0 引言

煤矿井下采矿作业破坏了原始地层中的应力平衡状态，使煤体中的应力重新分布。一般情况下，在采掘空间形成的较短时间内，首先在采掘空间界面附近形成较高的集中应力。当集中应力值达到煤体的强度极限后，该部分煤体首先发生屈服变形，使集中应力向煤体深部转移。经过一定时间后，形成卸压区、应力集中区和原始应力区，即掘进的巷道从近到远依次被卸压带、应力集中带和原始煤层带所包围。在煤巷卸压带内，煤体裂隙发育，煤层透气性大幅增加，利于对低渗透性煤层进行瓦斯抽采。但是要求所施工的顺层钻孔封孔长度必须大于卸压带宽度，否则钻孔就会出现漏气现象，造成钻孔瓦斯抽采浓度较低，影响巷道瓦斯治理效果。同时，在卸压带内由于煤体所受应力较小，且卸压带煤体能阻止应力集中带煤体向采掘空间释放能量，相当于在掘进前方形成安全保护煤柱。只要每循环掘进长度不大于卸压带宽度，掘进工作面发生突出的危险性将会大幅降低，否则掘进工作面发生突出的危险性将会大幅增加。目前所采用的煤巷防突措施中，有许多都是以扩大卸压带范围来实现防止突出的目的，如深孔松动爆破、钻孔瓦斯排放、开卸压槽等。因此，研究煤巷卸压带的宽度对于车集煤矿瓦斯防治具有重要意义[1-8]。

青少年特发性脊柱侧凸（AIS）包括冠状面弯曲，矢状面胸、腰椎后凸或前凸不足以及水平面椎体旋转的三维脊柱畸形。随着内固定器械的发展和手术技术的进步，多数AIS患者可以获得良好的冠状面及矢状面畸形矫正。近年来，椎体旋转在畸形进展、术后矫形效果丢失以及腰背部隆起残留中的作用备受重视［1-2］，理想的椎体去旋转可以获得更好的临床疗效。和万向椎弓根螺钉相比，单平面椎弓根螺钉头端仅在矢状面活动，理论上可获得更好的去旋转效果［3-5］。本研究对应用万向椎弓根螺钉和单平面椎弓根螺钉行后路三维矫形植骨融合内固定术的Lenke 5型AIS患者的临床资料进行回顾性研究，比较2种螺钉的顶椎去旋转效果。

车集煤矿2309工作面煤层瓦斯含量较高，煤层透气性较差，工作面切眼掘进前已在巷道两侧施工了顺层钻孔，该工作面具备了研究掘进巷道卸压带宽度的条件。因此，在以研究2309工作面顺层条带钻瓦斯浓度变化规律的基础上，研究掘进巷道卸压带宽度可以实现。

1 工作面概况

2309工作面位于23采区南翼中部，北为23采区下山下段保护煤柱，南为2712工作面(未掘)，西为DF005断层，东为2311工作面，工作面标高在-780.1～-849.0 m。工作面南北走向长489～523 m，东西倾斜长142～152 m。工作面对应地表为西郭寨，中北部为刘庄，其余主要为农田及果园。工作面对应的地表标高在+29.9～+32.7 m，地势平缓。工作面煤层倾角8°～18°，平均14°，煤层结构较简单。从巷道掘进实揭煤层情况来看，工作面煤体裂隙发育程度一般，构造附近受牵拉影响存在碎裂煤，另工作面里段煤层下部存在厚0.2～0.3 m碎裂煤。工作面开采的为二2煤层，为低硫、低磷、低灰分、高发热量的优质无烟煤，工作面煤质情况见表1。

 

表1 工作面煤质情况Tab.1 Coal quality situation

  

工业牌号W/%A/%V/%S/%P/%As/1016Q/(MJ·Kg-1)WY0.81～0.970.8911.17～13.2512.218.30.41～0.470.440.000 31～226.10～32.0629.06

