0 引 言

在煤矿开采中的U型通风方式下，上隅角是瓦斯积聚的常见地点，瓦斯体积分数超限严重威胁着矿井的安全生产[1]。随着定向长钻孔成孔技术的发展，顶板高位定向水平钻孔已经成为抽采顶板卸压瓦斯的一种新方法[2-4]。高位钻孔可以在一定程度上代替顶板高抽巷，截抽上邻近层卸压瓦斯，起到阻止卸压瓦斯向采空区运移和降低工作面回风巷与上隅角瓦斯体积分数的作用[5-7]。国内外众多学者分别从多孔介质渗透系数、采空区瓦斯渗流和运移规律等方面进行了研究，也得到了高位钻孔抽采瓦斯的众多成果[8-10]。如韩佩博[11]，撒占友等[12]，李树刚等[13]，郝天轩等[14]，芦倩[15]利用数值模拟软件对采空区瓦斯流动等进行了研究。

王家岭煤矿是典型的低瓦斯煤层高强度开采引起的高瓦斯矿井。工作面采用U型通风，由于工作面产量高，瓦斯集中涌出，使上隅角瓦斯体积分数偏高，存在上隅角瓦斯体积分数超限的风险。为此，王家岭煤矿实施了高位定向水平钻孔抽采顶板卸压瓦斯措施。本文为了研究布孔参数与抽采效果的关系，现场考察了不同参数钻孔的抽采效果，提出了合理的布孔参数。

1 试验工作面概况

12318工作面对应地面标高906～1 176 m，对应井下标高515～598 m，工作面走向长度3 476.8 m，倾向长310 m，煤层厚6.15～6.85 m，平均厚度6.33 m，煤层相对瓦斯涌出量4.23～4.4 m3/t，工作面绝对瓦斯涌出量5.09 m3/min。煤层顶板大部分为泥岩和粉砂岩，其基本顶为一层中-细粒砂岩，底板大部分为粉砂岩和泥岩，个别钻孔为细粒砂岩和石英砂岩。工作面煤层倾角-2°～6°，平均2°。

12318工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤开采，采高3.1 m，放顶煤高度3.23 m，采放比1∶1.04，循环进度和放煤步距均为0.85 m，采用自然垮落法管理采空区顶板。

本科生导师制的建立是高校本科生教育综合改造的重要内容，这对于具有应用性、理论性、综合性特质的公共管理学科意义尤为重大。立足于公共管理学科发展与人才培养的内在要求，从时间点的选择开始，到导师的确定方式，再到考核与激励机制的设计，只有全面系统地思索本科生导师制的建立，方能保证该制度的可持续性。

为了研究钻孔垂直层距对抽采效果的影响，选择各钻场水平错距相近、垂直层距大小不同的钻孔，对其抽采瓦斯纯量进行分析。所选择钻孔的垂直层距、水平错距如表3所示。其中A组为6-3号钻孔和4-1号钻孔，水平错距为37～38 m，其余为B组钻孔，水平错距为28～30 m。各钻孔抽采瓦斯纯流量如图2所示。

2 顶板高位钻孔参数

2.1 “竖三带”理论及其数值计算

采空区冒落带和裂隙带的高度与煤层开采厚度、煤层倾角、采空区顶板管理方法、上覆岩层岩性等因素密切相关。根据《王家岭矿厚煤层综放开采覆岩活动规律研究与应用》[16]，工作面直接顶为中-细砂岩，其抗压强度85.99～88.31 MPa，平均87.21 MPa；下部为厚3.43 m的泥岩，其抗压强度26.19～27.69 MPa，平均26.97 MPa。根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》[17]，顶板冒落带和裂隙带高度按坚硬岩层(单轴抗压强度40～80 MPa)计算，

 

(1)

177＊＊＊＊8072：啊啊啊！求上墙！借楼表白王靖淞的反义词，王靖淞你个笨蛋，我早看你不顺眼了！居然还有人说我喜欢你，哼！

(2)

式中：HK为冒落带的高度，m；Hli为裂隙带高度，m；M为煤层开采的厚度，m，取平均厚度6.33 m。

经计算，冒落带高度Hk为19.11～24.10 m，裂隙带高度Hli为57.06～74.86 m，裂隙带宽度为24.0～57.06 m。因此，建议王家岭煤矿顶板高位钻孔布置在顶板裂隙带中下部25～45 m段内。

2.2 高位定向钻孔参数

调查结果显示，有14%的学生认为课程内容一般；4%的学生认为课程有少部分的前沿知识；而55%的学生认为课程内容较陈旧。虽然有些课程加强了学生关于职业教育以及教育学的理论基础，但是关于社会前沿性知识还相对缺乏，没能做到持续更新，学生在学习过程中容易感到枯燥。

