預(yù)抽鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)及論證

1、預(yù)抽鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)及論證    論文關(guān)鍵字：防突措施揭煤鉆場(chǎng)鉆孔設(shè)計(jì)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(yù)防為主，綜合治理”的生產(chǎn)方針，鉆孔的應(yīng)用越來(lái)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(yù)抽鉆孔，每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)上百鉆孔。為使繁瑣的鉆場(chǎng)鉆孔設(shè)計(jì)精確、方便、快捷，筆者根據(jù)2009最新版防突細(xì)則解析了穿層鉆孔預(yù)抽石門(mén)揭煤鉆孔最小控制范圍；分析確定了最少（3個(gè)）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(duì)其驗(yàn)證；以穿層鉆孔預(yù)抽石門(mén)揭煤區(qū)域煤層瓦斯區(qū)域防突措施鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)闡述驗(yàn)證。 引言 2009最新版防突細(xì)則第四十九條中預(yù)

2、抽石門(mén)揭煤鉆孔的最小控制范圍為兩個(gè)必要條件，意思不夠直接明確；鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)繁瑣，且大部分鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)工作者未能把鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合；鉆場(chǎng)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(dǎo)致設(shè)計(jì)鉆孔參數(shù)不夠精確。筆者針對(duì)以上情況以預(yù)抽石門(mén)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(jì)鉆場(chǎng)鉆孔。 1、鉆孔最小控制范圍解析 2009最新版防突細(xì)則第四十九條（四）：預(yù)抽石門(mén)揭煤鉆孔的最小控制范圍是：石門(mén)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(shí)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(mén)揭煤鉆孔最小控制范

3、圍為兩個(gè)充分必要條件，即：煤層傾角45°時(shí)，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；45°時(shí)，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：sin=法向控制范圍/傾向控制范圍，煤層傾角越小，法向5m所控制的傾向范圍越大。經(jīng)分析石門(mén)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

4、門(mén)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24.6°法向5m法向5m法向5m24.6°56.4°傾向12m法向5m法向5m56.4°傾向12m傾向6m法向5m    2、鉆場(chǎng)情況及鉆場(chǎng)設(shè)計(jì) 煤層厚2m，傾角=30°；石門(mén)揭煤巷道高3m，寬5m，方位0=195°。據(jù)2009最新版防突細(xì)則及表1設(shè)計(jì)石門(mén)揭煤鉆場(chǎng)如圖1。（為視圖清晰，抽采半徑假定為5m）         圖1預(yù)抽石門(mén)揭煤

5、鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)圖 3、最少求值參數(shù) 以28號(hào)鉆孔為例，預(yù)抽鉆孔立體及簡(jiǎn)化圖如圖2所示。線EC為28號(hào)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；偏28鉆孔方位偏角，為鉆孔傾角，H為穿煤孔深等鉆孔參數(shù)。   圖2 預(yù)抽鉆孔立體及簡(jiǎn)化圖 由圖1中鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)剖面圖，直角三角形AED除直角外有5個(gè)參數(shù)（三角形的3角3邊）均可用CAD量出；由圖1中鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)平面圖，直角三角形ADC除直角外有5個(gè)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個(gè)參數(shù)，且均可量出，但量取參數(shù)是繁瑣的重復(fù)過(guò)程，

6、為此需確定最少的參數(shù)并準(zhǔn)確的求取所需的鉆孔參數(shù)。 如圖2中28號(hào)孔空間立體簡(jiǎn)化圖，經(jīng)分析：需求解偏28、28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(gè)參數(shù)（除直角外）即可求解，求解兩個(gè)直角三角形需4個(gè)參數(shù)，因?yàn)橹苯侨切蜛ED與ADC有一條公共邊，所以求解這兩個(gè)直角三角形僅需3個(gè)參數(shù)，且直角三角形AED與ADC各需至少一個(gè)參數(shù)（公共邊AD除外），即求解鉆孔偏28、和H參數(shù)僅需3個(gè)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(gè)，為計(jì)算鉆孔參數(shù)方便快捷僅需3個(gè)求解參數(shù)即可，直角三角形AED與ADC各需至少一個(gè)參數(shù)（公共邊A

7、D除外），即一個(gè)三角形2個(gè)參數(shù)，另一個(gè)三角形1個(gè)參數(shù)（不包括公共邊）。 無(wú)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(gè)：包括4個(gè)角度，5條邊。 結(jié)合圖1與圖2分析： 1）、方位偏角偏可直接量出但每個(gè)鉆孔的偏角不一，且量取角度誤差較大； 2）、每個(gè)鉆孔的AC與DE不一，需一一量出； 3）、1、525號(hào)孔，2、626號(hào)孔，3、727號(hào)孔和4、

