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1、第18卷第4期2008年7月黑龙江科技学院学报JournalofHeilo ngjia ngln stituteofScie nce&Tech no logy Vo.l 18No.4July2008文章编号:1671-0118(2008)04-0259-03高位钻孔瓦斯抽放参数的确定侯凤才,张国华(黑龙江科技学院安全工程学院，哈尔滨150027)摘要:为防治煤矿瓦斯灾害和有效 开采瓦斯资源，基于高位钻孔瓦斯抽放理论，在分析采空区顶板覆岩空间垮落规律 及采动裂隙O形圈理论基础上，给出了钻孔有效高度范围的理论计算方法及钻孔 沿倾向的布置范围，得出了钻场间距应小于实际施工的钻孔长度与钻孔重叠
2、区之差 的结论。在现场应用中取得了良好的技术与经济效果。关键词:瓦斯抽放;高位钻孔；O型圈;钻场间距中图分类号:TD712.61文献标识码:ADeterm in ati ono fhigh levelboreholegasdra in ageparametersHOUFe ngcai, ZHANGGuohua (CollegeofSafetyE ngi neeri ng,Heilo ngjia ngln stituteofScie ncean dTech no logy,Harbi n150 027,Chi na)Abstract:Thispaperisa nefforttogivei nsi
3、ghti ntothetheoryofhighlevelboreholegasdra in age ino rdertoachievedualpurposesofpreve nti ngcoalmin egasdisastersa ndexploit in gthegasresourceseffectively.Based on thea nalysisoftherulesgoverinin gcollapseofgoafroofi ntheoverly in gstrataspa tialstructurea ndtheO shapecircletheoryofmi ningin duced
4、fractures,thepaperprese ntsthetheoreticalcalculati onm ethodofboreholeeffective heightscopea ndthearra ngeme ntscopesofboreholesalo ngthete ndency.l tfollowsthatthedrill ingfieldspaci ngshouldbelesstha nthediffere ncebetwee ntheboreholele ngthi npractica Icon struc tionan dtheboreholeoverlapp in gar
5、ea.Thefieldapplicatio ny ieldsgreattechno logicala ndec ono miceffec.tKeywords:gasdrainage;high levelborehole;O shapecircle;drilling fieldspacing0引言高位钻孔瓦斯抽放是沿着工作面回风顺槽，每隔一定的距离斜向预采煤体顶板开掘一个钻场，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大面积积 聚和回风流瓦斯超限问题。收稿日期:2008-06-10基金项目：黑龙江省教育厅基金资
6、助项目（10551275）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1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2。采空 区内的瓦斯由于受瓦斯浮力和通风总260黑龙江科技学院学报第18卷依据生产实际丄c不应小于工作面超前支护距离（20m）与裂隙带滞后采线距离（一般 取510m）之和，即不小于2530m;裂隙带滞后采线距离与回采速度有直接关系，回 采速度快则滞后距离长，回采速度慢则滞后距离短。同时，为确保Lk位于裂隙带范 围，则应确保Lc的远离钻场
7、端位于裂隙带范围，当钻场布置在冒落带上部时应适当 调整钻孔的仰角来确保Lc的远离钻场端位于裂隙带范围，当钻场布置在裂隙带下 部时,则不需考虑此冋题。显然,钻场间距不应大于钻孔的有效长度。当由于地质条件等因素个别钻场在设计 地点无J（k-1）cos法施工时，应减小本钻场与前一钻场的间距（而不应加大钻场间距），以确保本钻场的 钻孔与前一钻场的钻孔的重叠区长度，此时，钻孔总长度可相应减小。1.3钻孔沿倾向布置范围根据文献提出的采动裂隙O形圈理论，O形圈为采空区瓦斯流动和贮存提供了 通道和空间,是采空区瓦斯聚积的地方，因此若要大面积、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O形圈内