2 软件介绍

Origin为OriginLab公司出品的较流行的专业函数绘图、统计软件[9-13]，Origin具有两大主要功能：数据分析和绘图。Origin的数据分析主要包括统计、信号处理、图像处理、峰值分析和曲线拟合等各种完善的数学分析功能。Spearman秩相关系数：Spearman秩相关系数是统计学中一个描述2个非参数(与分布无关)变量之间相关性的指标，用来评估两列数据的相关性。Spearman秩相关系数一般用rs表示，-1≤rs≤1；rs为正值，表示两列数据正相关，rs越接近1，表示两列数据正相关性越强；rs越接近-1，表示两列数据负相关性越强。同时一般来说相关性大小要看显著性达到什么程度，显著性越小说明相关程度越高，显著性小于0.05则为显著相关，小于0.01则为极显著相关；大于0.05则说明不相关，也可以简单理解为不相关。

3 现场实施效果

3.1 试验方案

(2)原始应力带顺层钻孔瓦斯抽采浓度随时间变化函数：C=(2.31～2.52)ln(t)+Ct(C为钻孔瓦斯浓度；Ct为随时间变化常数) 。

  

图1 钻孔布置Fig.1 Drilling layout

 

表2 钻孔参数Tab.2 Drilling parameters

  

孔号距巷道左帮距离/m倾角/(°)孔长/m见煤岩情况B1号21.7151030～96 m煤,96～103 m岩B2号16.7151030～103 m煤B3号12.4151030～18 m煤,18～40 m岩,40～46 m煤,46～56 m岩,46～103 m煤B4号8.215900～90 m煤B5号3.215900～90 m煤178号19.215940～94 m煤179号14.215870～87 m煤180号9.215840～84 m煤181号5.615820～32 m煤,32～42 m岩,42～82 m煤

3.2 实施效果

通过对2309工作面切眼两侧巷道顺层钻孔瓦斯抽采浓度随时间变化规律的统计，对切眼巷道两侧卸压带、应力集中带和原始应力带进行了划分[14-20]。Origin分析钻孔内瓦斯浓度随时间的变化规律如图2所示，B1—181号钻孔瓦斯浓度数值统计参数见表3，B1—181号钻孔瓦斯浓度变化相关性统计见表4。

式中：为以期望值为参考点决策专家et对应急方案epm在指标cn下的主观感知价值；为以最低要求值作为参考点决策专家et对应急方案epm在指标cn下的主观感知价值；参数α与β分别为价值函数在收益与风险场景下的凹凸程度；α,β<1为决策专家对收益与损失的敏感性递减；参数θ>1为决策专家的损失厌恶；依据文献[22-23]的研究结论，可令α=β=0.88，θ=2.25。

由Origin数值分析可知：

  

图2 孔内瓦斯浓度随时间变化规律Fig.2 Hole gas concentration changes with time

 

表3 钻孔瓦斯浓度数值统计参数Tab.3 Hole gas concentration numerical statistical parameters

  

孔号Mean/%SDSum/%Min/%Max/%B1号5.390 573.205 36937.960.3815B2号4.360 343.422 78758.700.2015B3号3.037 592.405 85528.54013B4号7.688 627.677 601 337.820.2051B5号5.517 134.816 12959.980.2023178号4.268 393.595 47742.700.1015179号3.997 242.379 54695.520.2012180号5.086 213.684 67885.000.4025181号6.526 904.055 191 135.680.2018

(1)B4号、B5号、180号和181号孔均位于2309工作面切眼卸压带内，B3号和179号孔位于2309工作面切眼应力集中带内，B1号、B2号和178号孔均位于巷道原始应力带内。2309工作面切眼卸压带内宽度自巷道左帮开始为0～12.7 m，应力集中带为12.7～16.7 m，原始应力区为大于16.7 m范围。

