淺談?lì)A(yù)抽鉆孔優(yōu)化設(shè)計(jì)及論證

1、淺談?lì)A(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(lèi)（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

2、中預(yù)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(xiàn)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(xiàn)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

3、制范圍為兩個(gè)充分必要條件，即：煤層傾角45°時(shí)，最小控制范圍需滿(mǎn)足上、下幫巷道輪廓線(xiàn)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(mǎn)足上幫巷道輪廓線(xiàn)外傾向12m 和法向5m，下幫巷道輪廓線(xiàn)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 

4、;石門(mén)揭煤鉆孔最小控制范圍     煤層傾角范圍    上幫 輪廓線(xiàn)外    下幫 輪廓線(xiàn)外    左、右兩幫 輪廓線(xiàn)外    24.6°    法向5m    法向5m    法向5m    24.6°56.4

5、6;    傾向12m    法向5m    法向5m    56.4°    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

6、視圖清晰，抽采半徑假定為5m）         圖1預(yù)抽石門(mén)揭煤鉆場(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(xiàn)ec為28號(hào)鉆孔線(xiàn)，面abcd為水平投影面，線(xiàn)ac為鉆孔水平投影線(xiàn)，面adhe為鉆孔鉛垂剖面，線(xiàn)ed為鉆孔鉛垂剖面線(xiàn)；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

7、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?xún)扇切我还灿袀€(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，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切蝍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

8、、最少求值參數(shù)種類(lèi) 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ad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(lèi)：（c42- c22）×c41×c21 有公共邊最少求值參數(shù)種類(lèi)：c41×c41 最少求值參數(shù)種類(lèi)：（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

9、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、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= 

10、;  =atan   偏=atan   =偏+195° h=h+0.5m h=y×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)    1    2    3    4    5 

11、60;  6    7    x（m）    6.75    2.25    -2.25    -6.25    6.75    2.25    -2.25    y（m）

12、0;   33.58    33.58    33.58    33.58    29.25    29.25    29.25    z（m）    6.60    6.60   

13、; 6.60    6.60    4.50    4.50    4.50    y（m）    27.52    27.52    27.52    27.52    23.81

14、0;   23.81    23.81    方位偏角偏(°)    11.37    3.84    -3.84    -10.55    13.00    4.40    -4.40 &

15、#160;  方位角(°)    206.37    198.84    191.16    184.45    208.00    199.40    190.60    傾角(°)    10.9

16、1    11.10    11.10    10.94    8.53    8.73    8.73    穿煤h(m)    34.88    34.30    34.30  

17、;  34.79    30.35    29.68    29.68    孔深h(m)    35.38    34.80    34.80    35.29    30.85   &#

18、160;30.18    30.18    見(jiàn)煤h'(m)    28.59    28.11    28.11    28.51    24.71    24.16    24.16    

19、鉆孔編號(hào)    8    9    10    11    12    13    14    x（m）    -6.25    6.75    2.25

20、60;   -2.25    -6.25    6.75    2.25    y（m）    29.25    25.41    25.41    25.41    25.41  

21、0; 20.59    20.59    z（m）    4.50    2.40    2.40    2.40    2.40    0.30    0.30    y（m） 

22、   23.81    20.12    20.12    20.12    20.12    16.49    16.49    方位偏角偏(°)    -12.07    14.88 &

23、#160;  5.06    -5.06    -13.83    18.16    6.24    方位角(°)    182.93    209.88    200.06    189.94 &#

24、160;  181.17    213.16    201.24    傾角(°)    8.56    5.22    5.38    5.38    5.24    0.79  

25、0; 0.83    穿煤h(m)    30.25    26.40    25.62    25.62    26.28    21.67    20.71    孔深h(m)    3

26、0.75    26.90    26.12    26.12    26.78    22.17    21.21    見(jiàn)煤h'(m)    24.62    20.90    20.29

27、    20.29    20.81    17.36    16.59    鉆孔編號(hào)    15    16    17    18    19    20

28、    21    x（m）    -2.25    -6.25    6.75    2.25    -2.25    -6.25    6.75    y（m）   

29、 20.59    20.59    16.26    16.26    16.26    16.26    11.93    z（m）    0.30    0.30    -1.80&#

30、160;   -1.80    -1.80    -1.80    3.90    y（m）    16.49    16.49    12.91    12.91    12.91  &#

31、160; 12.91    9.34    方位偏角偏(°)    -6.24    -16.89    22.56    7.88    -7.88    -21.04    29.52  

32、0; 方位角(°)    188.76    178.11    217.56    202.88    187.12    173.96    224.52    傾角(°)    0.83 

33、60;  0.80    -5.84    -6.26    -6.26    -5.90    -15.89    穿煤h(m)    20.71    21.52    17.70   

34、 16.51    16.51    17.51    14.25    孔深h(m)    21.21    22.02    18.20    17.01    17.01    18.

35、01    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)

36、60;   22    23    24    25    26    27    28    x（m）    2.25    -2.25    -6.25 &

37、#160;  6.75    2.25    -2.25    -6.25    y（m）    11.93    11.93    11.93    7.60    7.60   

38、0;7.60    7.60    z（m）    -3.90    -3.90    -3.90    -5.99    -5.99    -5.99    -5.99    y（m） &

39、#160;  9.34    9.34    9.34    5.92    5.92    5.92    5.92    方位偏角偏(°)    10.69    -10.69    -27.66    41