優(yōu)化超前鉆孔布置實現(xiàn)安順煤礦煤巷快速掘進

摘 要：超前鉆孔是目前國內(nèi)外使用比較廣泛和比較有效的一種煤巷掘進局部防突措施。文章優(yōu)化超前鉆孔布置參數(shù)，通過ANSYS驗證優(yōu)化后瓦斯抽放效果，實現(xiàn)安順煤礦煤巷快速掘進，也為煤與瓦斯突出礦井的煤巷掘進提供了一定的借鑒作用。

關鍵詞：煤巷掘進；超前鉆孔；ANSYS軟件

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.081

1 問題提出

安順煤礦9103運輸巷掘進面位于瓦斯含量較高的大洞口井田區(qū)域，在煤巷掘進過程中，瓦斯突出危險性極大，因此采用超前鉆孔抽放瓦斯。但現(xiàn)場鉆孔掘進工程量較大，瓦斯排放等待放時間長，嚴重影響煤巷掘進速度，影響礦井采煤和掘進正常接替和礦井的安全生產(chǎn)。通過優(yōu)化鉆孔布置，找到一種適用于該區(qū)域煤巷掘進的超前鉆孔參數(shù)迫在眉睫。

2 超前鉆孔防突技術(shù)措施

（1）鉆孔優(yōu)化前的布置。9103運輸巷掘進工作面的超前鉆孔布置參數(shù)是參照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》進行設計。具體參數(shù)如下：鉆孔的孔徑為75 mm，孔深為6m，鉆孔超前掘進工作面的距離大于5m。9103運輸巷掘進工作面布置3排共計15個鉆孔，如圖1所示。

（2）鉆孔優(yōu)化后的布置。鉆孔采用如圖1所示的矩形布置方式，瓦斯釋放時間較長，后續(xù)工序等待時間較長，影響工作面掘進速度。根據(jù)相關資料，在鉆孔數(shù)量一致的情況下，鉆孔的三角形排列比矩形排列具有很大的優(yōu)勢。所以，設計改矩形鉆孔排列為三角形鉆孔排列，9103運輸巷掘進工作面布置3排共計14個鉆孔，優(yōu)化后的超前鉆孔布置如圖2所示。

3 模型建立

本文選用大型通用有限元軟件ANSYS對優(yōu)化前后的超前鉆孔進行瓦斯排放效果比較。ANSYS軟件是美國ANSYS研究開發(fā)，集分析電場、磁場、聲場、結(jié)構(gòu)、流體于一體的有限元分析軟件。假設 9103工作面煤層是各向同性和連續(xù)的，并且為水平分布，煤體中的斷層、裂隙暫不考慮。采用有限元軟件ANSYS分析比較優(yōu)化前后超前鉆孔瓦斯抽放效果比有限差分元FLAC3D具有更大的優(yōu)越性。掘進面瓦斯參數(shù)見表1。

在使用ANSYS軟件進行數(shù)值模擬時，以巷道中心線為對稱軸，取超前鉆孔底部的一半作為研究對象，設定相同瓦斯壓力的情況下，采用智能網(wǎng)格劃分四邊形單元，模擬重點是考察抽放鉆孔對孔隙壓力的影響。

4 模擬結(jié)果

可以從圖4中看出，在采用相同直徑的鉆孔條件下，優(yōu)化鉆孔排列方式，可以得到優(yōu)化后的超前鉆孔瓦斯抽放效果比優(yōu)化前的效果好，即在相同的時間內(nèi)，巷道的瓦斯涌出量大大增加，減少瓦斯抽放時間。

5 結(jié)語

在9103運輸巷掘進面檢驗三角排列超前鉆孔的瓦斯抽放效果，得到在掘進工作面的巷道，瓦斯涌出量增加，后續(xù)工序等待超前鉆孔抽放瓦斯的時間減少。這是由于優(yōu)化后超前鉆孔的實施，使瓦斯得到充分的釋放的緣故。優(yōu)化了鉆孔的布置參數(shù)，在保證礦井的安全生產(chǎn)的前提下，減少了超前鉆孔的掘進工作量，提高了掘進速度，實現(xiàn)了突出煤層煤巷快速掘進。

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作者簡介：余進江（1987-），男，貴州畢節(jié)人，碩士，助教，研究方向：礦業(yè)工程、巖土工程、結(jié)構(gòu)工程。endprint