以B3号孔瓦斯浓度随时间变化规律为参考，B4号、B5号、180号和181号钻孔内瓦斯浓度Sig.(显著性)分别为1.984 08×10-11，3.862 12×10-10，1.451 28×10-4和0.041 20均小于0.05，且Pearson Corr.系数rs分别为0.480 33，0.451 92，0.284 11，0.041 20，表明B3号孔瓦斯浓度随时间变化规律和B4号、B5号、180号和181号钻孔内瓦斯浓度变化规律具有一致性，但相关性随着距离B3号孔越远，相关性越弱。由此推断，B3号、B4号、B5号、180号和181号孔均位于巷道卸压带内。但由于B3号和179号钻孔内瓦斯浓度Sig.(显著性)为1.850 01×10-5小于0.05，且Pearson Corr.系数rs为0.318 44，表明B3号和179号钻孔内瓦斯浓度变化规律具有一致性。主要原因是B3号和179号钻孔相距1.8 m，2个钻孔施工后钻孔周围裂隙向导通，因此无法准确判断B3号位于巷道卸压带或应力集中带。为确保巷道施工安全，将B3号划分至应力集中带。

应对场景（推测）：I）通过汇总全球相关研究成果，展示研究人员/机构的产出、影响力，帮助研究人员/机构找到合作者以完成项目攻关；II）为研究人员/机构展示其产出与影响力，帮助其获得基金资助；III）机构引进科研人才时，为其提供人才评估、对比分析；IV）为政府机构等基础研究资助单位寻找最新的跨学科研究

 

表4 钻孔瓦斯浓度变化相关性统计Tab.4 Correlation statistics of gas concentrations

  

孔号项目B1号B2号B3号B4号B5号178号179号180号181号B1号rs10.451 880.245 880.327 260.133 690.480 388.29512×10-40.614 870.466 52Sig.-3.877 58×10-100.001 071.044 59×10-50.078 641.973 75×10-110.991 3308.691 49×10-11B2号rs0.451 8810.494 880.488 210.402 650.776 38-0.022 690.388 920.450 56Sig.3.877 58×10-10-3.888 67×10-128.284 48×10-123.629 66×10-800.766 341.136 17×10-74.42 28×10-10B3号rs0.245 880.494 8810.480 330.451 920.381 020.318 440.284 110.142 22Sig.0.001 073.888 67×10-12-1.984 08×10-113.862 12×10-102.139 54×10-71.850 01×10-51.451 28×10-40.041 20B4号rs0.327 260.488 210.480 3310.408 930.492 150.104 630.168 470.337 94Sig.1.044 59×10-58.284 48×10-121.984 08×10-11-2.115 92×10-85.307 53×10-120.169 460.026 275.104 14×10-6B5号rs0.133 690.402 650.451 920.408 9310.348 020.140 860.071 520.047 88Sig.0.078 643.629 66×10-83.862 12×10-102.115 92×10-8-2.531 62×10-60.063 750.348 340.530 43178号rs0.480 380.776 380.381 020.492 150.348 021-0.043 450.446 760.471 98Sig.1.973 75×10-1102.139 54×10-75.307 53×10-122.531 62×10-6-0.569 216.434 88×10-104.882 65×10-11179号rs8.295 12×10-4-0.022 690.318 440.104 630.140 86-0.043 4510.214 04-0.160 72Sig.0.991 330.766 341.850 01×10-50.169 460.063 750.569 21-0.004 570.034 13180号rs0.614 870.388 920.284 110.168 470.071 520.446 760.214 0410.368 27Sig.01.136 17×10-71.451 28×10-40.026 270.348 346.434 88×10-100.004 57-5.744 31×10-7181号rs0.466 520.450 560.142 220.337 940.047 880.471 98-0.160 720.368 271Sig.8.691 49×10-114.422 80×10-100.041 205.104 14×10-60.530 434.882 65×10-110.034 135.744 31×10-7-

本组27例患者中男性4例(14.81%)、女性23例(85.19%)；年龄13～66岁，平均30岁，中位年龄32岁；肿瘤位于胰头12例(44.44%)，胰颈3例(11.11%)，胰体7例(25.93%)，胰尾5例(18.52%)；最长径15～197 mm，平均59 mm，中位长径44 mm；所有肿瘤标本经组织病理学检查均确诊为SPT(图1)，肿瘤组织Ki67指数均<5%。