表1中，1号、2号钻场位于靠近工作面的最前端，为了加强初采期间的瓦斯抽采，这两个钻场同时施工了高位定向钻孔和倾斜走向高位钻孔，且大部分时间为同时抽采，因此，1号、2号钻场的抽采效果为高位钻孔与倾斜钻孔的共同抽采效果。

 

表1 各钻场钻孔参数

 

Tab.1 Parameters of the boreholes in different drilling fields

  

钻场-钻孔编号垂直层距/m水平错距/m钻场-钻孔编号垂直层距/m水平错距/m1-113.611.95-137.043.01-212.34.25-230.037.02-134.238.45-318.031.02-228.930.35-447.041.02-319.118.26-139.061.03-127.129.26-235.053.03-213.022.06-330.037.03-314.721.76-429.033.03-47.56.47-141.061.04-145.038.07-235.050.04-236.030.07-330.040.04-331.338.07-426.028.04-49.05.0

从表1可看出，这些钻孔可分为2类：一类是垂直层距较小的钻孔，位于冒落带内；另一类是垂直层距较大的钻孔，位于裂隙带中。设置位于冒落带的钻孔是为了靠近上隅角采空区，并直接影响其附近瓦斯流场；位于裂隙带中的钻孔是为了抽采上邻近层和采空区卸压后涌入裂隙带的瓦斯，最大限度地抑制瓦斯向工作面和采空区运移。

3 高位定向钻孔抽采效果

3.1 钻场各钻孔抽采体积分数分析

工作面开采期间，不同参数的钻孔抽采瓦斯体积分数随时间的变化关系如图1所示。

 

从图1可以看出，各钻孔的瓦斯抽采体积分数均随着钻孔垂直层距的增加而增大。图1(a)和(b)中瓦斯抽采体积分数曲线明显分为高低两个区域，垂直层距小于25 m的钻孔均位于低体积分数区域(其中3-2号、3-3号钻孔有一段位于高体积分数区，原因是这段时间内存在严重的塌孔现象，随着工作面推进，过塌孔段后钻孔再次贯通，抽采体积分数便迅速降下来)。

BOTDR是布里渊散射光时域反射测量技术(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry)的缩写，是一种分布式应变监测技术，属于滑坡地表位移测线型监测技术。其基本原理是利用光纤中的自然布里渊散射光的频移变化量与光纤所受的轴向应变和温度的线性关系，得到光纤的轴向应变，进而求出轴向位移[21]，根据BOTDR接收到的布里渊散射光频率，即可完成光纤上各点的定位和测量。布里渊散射光频率的漂移量与光纤的轴向应变和温度的关系与可用下式表示：

在各钻场中，3号、6号和7号钻场最大垂直层距钻孔瓦斯抽采瓦斯体积分数分别是最小垂直层距钻孔的7.26，3.84，3.13倍，说明钻孔垂直层距对抽采效果影响很大。

在各个钻场中，不同层位的钻孔抽采效果存在较大的差异。钻孔垂直层距越大，其抽采瓦斯纯量占该钻场抽采总量的比例越高，垂直层距越小占比越小。各钻孔瓦斯抽采纯量占钻场瓦斯抽采总量的比例如表2所示。

3.2 钻孔瓦斯纯流量占钻场总抽采量比例分析

当然，仅靠钻孔瓦斯体积分数还不足以准确反映抽采效果，还需对各钻孔抽采瓦斯纯流量进行深入分析。

平面阻尼型欠驱动夹持器各结构参数的含义及初始值如表1所示。其中，为了使杆5在两点夹持状态时于任意时刻均保持垂直状态，需满足：l0=l3，l4=lr，γ=90°+β。因四边形ACDE是平行四边形，根据几何关系，l2可由其余结构参数确定，如式(4)所示：

 

表2 各钻孔抽采瓦斯纯流量比例

 

Tab.2 Percentage of drainage pure gas flow values from boreholes

  

3号钻场 6号钻场 7号钻场 钻孔占比/%钻孔占比/%钻孔占比/%3-168.87 6-136.47 7-139.50 3-216.82 6-234.48 7-235.50 3-37.44 6-314.42 7-311.84 3-46.87 6-414.63 7-413.16

由表2可以看出，钻场中位于高层位的2个钻孔的抽采瓦斯流量占钻场总抽采量的70%以上。

引水管道全线为重力流，结合末端净化厂高程、高层住宅和消防要求等因素，蓄水池需兼做净化厂清水池，尽可能减少居民建筑物二次加压和运行费用，受水区最高水位按照1 490 m考虑。为满足以上要求，新建蓄水池内设计水位保持在1 500 m左右，可以保证下游管道水流进入自来水管网有足够的压力完成以上功能，实现下游控制区域不加压。