8、828號(hào)孔的X (CD)各均相同； 4）、1-4號(hào)孔、5-8號(hào)孔、9-12號(hào)孔、13-16號(hào)孔、17-20號(hào)孔、21-24號(hào)孔和25-28號(hào)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(yàn)證 根據(jù)圖1，在CAD中量得X、Y、Z和見(jiàn)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、方位偏角偏、方位角、鉆孔深度h和見(jiàn)煤深度h，見(jiàn)表2。 H=   =atan   偏=atan   =偏+195° h=H+0.5m h=Y

9、15;H÷Y 參考文獻(xiàn) 1、2009最新版防突細(xì)則 2、立體幾何 3、概率論 表2 鉆孔求值參數(shù)及參數(shù)計(jì)算表 鉆孔編號(hào)1234567X（m）6.75 2.25 -2.25 -6.25 6.75 2.25 -2.25 Y（m）33.58 33.58 33.58 33.58 29.25 29.25 29.25 Z（m）6.60 6.60 6.60 6.60 4.50 4.50 4.50 Y（m）27.52 27.52 27.52 27.52 23.81 23.81 23.81 方位偏角偏(°)11.37 3.84 -3.84 -10.55 13.00 4.40 -4.

10、40 方位角(°)206.37 198.84 191.16 184.45 208.00 199.40 190.60 傾角(°)10.91 11.10 11.10 10.94 8.53 8.73 8.73 穿煤H(m)34.88 34.30 34.30 34.79 30.35 29.68 29.68 孔深h(m)35.38 34.80 34.80 35.29 30.85 30.18 30.18 見(jiàn)煤h'(m)28.59 28.11 28.11 28.51 24.71 24.16 24.16 鉆孔編號(hào)891011121314X（m）-6.25 6.75 2.25 -2.

11、25 -6.25 6.75 2.25 Y（m）29.25 25.41 25.41 25.41 25.41 20.59 20.59 Z（m）4.50 2.40 2.40 2.40 2.40 0.30 0.30 Y（m）23.81 20.12 20.12 20.12 20.12 16.49 16.49 方位偏角偏(°)-12.07 14.88 5.06 -5.06 -13.83 18.16 6.24 方位角(°)182.93 209.88 200.06 189.94 181.17 213.16 201.24 傾角(°)8.56 5.22 5.38 5.38 5.24

12、0.79 0.83 穿煤H(m)30.25 26.40 25.62 25.62 26.28 21.67 20.71 孔深h(m)30.75 26.90 26.12 26.12 26.78 22.17 21.21 見(jiàn)煤h'(m)24.62 20.90 20.29 20.29 20.81 17.36 16.59 鉆孔編號(hào)15 16 17 18 19 20 21 X（m）-2.25-6.256.75 2.25 -2.25-6.256.75 Y（m）20.59 20.59 16.26 16.26 16.26 16.26 11.93 Z（m）0.30 0.30 -1.80-1.80-1.80-1

13、.803.90Y（m）16.49 16.49 12.91 12.91 12.91 12.91 9.34 方位偏角偏(°)-6.24-16.8922.56 7.88 -7.88-21.0429.52 方位角(°)188.76 178.11 217.56 202.88 187.12 173.96 224.52 傾角(°)0.83 0.80 -5.84-6.26-6.26-5.90-15.89穿煤H(m)20.71 21.52 17.70 16.51 16.51 17.51 14.25 孔深h(m)21.21 22.02 18.20 17.01 17.01 18.01

14、14.75 見(jiàn)煤h'(m)16.59 17.23 14.05 13.11 13.11 13.90 11.16 鉆孔編號(hào)22 23 24 25 26 27 28 X（m）2.25 -2.25-6.256.75 2.25 -2.25-6.25Y（m）11.93 11.93 11.93 7.60 7.60 7.60 7.60 Z（m）-3.90-3.90-3.90-5.99-5.99-5.99-5.99Y（m）9.34 9.34 9.34 5.92 5.92 5.92 5.92 方位偏角偏(°)10.69 -10.69-27.6641.63 16.50 -16.50-39.45方位角(°)205.69 184.31 167.34 236.63 211.50 178.50 155.55 傾角(°)-17.82-17.82-16.16)-30.53)-37.10)-37.10-31.35穿煤H(m)12.75 12.75 1