優化超前鉆孔布置實現安順煤礦煤巷快速掘進

摘 要：超前鉆孔是目前國內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。文章優化超前鉆孔布置參數，通過ANSYS驗證優化后瓦斯抽放效果，實現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。通過優化鉆孔布置，找到一種適用于該區域煤巷掘進的超前鉆孔參數迫在眉睫。

2 超前鉆孔防突技術措施

（1）鉆孔優化前的布置。9103運輸巷掘進工作面的超前鉆孔布置參數是參照《防治煤與瓦斯突出規定》進行設計。具體參數如下：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，后續工序等待時間較長，影響工作面掘進速度。根據相關資料，在鉆孔數量一致的情況下，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，集分析電場、磁場、聲場、結構、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具有更大的優越性。掘進面瓦斯參數見表1。

在使用ANSYS軟件進行數值模擬時，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 模擬結果

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

5 結語

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，后續工序等待超前鉆孔抽放瓦斯的時間減少。這是由于優化后超前鉆孔的實施，使瓦斯得到充分的釋放的緣故。優化了鉆孔的布置參數，在保證礦井的安全生產的前提下，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，貴州畢節人，碩士，助教，研究方向：礦業工程、巖土工程、結構工程。endprint