1940年，阿尔贝·加缪来到了法国首都巴黎，和志同道合的朋友一起，在《巴黎晚报》从事编辑工作。这一年的6月14日，希特勒军队的铁蹄就踏进了巴黎市区，很快，由纳粹扶植起来的法国傀儡政权维希政府开始运作。这年的冬天，阿尔贝·加缪带着妻子离开沦陷的巴黎，来到了阿尔及利亚的奥兰城教书，在这里一共住了18个月。正是这一段生活，使他酝酿出《鼠疫》。同时，他还写了三部都带有“荒诞”主题的作品：出版于1942年的中篇小说《局外人》和散文集《西绪福斯的神话》，出版于1944年的、描绘历史上的暴君的戏剧剧本《卡拉古里》。这是他早期作品中最重要的开端。

以179号孔瓦斯浓度随时间变化规律为参考，179号和181号钻孔内瓦斯浓度Sig.(显著性)= 0.03413<0.05，表明两列数据随时间变化相关，rs=-0.160 72，表明两列数据负相关，表明179号和181号钻孔都受巷道掘进影响。即巷道掘进期间2个钻孔瓦斯浓度都会发生震荡，但变化趋势相反。同时，由表3统计数据可知，181号钻孔瓦斯浓度平均值为6.526 90%，是179号钻孔瓦斯浓度平均值(3.997 24%)的1.63倍，由此可以推断181号钻孔位于巷道卸压带内，179号位于巷道应力集中带内。同理，179号和B1号钻孔内瓦斯浓度Sig.(显著性)= 0.991 33<0.05，表明两列数据随时间变化不相关；181号和B1号钻孔内瓦斯浓度Sig.(显著性)= 0.466 52<0.05，表明两列数据随时间变化不相关。由此推断，B1号孔不受巷道掘进影响，B1号孔位于巷道原始应力带内。根据以上分析，推断179号孔位于巷道应力集中带内，181号钻孔位于巷道卸压带内，B1号孔位于巷道原始应力带内。

2309工作面切眼掘进前，在巷道两侧每隔2.5 m施工一个顺层钻孔，钻孔采用全程下筛管和注浆封孔方式进行封孔。安排专人每天在不同时间段内统计4次钻孔内瓦斯抽采浓度(中班2次，夜班2次)，直至2309切眼施工结束，钻孔布置如图1所示，钻孔参数见表2。

以B1号孔瓦斯浓度随时间变化规律为参考，B2号和178号钻孔内瓦斯浓度Sig.(显著性)分别为3.877 58×10-10和1.973 75×10-11均小于0.05，表明两列数据随时间变化相关，且Pearson Corr.系数rs分别为1和0.480 38，表明B1号孔瓦斯浓度随时间变化和B2号孔、178号孔相关性较强。由此推断，B1号、B2号和178号孔均位于巷道原始应力带内。

(3)对钻孔瓦斯浓度变化规律分析可知，从第120个数据开始，所有钻孔瓦斯浓度开始降低至10%以下，钻孔内瓦斯浓度不再发生震荡，即2309工作面低透气性煤层顺层条带钻孔最佳抽放时间为30 d，30 d后煤层内瓦斯将不易被抽出。

4 效益分析

通过在2309运输巷应用本技术，有效防止了2309运输巷施工期间瓦斯超限，取得了省时、省工、安全的治理效果，同时积累了厚软分层参与的煤层瓦斯治理的经验和技术。①省时。通过采取多种瓦斯治理手段，确保了掘进一队施工期间不会出现瓦斯超限，减少瓦斯超限对现场施工的影响，加快了割煤速度。②省工。通过调整验证孔与措施孔的施工顺序，掘一队每循环可少施工一轮验证孔，节省时间在3 h左右，同时降低了职工的工作量。③安全。采用该技术后，2309运输巷施工期间未出现瓦斯超限事故，有效保证了生命财产安全。④积累了厚软分层参与下防治瓦斯超限的经验和技术。煤层中出现厚软分层后瓦斯释放速度较快且瓦斯含量一般较高，施工前必须在软分层中取样测煤层瓦斯解吸速度和瓦斯含量，抽放钻孔必须布置在软分层中；浅孔使用封孔器封孔，深孔采用两堵一注封孔方式确保抽放效果，并及时增加风量进行风排瓦斯；施工区队采用间歇作业施工方式，不能一味蛮干，截割顺序要求从上到下，防止煤墙片帮；及时出煤，减少煤体在巷道中的停留时间，防止后巷瓦斯超限；掘进机动铲板时慢慢抬起，防止铲板下瓦斯溢出造成迎头甲烷传感器超限。

