超前鉆孔有效排放半徑的測定及布置優化

邵廣印

摘 要：淮南礦區謝橋煤礦1232（3）煤層具有突出危險，兩巷掘進時采用頂板高位鉆孔、沿煤層鉆孔和穿層鉆孔等方式進行瓦斯抽采，抽采鉆孔的大量布置影響著巷道掘進速度。本文在結合工程條件，對超前鉆孔有效排放半徑進行測定，在此基礎上提出了鉆孔布置的優化方案。

關鍵詞：瓦斯突出 超前鉆孔 有效排放半徑 布置優化

中圖分類號：TD713 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0085-01

謝橋礦1232（3）工作面為西二與西一西采區聯合開采的13-1煤三階段，主采煤層為突出危險煤層，具有高瓦斯和高沖擊礦壓傾向性。因此，在工作面順槽掘進過程中，采取有效的防突措施是至關重要的，也是十分必要的。

實驗及現場實踐表明，煤層瓦斯預抽在強制性區域防突方面可取得良好的效果，在淮南礦區已作為防突的關鍵措施得到廣泛采用。由于淮南礦區煤層普遍具有低滲透性，因此采用了頂板高位鉆孔、沿煤層鉆孔和穿層鉆孔等多種抽采方式確保瓦斯的抽采效果。然而，布置大量的抽采鉆孔雖保障了礦井的安全生產，卻也降低了采區的準備速度，制約著工作面的接替。因此，如何在保證抽采效果的同時，降低鉆孔的布置數量，進而實現巷道的快速掘進顯得尤為重要。

對于超前鉆孔來說，有效排放半徑是指其在徑向上能夠消除突出危險的最大范圍。有效排放半徑作為防突措施的重要參數，指導著超前鉆孔的布置方式。因此，準確的測定超前鉆孔的有效排放半徑，可指導超前鉆孔布置方式的優化，不僅能夠確保防突效果，同時能夠加快突出煤層巷道的掘進速度。

1 工程概況

謝橋礦1232（3）工作面回風順槽煤層底板標高為-463.6～-524.4 m，運輸順槽煤層底板標高為-521.0～-555.3 m。西起F5斷層（礦井邊界），東至F6斷層。工作面北邊1222（3）W、1222（3），東邊1231（3）工作面已回采完畢。開采水平為-610 m，地面標高為+21.6～+27.0m。走向長度為3015.2m，傾斜長為119.0～234.3m，煤層平均傾角為14.8°，煤厚為0.2～6.0m，平均煤厚為4.65米。老頂為細砂巖，厚度為5.26m，呈灰白～灰色，局部夾泥巖；直接頂為泥巖及13-2煤，厚度為2.05m，呈淺灰～灰色；13-2煤為黑色；直接底為砂質泥巖，厚度為4.1m，呈淺灰～灰色，致密。

1232（3）上順槽為沿空巷道，下順槽為實體巷道，為滿足回采期間通風、運輸需要，斷面形狀設計為直角梯形，其斷面尺寸：凈寬×中高=5.0m×3.0m，S凈=15.0m2。采用走向長壁、大采高一次采全高綜合機械化采煤法，區內后退式回采，全部垮落法處理采空區。

2 超前鉆孔布置及防突原理

由于1232（3）工作面煤層具有突出危險，為抽采瓦斯，結合淮南礦區其他煤礦13槽煤兩巷支護經驗，參照《防治煤與瓦斯突出細則》，兩巷掘進過程中的超前鉆孔布置方式為以下幾點。

鉆孔直徑為90 mm，孔深12 m，超前迎頭的距離為5 m以上，為使鉆孔在巷道斷面上的控制范圍達到其輪廓線外四周5 m以上，參照淮南礦區其他礦13槽煤的設計經驗，每個斷面布置28個鉆孔，分4排布置，每排7個。

根據礦壓理論，受掘進工程擾動的影響，掘進迎頭前方煤體的應力狀態可分為三種類型，即：卸壓帶、集中應力帶以及原始應力帶。卸壓帶內煤巖體的應力降低，瓦斯壓力減小，對突出防護工作來說可起到保護作用；集中應力帶內煤巖體的應力升高，瓦斯壓力增大、滲透性低，是瓦斯突出的危險地帶。超前鉆孔的作用，就是穿過集中應力帶，通過鉆孔的排放，降低集中應力帶的瓦斯含量及瓦斯壓力，并通過鉆孔卸壓的作用，增大瓦斯的滲透系數，同時超前鉆孔延伸到卸壓帶，可使集中應力帶的圍巖應力向煤體深部轉移，擴大卸壓帶的范圍，形成更大范圍的突出保護區。這就是超前鉆孔防突的原理。

