目前诸多矿井采用高效机械化开采，伴随产能和开采深度的逐步加大，矿井采空区瓦斯涌出严重，瓦斯灾害频现，严重威胁并制约着矿井安全高效生产，如何有效治理采空区瓦斯涌出是防治上隅角瓦斯超限的关键[1-3]。当前国内对采空区瓦斯治理主要采取措施有：地面井、专用尾巷、顶板高抽巷、插（埋）管和普通高位钻孔等。然而，地面井、专用尾巷、顶板高抽巷因投资成本高、维护费用高且管理难度大等原因，现场大范围推广应用受到一定限制；插（埋）管抽采存在抽采浓度低，覆盖区域有限，效率低下；普通高位钻孔因轨迹不可控，有效抽采孔段短，且人为影响因素较大，易存在覆盖盲区[4-5]。

党的基层组织是确保党的路线方针政策和决策部署贯彻落实的基础，是党全部工作和战斗力的基础。党的领导在高校能不能有效实现，取决于高校党的组织体系健不健全，党组织和党员的作用发挥好不好，党组织的组织力强不强，归根到底取决于党的建设抓得好不好。

根据表1中红枣的姿态概率可知，红枣在落果聚拢区主要受到重力作用充入落果口，因此红枣主要以“平躺”和“侧卧”的姿态充入落果口，两者的概率之和在0. 85以上。故本文设计了一种易于红枣以“平躺”和“侧卧” 的姿态充入落果端口的仿形伞状集果筒。

近年来，煤矿井下定向钻进技术得到突破和改进，具有轨迹可控、施工成本低、覆盖区域广等特性，使得长距离大孔径定向钻孔在预抽本煤层瓦斯得到大范围广泛应用[6-16]。利用高位定向钻孔抽采采空区瓦斯，通过数值模拟分析寺河矿E5302工作面顶板破坏规律，确定其合理布置参数，并现场试验验证高位定向钻孔抽采效果。

1 顶板高位定向钻孔抽采瓦斯原理

煤层开采过程中上覆岩层会产生竖向的破断裂隙和横向的离层裂隙，采空区竖向上有垮落带、断裂带和弯曲下沉带（简称“三带”），待上覆岩层充分垮落后，采空区横向上会形成煤壁支撑区、离层区和压实区（简称“三区”），即采空区四周在煤壁支撑作用下会形成1个闭合环形采动裂隙“O”型圈，对于高瓦斯矿井，采动裂隙“O”型圈是瓦斯运移的主要通道，同时也易积聚大量游离瓦斯，在采空区漏风及通风负压等作用下，积聚的瓦斯会通过密闭墙或其它裂隙外流，易造成上隅角瓦斯超限，影响工作面安全生产。因此采空区上隅角瓦斯治理需提供引流瓦斯通道，减少采动裂隙“O”型圈积聚的游离瓦斯[1]。

顶板高位定向钻孔可布置在回采面靠近回风侧顶板断裂带中，导通至采动裂隙“O”型圈，高位定向钻孔布置如图1。在回采工作面推进过程中，其始终保持处于采空区断裂带发育范围以内，利用抽采负压作用可源源不断的引流采空区瓦斯，降低采空区瓦斯积聚，解决上隅角瓦斯超限问题。

  

图1 高位定向钻孔布置

2 工作面顶板破坏规律研究

为模拟工作面正常推荐时上覆岩层活动规律，避免边界条件产生约束影响，取工作面推进145 m时上覆岩层的活动规律作为研究对象；考虑高位定向钻孔主要布置在回采面靠近回风侧顶板断裂带中，切片取距回风侧煤壁15、35、55、75 m 4个主要位置，不同位置切片塑性区分布情况如图4。

2.1 工作面概况

2.以人为本、服务为先，是“枫桥经验”创新发展的精神要义。把解决好人民群众最直接最现实的利益问题作为根本出发点和落脚点，紧紧扭住做好群众工作这条主线，关注民情、改善民生、发展民主、维护民安、促进民和，这有力提升了社会结构的韧性和延展性，扩大了社会张力，凝聚了党心，赢得了民心。