根据对现场实测数据分析，找出车集矿掘进巷道两侧卸压带宽度，对于采掘进尺安排具有重要指导意义，矿井在实际生产过程中每天的采掘进尺必须在卸压带内才能保证巷道施工安全；同时本煤层顺层钻孔封孔长度必须大于卸压带宽度，才能确保钻孔抽采时不漏气，确保抽采效果。巷道卸压带长度的确定，对车集矿瓦斯防治具有重要的指导意义，能够对瓦斯防治做到有的放矢，确保矿井高效生产掘进。因此确定投入产出比为1∶10 000。

5 结语

通过对2309工作面切眼两侧巷道顺层钻孔瓦斯抽采浓度随时间变化规律的统计，对切眼巷道两侧卸压带、应力集中带和原始应力带进行了划分。其中，2309工作面切眼卸压带内宽度自巷道左帮开始为0～12.7 m，应力集中带位于12.2～16.7 m范围，原始应力区为大于16.7 m范围，要求2309工作面向前掘进时当天进尺不大于12.7 m，且对本煤层施工的顺层钻孔封孔长度不小于12.7 m(目前封孔长度为22 m)，有效保证了钻孔的抽采效果；同时根据钻孔瓦斯浓度衰减规律，要求顺层钻孔在封孔结束后30 d内必须保证抽采负压，确保钻孔的抽采效果。

参考文献(References)：

[1] 顾德祥.低透气性突出煤层强化增透瓦斯抽采技术研究[D].淮南：安徽理工大学，2009.

[2] 刘健.低透气性突出煤层深孔预裂控制爆破防突的技术研究[D].淮南：安徽理工大学，2003.

[3] 关宁，任金武，张盼.三软低透气性煤层瓦斯地质规律研究[J].西部资源，2017(4)：148-150.

Guan Ning，Ren Jinwu，Zhang Pan.Study on gas geology law of three soft and low permeability seams[J].Western Resources，2017(4)：148-150.

[4] 张永红.低渗厚煤层水力压裂增渗技术研究与应用[J].沈阳理工大学学报，2017，36(4)：86-90.

Zhang Yonghong.Research and application of hydraulic fracturing increasing technology in low permeability thick coal seam[J].Journal of Shenyang Ligong University，2017，36(4)：86-90.

[5] 邱德才，武贵生，陈冬冬，等.复合水力化增透技术在低渗突出煤层瓦斯抽采中的应用[J].煤田地质与勘探，2015(1)：13-16.

Qiu Decai，Wu Guisheng，Chen Dongdong，et al.Application of composite hydraulically enhanced permeable technology in gas drainage with outburst in outburst seams[J].Coal Geology & Exploration，2015(1)：13-16.

[6] 刘海金.定向长钻孔水力压裂在松软煤层中的应用研究[J].江西煤炭科技，2017(3)：20-23.

Liu Haijin.Application of directional borehole hydraulic fracturing in soft coal seam[J].Jiangxi Coal Science & Technology，2017(3)：20-23.

[7] 闫海丰，王恩营，汪师逵.豫西“三软”煤层水力压裂增透技术研究[J].煤，2014(8)：31-33.

Yan Haifeng，Wang Enying，Wang Shikui.Study on hydraulic fracturing and permeability technology of "Three Soft" coal seam in west Henan Province[J].Coal，2014(8)：31-33.