3.3 抽采瓦斯纯量与钻孔垂直层距的关系

12318工作面回风巷每隔600 m施工一组高位定向水平钻孔，每组布置钻孔3～4个，垂直层距(钻孔孔底距煤层顶板距离)7.54～45 m，钻孔位于冒落带和裂隙带中；水平错距(钻孔孔底距回风巷巷帮水平投影距离)4.23～61.0 m。

 

表3 水平错距相近的钻孔参数

 

Tab.3 Borehole parameters whit similar horizon offset distance from return airway

  

考察分组钻场-钻孔编号终孔水平错距/m终孔垂直层距/mA6-34-137383045B7-43-14-2282930262736

（3）在将电缆支架与桥架进行接地处理时，首先需要对电缆的终端进行处理，并同时固定好电缆，然后选择能够弯曲半径的电缆设备进行施工。为保障电缆施工的安全性，在进行电缆施工时，需要树立相应的警示牌，以使得施工工作能够正常进行开展。

3.4 抽采瓦斯纯量与钻孔水平错距的关系

选择垂直层距相近、水平错距不同的两组钻孔，对水平错距与抽采效果的关系进行分析。钻孔的水平错距、垂直层距参数如表3-4所示，抽采瓦斯纯流量如图3所示。

由图3可以看出，垂直层距相近的情况下，抽采效果随着水平错距的增大而变差，即水平错距越小抽采效果越好。

由图2可以看出，水平错距相同时垂直层距越大抽采效果越好。在考察的钻孔中，6-3号和7-4号钻孔垂直层距在各组中最低，其抽采效果明显比其他钻孔差，原因除了其垂直层距接近冒落带高度25 m外，还与顶板局部差异、抽采参数差异等有关。

 

  

表4 垂直层距相近的钻孔参数

 

Tab.4 Borehole parameters whit similar vertical distances

  

考察分组钻场-钻孔编号终孔垂直层距/m终孔水平错距/mA4-27-26-2363535305053B4-36-37-3313030253740

因此，现场布置高位钻孔时，水平错距不宜过大。

4 钻孔参数对上隅角瓦斯体积分数的影响

高位定向水平钻孔抽采的目的是防止上隅角瓦斯体积分数超限，仅凭钻孔瓦斯抽采效果还很难确定对上隅角瓦斯体积分数的防治效果。本文选择1号，2号，3号，6号，7号钻场瓦斯抽采期间工作面上隅角瓦斯体积分数情况，分析其对上隅角瓦斯体积分数的治理效果。根据各钻场布孔参数可知，1号，2号，3号钻场钻孔垂直层距均较小，一般不超过20 m；6号，7号钻场布孔垂直层距较大，总体在25～41 m间。不同钻场抽采期间生产班的上隅角瓦斯体积分数如图4所示。

本文研究对象为12318工作面，各钻场钻孔参数如表1所示。

目前rGERD的治疗尚无肯定的长期疗效，而导致rGERD治疗失败的原因是多因素的，如患者依从性差、PPI快代谢、抑制胃酸不足、不正确的用药时间、解剖异常、精神心理异常[10，11]，为此各国研究者努力探索安全有效、不良反应少的治疗方法，在药物、内镜和外科手术等方面制定了多种治疗策略，目前各种疗法尚缺乏长期有效有证据。

不难看出，布孔层中垂直层距较小的1号，2号，3号钻场高位钻孔单独抽采期间生产班的上隅角瓦斯体积分数大多数情况比6号，7号的要高。1号和2号，3号，6号，7号钻场独立抽采期间的上隅角平均瓦斯体积分数分别为0.48%，0.54%，0.47%，0.42%。

综合分析可以看出，当布孔垂直层距较小时，钻孔终孔位于顶板冒落带内，或位于冒落带和裂隙带的交界部位，钻孔容易被冒顶切断而失去截抽瓦斯作用，且对工作面上隅角瓦斯防治的效果不明显。

 

5 结 论

(1)同一钻场内，垂直层距较大的钻孔瓦斯抽采效果明显好于较小的钻孔；2个垂直层距大的钻孔抽采的平均瓦斯体积分数是2个垂直层距小的3.13～11.07倍。

(2)同一钻场内，钻孔水平错距越小，瓦斯抽采效果越好，因此，钻孔水平覆盖范围不宜过大。

(3)为了有效提高瓦斯抽采量和降低上隅角瓦斯体积分数，高位钻孔应该布置在裂隙带中下部。

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