1、瓦斯抽采钻孔参数计算方法总结与应用 刘涛 平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司 摘 要： 归纳总结瓦斯抽采钻孔设计程序及方法, 通过结合钻孔平面设计图和剖面设计图对钻孔设计参数的计算方法进行归纳总结, 计算规程中利用 Excel 电子表格对钻孔参数计算进行简化, 并应用在本煤层钻孔、地质前探钻孔、石门揭煤穿层钻孔等设计中。关键词： 钻孔设计; 设计程序及步骤; 钻孔参数计算; Excel; 作者简介：刘涛 (1975-) , 男, 工程师, 现从事煤矿瓦斯治理技术服务工作。收稿日期：2017-09-08Summarization and Application of Calculati
2、on Method of Gas Extraction Drilling ParametersLiu Tao National Engineering Research Center Co., Ltd. of Safety Colliery and Gas Control; Abstract： Based on the design procedure and method of gas drainage drilling, the author summarizes the calculation method of drilling design parameters by combini
3、ng the drilling plane design and the profile design, in which the Excel is used to simplify the drilling parameter calculation and also applied in the designs of coal bed drilling, geological forepole drilling and perforated drilling in uncovering coal in crosscut.Keyword： drilling design; design pr
4、ocedure; calculation of drilling parameter; Excel; Received： 2017-09-08钻孔设计是瓦斯抽采设计中重要环节之一, 钻孔参数设计是钻孔设计的关键部分, 钻孔参数设计的科学性准确性关系瓦斯治理工程的落实及瓦斯治理的效果。钻孔参数计算过程较为复杂繁琐, 尤其是石门揭煤设计中钻孔设计数量多, 每个钻孔控制的范围不同, 因此钻孔的参数也不同, 计算过程中不注意很容易出现计算错误导致钻孔预抽无效。本文分析归纳瓦斯抽采钻孔设计常见的几种类型钻孔设计, 通过分类归纳钻孔设计程序, 然后固定计算公式, 将 Excel 电子表格引入计算过程, 将
5、钻孔参数计算进行了简化, 避免出现参数计算错误, 同时也提高了工作面效率。1 钻孔设计流程及步骤1) 钻孔设计前, 首先收集并确定钻孔设计的基础资料, 包括:矿井相关煤层的瓦斯抽采半径参数, 钻孔所需控制的范围或抽采范围, 钻孔的施工位置等。钻孔设计流程见图 1。2) 依据抽采半径参数, 根据钻孔控制范围, 在 CAD 制图软件上绘制钻孔平面布置图1、钻孔剖面布置图。在绘制好的钻孔平面设计图、剖面设计图上量取各个钻孔的方位角 (夹角) 、平面投影长度及钻孔垂高。钻孔垂高就是钻孔孔口点标高与孔底点标高之差。3) 列出钻孔参数的未知参数, 列钻孔参数计算公式, 主要包括钻孔设计的倾角、深度等所需计
6、算的参数。4) 根据列出的计算公式, 编制 EXCELL 电子表格。将在钻孔设计平面图、剖面图量取的数值逐个填充至设定的电子表格中, 求出钻孔设计参数, 并进行验算, 完成参数设计。图 1 钻孔设计流程 下载原图2 应用实例2.1 三甲煤矿 4501 皮带巷条带预抽顺层钻孔设计(1) 工作面概况41501 工作面开采 M15 煤层, 该煤层鉴定为突出煤层。煤厚平均 1.45 m, 煤层倾角平均 6。工作面设计走向长度 550 m, 面长 165 m。M15 煤直接顶为 0.60 m 的黑色泥岩, 其上为泥质粉砂岩, 底板为泥质细砂岩, 工作面标高+1119 m+1138 m;地面标高+1306
7、 m+1425 m;平均埋深 237.5 m。(2) 钻孔设计依据及基础参数4501 皮带巷区域措施采用顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯措施, 钻孔控制范围为巷道掘进方向 80 m、巷道轮廓线外 15 m。抽采半径按照 1.5 m, 终孔点间距3 m。钻孔施工位置位于掘进开口及两帮钻窝。钻孔施工后联管进行抽采, 在经过一段时间抽采后, 施工区域效果检验钻孔并进行抽采达标评判, 评判合格后, 每 25 m 进行一次区域验证, 验证指标不超, 在采取安全防护的情况下掘进巷道60 m, 预留措施孔超前距 20 m, 然后施工下一轮抽采钻孔。(3) 根据抽采半径及钻孔控制范围在 CAD 制图软件上绘制钻孔