[8] 苏恒，曹运兴，陈莲芳.气相压裂增透技术在煤巷掘进工作面中的应用[J].煤田地质与勘探，2016，44(5)：49-52.

Su Heng，Cao Yunxing，Chen Lianfang.Application of gas fracturing augmentation technology in coal road heading face[J].Coal Geology & Exploration，2016，44(5)：49-52.

[9] 刘健，刘泽功，石必明，等.深孔预裂控制爆破技术在低透气性煤层巷道掘进中的应用研究[J].建井技术，2008，29(3)：28-30.

Liu Jian，Liu Zegong，Shi Biming，et al.Application of deep-hole pre-split controlled blasting technology in roadway driving with low permeability[J].Mine Construction Technology，2008，29(3)：28-30.

[10]孙谦.低透气性高突煤层水力冲孔消突技术研究与应用[J].科技经济导刊，2016(3)：48-49.

Sun Qian.Research and application of hydraulic punching and outburst prevention technology in low permeability and high outburst seam[J].Technology and Economic Guide，2016(3)：48-49.

[11] 叶方琪，毛龙，雷云.机械式扩孔技术在低透气性煤层煤巷掘进的应用[J].能源技术与管理，2013，38(2)：27-29.

Ye Fangqi，Mao Long，Lei Yun.Application of mechanized reaming technology in coal roadway heading with low permeability[J].Energy Technology and Management，2013，38(2)：27-29.

[12]齐消寒.近距离低渗煤层群多重采动影响下煤岩破断与瓦斯流动规律及抽采研究[D].重庆：重庆大学，2016.

[13] 郭启文，韩炜，张文勇，等.煤矿井下水力压裂增透抽采机理及应用研究[J].煤炭科学技术，2011，39(12)：60-64.

Guo Qiwen，Han Wei，Zhang Wenyong，et al.Study on mechanism and application of hydraulic fracturing and permeability demolition in coal mine[J].Coal Science and Technology，2011，39(12)：60-64.

[14]曹运兴，张军胜，田林，等.低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践[J].煤炭学报，2017，42(10)：2631-2641.

Cao Yunxing，Zhang Junsheng，Tian Lin，et al.Research and practice on gas treatment technology of targeted multi-zone gas fracturing in low permeability seam[J].Journal of China Coal Society，2017，42(10)：2631-2641.

[15]徐文建.采动应力扰动下渗透性分区特征及对瓦斯流动的影响[D].徐州：中国矿业大学，2016.

[16]张玉贵.煤层气低渗富集区地面开采关键技术[J].中国科技成果，2013(21)：33-34.

Zhang Yugui.Key technologies for ground mining in low permeability and rich area of coalbed methane[J].Chinese Science and Technology Achievements，2013(21)：33-34.

[17]袁光明，陈玉涛，田卫东，等.水力压裂增透技术在鱼田堡煤矿低透气性突出煤层中的试验研究[J].煤矿安全，2017，48(4)：9-12.

Yuan Guangming，Chen Yutao，Tian Weidong，et al.Experimental research on hydraulic fracturing augmentation technology in low permeability outburst coal seam[J].Safety in Coal Mines，2017，48(4)：9-12.

[18]许国涛.“三软”不稳定煤层突出矿井综合防火的研究与应用[J].工程技术(全文版)，2017(2)：263.

Xu Guotao.Research and application of comprehensive mine fire prevention in "Three Soft" instable coal outburst[J].Engineering Technology(Full Version)，2017(2)：263.

[19]庞成.水力压裂在白皎煤矿低透气性煤层中的应用[J].工业安全与环保，2017，43(3)：26-28.

Pang Cheng.Application of hydraulic fracturing in low permeability coal seam of Baijiao Coal Mine[J].Industrial Safety and Environmental Protection，2017，43(3)：26-28.

[20]王思鹏.低渗煤层压裂增透新技术研究[J].中国煤炭，2010，36(7)：101-103.

Wang Sipeng.Study on new technology of fracturing and permeating in low permeable seam[J].China Coal，2010，36(7)：101-103.