門揭煤區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施鉆場設(shè)計闡述驗證。

引言

《2009最新版防突細則》第四十九條中預抽石門揭煤鉆孔的最小控制范圍為兩個必要條件，意思不夠直接明確；鉆場設(shè)計繁瑣，且大部分鉆場設(shè)計工作者未能把鉆場設(shè)計與計算機緊密結(jié)合；鉆場鉆孔求值參數(shù)多，求值方法多，但卻未選擇最優(yōu)求值參數(shù)，導致設(shè)計鉆孔參數(shù)不夠精確。筆者針對以上情況以預抽石門揭煤鉆孔為例闡述了鉆孔最小控制范圍和最少最優(yōu)求值參數(shù)，以便精確、方便、快捷的設(shè)計鉆場鉆孔。

1、鉆孔最小控制范圍解析

《2009最新版防突細則》第四十九條（四）：預抽石門揭煤鉆孔的最小控制范圍是：石門和立井、斜井揭煤處巷道輪廓線外12m（急傾斜煤層底部或下幫6m），同時還應(yīng)保證控制范圍的外邊緣到巷道輪廓線的最小距離不小于5m。

據(jù)以上規(guī)定可知石門揭煤鉆孔最小控制范圍為兩個充分必要條件，即：煤層傾角β＜45°時，最小控制范圍需滿足上、下幫巷道輪廓線外傾向12m和法向5m，左、右兩幫法向5m；β≥45°時，最小控制范圍需滿足上幫巷道輪廓線外傾向12m和法向5m，下幫巷道輪廓線外傾向6m和法向5m，左右兩幫法向5m。

根據(jù)煤層空間位置關(guān)系可知：sinβ=法向控制范圍/傾向控制范圍，煤層傾角β越小，法向5m所控制的傾向范圍越大。經(jīng)分析石門揭煤鉆孔最小控制范圍如圖表1所示。（注：asin(5/12)=24.6°,asin(5/6)=56.4°）

表1石門揭煤鉆孔最小控制范圍

煤層傾角范圍

上幫

輪廓線外

下幫

輪廓線外

左、右兩幫

輪廓線外

β≤24.6°

法向5m

法向5m

法向5m

24.6°＜β≤56.4°

傾向12m

法向5m

法向5m

β＞56.4°

傾向12m

傾向6m

法向5m

2、鉆場情況及鉆場設(shè)計

煤層厚2m，傾角β=30°；石門揭煤巷道高3m，寬5m，方位α0=195°。據(jù)《2009最新版防突細則》及表1設(shè)計石門揭煤鉆場如圖1。（為視圖清晰，抽采半徑假定為5m）

圖1預抽石門揭煤鉆場設(shè)計圖

3、最少求值參數(shù)

以28號鉆孔為例，預抽鉆孔立體及簡化圖如圖2所示。線EC為28號鉆孔線，面ABCD為水平投影面，線AC為鉆孔水平投影線，面ADHE為鉆孔鉛垂剖面，線ED為鉆孔鉛垂剖面線；α偏28鉆孔方位偏角，θ為鉆孔傾角，H為穿煤孔深等鉆孔參數(shù)。

圖2預抽鉆孔立體及簡化圖

由圖1中鉆場設(shè)計剖面圖，直角三角形AED除直角外有5個參數(shù)（三角形的3角3邊）均可用CAD量出；由圖1中鉆場設(shè)計平面圖，直角三角形ADC除直角外有5個參數(shù)均可用CAD量出。直角三角形ADC與AED有一條公共邊AD，所以兩三角形一共有9個參數(shù)，且均可量出，但量取參數(shù)是繁瑣的重復過程，為此需確定最少的參數(shù)并準確的求取所需的鉆孔參數(shù)。

如圖2中28號孔空間立體簡化圖，經(jīng)分析：需求解α偏28、θ28和H28必須求解四面體ACDE，而把直角三角形AED和ADC解出，四面體ACDE即解出。直角三角形已知2個參數(shù)（除直角外）即可求解，求解兩個直角三角形需4個參數(shù)，因為直角三角形AED與ADC有一條公共邊，所以求解這兩個直角三角形僅需3個參數(shù)，且直角三角形AED與ADC各需至少一個參數(shù)（公共邊AD除外），即求解鉆孔α偏28、θ和H參數(shù)僅需3個參數(shù)。

4、最少求值參數(shù)種類

經(jīng)上分析：已知求解參數(shù)有9個，為計算鉆孔參數(shù)方便快捷僅需3個求解參數(shù)即可，直角三角形AED與ADC各需至少一個參數(shù)（公共邊AD除外），即一個三角形2個參數(shù)，另一個三角形1個參數(shù)（不包括公共邊）。

無公共邊最少求值參數(shù)種類：（C42-C22）×C41×C21

有公共邊最少求值參數(shù)種類：C41×C41

最少求值參數(shù)種類：（C42-C22）×C41×C21+C41×C41=56(種)

5、最優(yōu)求值參數(shù)

已知求解參數(shù)有9個：包括4個角度，5條邊。

結(jié)合圖1與圖2分析：

1）、方位偏角α偏可直接量出但每個鉆孔的偏角不一，且量取角度誤差較大；

2）、每個鉆孔的AC與DE不一，需一一量出；

3）、1、5……25號孔，2、6……26號孔，3、7……27號孔和4、8……28號孔的X(CD)各均相同；

4）、1-4號孔、5-8號孔、9-12號孔、13-16號孔、17-20號孔、21-24號孔和25-28號孔的Y（AD）和Z(AE)各均相同。

綜上所述：X、Y和Z為最優(yōu)求值參數(shù)。

6、最優(yōu)求值參數(shù)驗證

根據(jù)圖1，在CAD中量得X、Y、Z和見煤Y’輸入Eecel中，據(jù)圖2分析可得右邊公式并輸入Excel中可精確、方便、快捷求得穿煤深度H、傾角θ、方位偏角α偏、方位角α、鉆孔深[度h和見煤深度h’，見表2。