寺河矿E5302工作面走向可回采长度1 380 m，工作面长度280 m，煤层厚度平均5.9 m，倾角0°～10°，煤层结构简单，采用走向长壁大采高综合机械化开采，回采面日产量1.2万t；3号煤层直接顶为砂质泥岩，平均厚2.6 m，基本顶为细-中粒砂岩，平均厚7.8 m，直接底为泥岩。工作面布置五巷布置，保护煤柱宽度40 m，采用“三进两回”通风方式，工作面巷道布置及通风方式如图2。经地面井和井下预抽，工作面回采前瓦斯含量在7.5 m3/min以下。

从图4中看出，工作面在正常推进过程中上覆岩层大范围发生剪切破坏，其中工作面位置上覆岩层剪切破坏范围远小于采空区后方上覆岩层破坏范围；直接顶在工作面推进过程中，先发生剪切破坏，随后发生张拉破坏，张拉破坏主要位于工作面后方，15 m切片位置张拉破坏高度约16 m，35 m切片位置张拉破坏高度约28 m，55 m切片位置张拉破坏高度约36 m，75 m切片位置张拉破坏高度约40 m；从不同切片位置塑性区分布状况看，从工作面回风侧至中部，张拉破坏逐步增多，且破坏高度逐渐增加，75 m范围内距回风侧不同位置张拉破坏高度如图5。

  

图2 E5302工作面巷道布置和通风方式示意图

2.2 数值计算模型确定

在工作面风流作用下，采空区瓦斯主要积聚在回风侧顶板断裂带中，顶板高位定向钻孔需布置在断裂带层位，通过负压作用抽采游离瓦斯。另外，断裂带中下层位裂隙最为发育，故顶板高位定向钻孔布置不宜过高，过高因断裂孔隙小反而不利于瓦斯抽采，结合E5302工作面顶板破坏规律研究，在距回风侧煤壁75 m范围内，确定不同位置垮落带高度以上10 m范围内层位布置顶板高位定向钻孔，合理布置层位为30～45 m。基于以上分析，E5302工作面53022运输巷和53023运输巷之间4#联络巷布置5个高位定向钻孔进行试验，并按不同层位布置，钻孔布置参数见表2。

  

图3 力学计算模型

 

表1 不同岩层物理力学参数

  

岩性密度/（kg·m-3）体积模量/GPa剪切模量/GPa黏聚力/MPa内摩擦角/（°）抗拉强度/MPa砂质泥岩泥岩粉砂岩细中粒砂岩3号煤2 510 2 480 2 510 2 560 1 400 5.5 4.5 6.0 8.2 4.0 2.6 2.4 4.0 4.8 1.0 3.0 3.0 4.0 4.5 1.0 38 35 45 48 30 3.0 2.8 3.0 3.0 0.1

2.3 数值模拟结果分析

目前“三带”高度并无具体算法，《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》虽列出“三带”高度计算公式，但其是根据前人大量经验总结而出，且仅能估算出不同带的最大高度，与回采工作面横向上不同位置的实际“三带”高度存在差异[7]。为掌握寺河矿E5302工作面回采期间垮落带和断裂带分布规律，采用FLAC3D有限差分软件，结合回采工作面的煤层赋存条件，数值模拟分析E5302工作面在正常回采期间顶板塑性区分布情况，通过总结顶板破坏规律判断高位定向钻孔的合理布置层位。

  

图4 工作面推进145 m距离时距回风侧煤壁不同位置切片塑性区

20世纪70年代初，我国开始进行果园采摘机的研究，刚开始我国的研究成果大部分是一些简单的采摘机械，如手持电动采摘机和电机式采摘机等等，而对椰果采摘机的研究大多还是采用机械式的采摘。在20世纪70年代末，随着计算机技术和自动化控制技术的迅速发展，美国开始研究各种农业机器人。由于不断的学习和交流，我国在2007年新疆机械研究所研制了我国第一台多功能果园作业机，即LG-1型多功能果园作业机。这台机器的研制成功标志着我国在果实的采摘方面从机械化向机器人方向发展迈开了重要的一步。