8、平面设计见图2。图 2 顺层钻孔平面设计 下载原图(4) 在钻孔平面设计图上量取钻孔的方位角 (夹角) 、水平投影长度 L1 并列如表 1 所示。表 1 已知钻孔参数 下载原表 表 1 已知钻孔参数 下载原表 (5) 列钻孔参数计算公式已知条件:煤层倾角 , 从绘制的钻孔平面布置图上量取的钻孔方位角 (夹角) 、钻孔水平投影长度 L1。求解钻孔倾角 、钻孔深度 L2。则列如下关系式:求得钻孔倾角 , 已知钻孔水平投影长度 L1, 列得下式:(6) 根据所列钻孔参数计算公式编制 EXCELL 表格 2 并输入计算公式。在 C3 单元格输入=TAN (RADIANS (B3) ) ”;在 E3 单
9、元格输入“=SIN (RADIANS (D3) ) ”;在 E3 单元格输入“=E3*C3”;在 F3 单元格输入“=DEGREES (E3*C3) ”;在H3 单元格输入=G3/COS (E3*C3) 。下方单元格与上方单元格输入的公式相同。(7) 将钻孔相关数据逐个填充至 EXCELL 表格 3 进行计算并验算。表 2 钻孔公式计算表格 下载原表 表 3 顺层钻孔参数计算 下载原表 表 3 顺层钻孔参数计算 下载原表 2.2 沟沟寨煤矿 10601 回风石门揭煤钻孔设计(1) 工作面概述10601 回风巷岩石段自一采区轨道上山拨门, 按 48方位施工, 平巷段施工11.958 m 后起坡按
10、+16倾角掘进约 56 m 揭露 M6 煤层, 起坡点标高 1596.699 m。该区域 M6 煤层赋存较好, 煤层倾角平均 22, 煤厚平均 3 m, 上距地表垂高即埋深 83200 m。根据探明的地质情况, 现回风巷岩石段预计在巷道起坡后掘进 56 m 处揭露 M6煤层, 斜巷上山按照+16坡度掘进, 现斜巷上山自起坡点向前已掘进 10 m, 距 M6 煤层法距 10 m, 并施工了 5 个前探地质钻孔控制层位并探明预揭煤区域前方煤岩层地质情况, 预计斜巷上山自起坡点向前 5671 m 为揭穿 M6 煤层作业段。(2) 前探钻孔设计2a.钻孔控制范围确定及施工位置揭煤巷道距离待揭煤层法距
11、10 m 前在迎头设计施工前探钻孔, 设计施工 5 个前探钻孔, 1 个钻孔控制巷道预掘方向;2 个钻孔分别控制巷道左右两帮;2 个钻孔分别控制巷道顶板、底板。控制范围的确定以地勘报告及现有地质资料为基础, 按石门揭煤控制范围要求并外延 5 m。b.根据钻孔控制范围确定及施工位置在 CAD 制图软件上绘制钻孔设计平面及剖面见图 3。图 3 前探钻孔平面、剖面设计 下载原图图 3 前探钻孔平面、剖面设计 下载原图c.在前探钻孔平面设计图及剖面设计图上量取钻孔方位角 (夹角) 、水平投影长度 L1、钻孔垂高 L2 并列表 4。表 4 前探钻孔已知参数 下载原表 d.列钻孔参数计算公式已知:钻孔方位
12、角 (夹角) , 水平投影长度 L1, 钻孔垂高 L2, 求解钻孔倾角, 钻孔深度 L3。列钻孔参数计算公式:e.根据所列钻孔参数计算公式编制 EXCELL 表格 5 并输入计算公式, 在 E3 单元格输入”=ATAN (C2/D2) ”;在 F3 单元格输入“=DEGREES (E2) ”;在 G3 单元格输入“=SUM (C2/SIN (E2) ) ”;下方单元格与上方单元格输入的公式相同。f.将钻孔相关数据逐个填充至 EXCELL 表格 6 进行计算并验算。表 5 前探钻孔公式表格 下载原表 表 6 前探钻孔设计参数计算 下载原表 (3) 区域预抽揭煤钻孔设计3a.钻孔控制范围确定及施工
13、位置揭煤巷道距离待揭煤层法距 7 m 前在迎头设计施工预抽钻孔, 钻孔控制到巷道轮廓线 12 m 外, 沿煤层层面上下各 12 m 外, 钻孔抽采半径 1.5 m, 终孔间距 3 m。b.在 CAD 制图软件上绘制钻孔剖面设计见图 4、平面设计见图 5。c.在钻孔平面设计图、剖面设计图上量取钻孔方位角 (夹角) 、水平投影长度 L1、钻孔垂高 L2 并列如表 7 所示。图 5 石门揭煤预抽钻孔平面设计 下载原图图 4 石门揭煤预抽钻孔剖面 下载原图表 7 已知区域预抽石门揭煤钻孔参数 下载原表 (4) 列计算公式已知:钻孔方位角 (夹角) , 水平投影长度 L1, 钻孔垂高 L2, 求解钻孔倾
14、角, 钻孔深度 L3。列钻孔参数计算公式:(5) 根据所列钻孔参数计算公式编制 EXCELL 表格 8 并输入计算公式, 在 D2 单元格输入”=ATAN (B2/C2) ”;在 F2 单元格输入“=DEGREES (D2) ”;在 G2 单元格输入“=SUM (C2/COS (D2) ) ”;下方单元格与上方单元格输入的公式相同。将在 CAD 制图软件量取的数值填充入电子表如表 9 所示, 并验算结果。表 8 公式表格 下载原表 表 9 石门揭煤预抽钻孔参数计算 下载原表 表 9 石门揭煤预抽钻孔参数计算 下载原表 3 结语1) 提出并建立一般抽采钻孔设计程序, 通过归纳总结一般常用几类钻孔
15、设计程序, 验证了钻孔设计程序具有设计思路清晰、设计过程简单等特点。2) EXCELL 表格具有存储信息量、公式运算量大优势, 通过建立 EXCELL 表格公式, 输入已知数据, 表格根据设定的公式自动生成钻孔设计参数, 计算结果精确可靠, 简化钻孔参数的计算过程。参考文献1赵训, 解庆雪, 杨晓茹.CAD 制图计算钻孔参数的应用J.煤炭技术, 2011 (6) :117-119. 2姚海亮, 陈亮.石门揭煤预抽瓦斯钻孔设计方法与应用J.煤炭科学技术, 2013 (7) :79-81+117. 3滕广平, 关燕鹤, 张建.石门揭煤数值模拟及钻孔设计J.山西建筑, 2016 (18) :54-55.