8、。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的瓦斯。3，从而使高位钻孔能够抽出高体积分数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：HmvHzvHI,式中:Hm冒落带的高度,m;HI裂隙带的高度，m。冒落带高度为4Hm=式中:M采高,m;k冒落岩石的平均碎胀系数；煤层倾角,()。4裂隙带高度一般采用经验公式：c。aM+b式中a、b、c均为待定常数,可根据煤矿设计规范确Hl=定，见表1 0表1待定常数取值Tablel Takevalueofu ndete
9、rmi nedc on sta nt岩层性质坚硬中硬软弱极软弱a1.21.63.15.0b2.03.65.08.0C8.95.64.03.02实例分析龙煤集团鸡西分公司杏花煤矿23层为该矿主力开采煤层，煤层平均厚度1 9m,平均 倾角10，工作面相对瓦斯涌出量为17 834 6m/,t区域煤层综合柱状图如图1所示。3#注:表中取值适合于单一缓倾斜和倾斜煤层 将式、代入式,得到钻孔有效高度：C。<Hz<(k-1)cos aM+b考虑到钻孔的有效利用及钻场施工的难易程度，钻场应布置在冒落带上部或裂隙带下部。1.2钻孔有效长度及钻场间距 钻孔有效长度取决于钻孔的总长度和重叠区长度，且应确
10、保其位于裂隙带范围。即Lk=Lz-Lc,式中:Lk钻孔有效长度,m;Lz钻孔总长度(取决于现场地质条件与钻机施工能力等因素),m;Lc重叠区长度，即钻孔沿工作面推进方向上的 搭接长度,。图1 23#层区域煤层#Fig.1 23coalbedarea第4期侯凤才，等:高位钻孔瓦斯抽放参数的确定261各采区均采用走向长壁后退式开采，工作面平均长度为150 m。在初期的回采过程 中，工作面平均因瓦斯超限而停产达 35次/d,严重制约着生产能力的正常发挥，为 消除瓦斯超限的影响，杏花煤矿依据以上理论与方法采用高位钻孔技术进行瓦斯抽 放。2.1钻孔有效高度及钻场高度根据23煤层赋存特征，计算过程中M、k
11、、分别取1 9m、1 2、10,待定常数a b、c分别取1 2、2 0、8 9。由此依据式 得到冒落带高度为9 65m;依据式得 到裂隙带高度为44 4 8.9m取下限值时为35 5m。由此确定钻孔有效高度为9 6535 5m。考虑到钻场钻窝的稳定性及易于维护，钻场高度确定为10m（即钻场钻窝位于平均 厚度为5 6m的细砂岩内）。2.2钻孔有效长度及钻场间距根据杏花煤矿23煤层赋存特征及现有的生产条件，钻孔的经济施工能力为 100120m深，由此确定钻孔有效长度为70m左右,进而确定钻场间距为70m,当个 别钻场在设计地点无法施工时，减小本钻场与前一钻场的间距，此时，钻孔总长度相 应减小。2.
12、3钻孔沿倾向布置范围根据采动裂隙O形圈理论及现场实际观测，钻孔沿倾向布置范围确定在距回风顺槽1035m。2.4应用效果杏花煤矿依据以上理论与方法，在各采区23煤层回采工作面应用（图2）以来,效果十 分明显，平均瓦斯抽放率达到55%（局部达65%），因工作面瓦斯超限而造成的停产次 数由原先的35次/d降低到13次/月，大大提高了矿井安全系数，通风能力得到提 高,抗灾能力大幅度增强，有效保证了工作面生产能力的正常发挥。(编辑王冬)#图2杏花煤矿高位钻孔布置Fig.2 Xinghuaminehigh levelboreholefigue3结论(1) 采用高位钻孔瓦斯抽放技术，钻孔有效高度应在 裂隙带
13、范围。(2) 钻孔的有效长度取决于实际钻孔长度和重叠区长度，且应确保其位于裂隙带范 围。钻场间距不应大于钻孔的有效长度。(3) 钻孔沿倾向布置在0形圈范围，而0形圈的理论范围还需根据煤层倾角等具体 地质条件做进一步研究。(4) 文中理论应用于杏花煤矿，取得较好的效果，有推广价值。但应根据地质条件等 各种因素适当调整参数，以期取得最佳效果。参考文献：1 钱鸣高刘听成矿山压力及其控制(修订本)M.北京:煤炭 工业出版社，1991.2 钱鸣高，缪协兴,许家林，等.岩层控制的关键层理论M.徐州:中国矿业大学出版社,2003.3 张子敏，张玉贵.瓦斯地质规律与瓦斯预测M.北京:煤炭工业出版社,2005.4 沈光寒，李白英，吴戈.矿井特殊开采的理论与实践M.北 京:煤炭工业出版社,1992. 钱鸣高，许家林.覆岩采动裂隙分布的O形圈特征研究J.煤炭学报,1998,23(5):466-469.许家林，钱鸣高.岩层采动裂隙分布在绿色开采中的应用J.中国矿业大学学报,2004,33(2):141-144.