在E5302工作面53022运输巷和53023运输巷之间4#联络巷布置5个高位定向钻孔，回采工作面推进至高位定向钻孔覆盖区域时开始抽采并监测，高位定向钻孔抽采纯瓦斯量和抽采浓度随抽采时间变化曲线如图6。

  

图5 75 m范围内距回风侧不同位置张拉破坏高度

3 定向钻孔布置与抽采效果分析

3.1 钻孔布置参数

根据E5302工作面煤层赋存和开采条件，确定计算模型长×宽×高=400 m×200 m×90 m，共划分112 000万空间单元。模型四周及底部为位移边界条件，顶部为应力边界条件，施加13.5 MPa的垂直应力，等效上覆岩层重。力学计算模型如图3，不同岩层物理力学参数见表1。

 

表2 E5302工作面高位定向钻孔布置参数

  

钻孔编号距顶板垂直距离/m距回风侧水平距离/m钻孔施工长度/m先导孔孔径/mm扩孔孔径/mm 1# 2# 3# 4# 5#30 35 40 45 45 25 35 45 55 65 394 414 427 439 447 96 153

3.2 抽采效果分析

上覆岩层垮落伴随着张拉破坏，而剪切破坏会产生围岩裂隙，故可将数值计算分析结果中张拉破坏区域看作垮落带，剪切破坏视为裂隙发育带。通过以上分析，可以得出，E5302工作面在距回风侧距离75 m范围内，从工作面回风侧至中部，垮落带高度越来越大，最大垮落带高度达40 m；裂隙发育带位于垮落带上方，其下分界高度在距回风侧煤壁75 m范围内逐步增加，在距回风侧煤壁75 m位置不低于40 m。

  

图6 高位定向钻孔抽采瓦斯随时间变化曲线

由图6可知，高位定向钻孔实现了抽采瓦斯浓度高、流量稳定、抽采时间长，整体抽采效果较好，有效抽采瓦斯天数60 d以上。在高位定向钻孔抽采稳定期，钻场钻孔平均纯瓦斯抽采量15.5 m3/min，其中距回风侧水平距离55～65 m处（4#钻孔和5#钻孔），瓦斯抽采效果较好，钻场内各钻孔瓦斯抽采浓度在50%左右；随着工作面不断推进，高位定向钻孔会逐渐远离采空区瓦斯积聚区，抽采末期的瓦斯抽采量和抽采浓度呈衰减趋势。在高位定向钻孔覆盖区域回采期间上隅角瓦斯浓度控制在0.4%左右，未发生上隅角瓦斯超限。

4 结论

1）借助FLAC3D有限差分软件能掌握采煤工作面推进时上覆岩层活动规律。对寺河矿E5302工作面顶板“三带”分布进行数值模拟分析，得出距回风侧75 m范围内不同位置张拉破坏高度关系式y=3.393 4x0.582，结合瓦斯积聚空间位置判断，确定高位定向钻孔宜布置层位为30～45 m。

2）通过现场抽采效果考察，高位定向钻孔抽采瓦斯浓度高、流量稳定、有效抽采时间长，可有效控制上隅角瓦斯不超限，保障安全生产。

当下中国传统农业正向新农业转型，化肥的使用量和依赖程度大幅度上升。同时中国钾盐资源严重不足，储量只占世界总储量的2.36%，主要集中在青海察尔汗盐湖和新疆罗布泊盐湖。业内专家多次提到，目前两个矿区开采量已接近极限，如若过度开发，极有可能面临资源枯竭的危险。中国人口数量基数大，增加粮食产量和储备，保证化肥的供给一直都是政府工作重点。如今，投资开发境外钾盐矿是解决中国钾盐资源短缺的重要途径。

3）顶板高位定向钻孔轨迹可控、控制区域范围广、施工周期短、成本低等，并可与运输巷掘进同时进行，节省回采工作面的采前准备时间，能有效解决上隅角瓦斯超限问题，可大范围推广应用。

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［4］ 周亚东，耿耀强.大孔径长钻孔替代高抽巷瓦斯抽采技术［J］.煤矿安全，2011，42（10）：25-27.

［5］ 李杰.定向高位长钻孔抽采位置确定及瓦斯治理效果［J］.煤炭科学技术，2014，42（12）：51-53.

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