3 有效排放半徑的測定

目前，我國煤礦中普遍采用的超前鉆孔有效排放半徑測定方法主要有三種，即：瓦斯壓力測定法、瓦斯流量測定法以及鉆屑量與鉆屑瓦斯解吸指標法。由于謝橋礦13槽煤賦存條件比較穩定，結合實際地質情況，選擇瓦斯流量測定法對超前鉆孔的有效排放半徑進行測定。測定方法如下。

測量孔的自然瓦斯涌出流量測定完成后，用Φ90 mm的鉆頭在選定位置施工考察孔，孔深10 m，施工完畢后再用封孔器和多級流量計測定測量孔的瓦斯流量，測量方法相同，連續測定2 h。測量孔瓦斯流量在考察孔施工前后的變化情況如表1所示。

由表1中數據可知，測量孔瓦斯涌出量在施工考察孔后，增加百分比的基本趨勢為：與距離考察孔的距離成反比，與時間成反比。

4 超前鉆孔布置優化

設計超前鉆孔布置的初始方案時，有效排放半徑按0.8 m計算，而實際測量的結果顯示，Φ90 mm超前鉆孔的有效排放半徑為1.2 m。因此，可以在保證抽采效果的同時，減少超前鉆孔的布置數量。

優化布置方式后，超前鉆孔的數量為15個，較之前減少了13個，將近一半。在確保安全的同時，大大減小了防突工程量，增加了巷道的掘進速度。

參考文獻

[1] 方偉.優化超前鉆孔布置實現突出煤層快速掘進的探討[J].煤礦安全，2007，7.

[2] 閔瑞.超前鉆孔有效排放半徑的測定技術應用[J].科技創新與應用，2013，1.endprint

摘 要：淮南礦區謝橋煤礦1232（3）煤層具有突出危險，兩巷掘進時采用頂板高位鉆孔、沿煤層鉆孔和穿層鉆孔等方式進行瓦斯抽采，抽采鉆孔的大量布置影響著巷道掘進速度。本文在結合工程條件，對超前鉆孔有效排放半徑進行測定，在此基礎上提出了鉆孔布置的優化方案。

關鍵詞：瓦斯突出 超前鉆孔 有效排放半徑 布置優化

中圖分類號：TD713 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0085-01

謝橋礦1232（3）工作面為西二與西一西采區聯合開采的13-1煤三階段，主采煤層為突出危險煤層，具有高瓦斯和高沖擊礦壓傾向性。因此，在工作面順槽掘進過程中，采取有效的防突措施是至關重要的，也是十分必要的。

實驗及現場實踐表明，煤層瓦斯預抽在強制性區域防突方面可取得良好的效果，在淮南礦區已作為防突的關鍵措施得到廣泛采用。由于淮南礦區煤層普遍具有低滲透性，因此采用了頂板高位鉆孔、沿煤層鉆孔和穿層鉆孔等多種抽采方式確保瓦斯的抽采效果。然而，布置大量的抽采鉆孔雖保障了礦井的安全生產，卻也降低了采區的準備速度，制約著工作面的接替。因此，如何在保證抽采效果的同時，降低鉆孔的布置數量，進而實現巷道的快速掘進顯得尤為重要。

對于超前鉆孔來說，有效排放半徑是指其在徑向上能夠消除突出危險的最大范圍。有效排放半徑作為防突措施的重要參數，指導著超前鉆孔的布置方式。因此，準確的測定超前鉆孔的有效排放半徑，可指導超前鉆孔布置方式的優化，不僅能夠確保防突效果，同時能夠加快突出煤層巷道的掘進速度。

1 工程概況

謝橋礦1232（3）工作面回風順槽煤層底板標高為-463.6～-524.4 m，運輸順槽煤層底板標高為-521.0～-555.3 m。西起F5斷層（礦井邊界），東至F6斷層。工作面北邊1222（3）W、1222（3），東邊1231（3）工作面已回采完畢。開采水平為-610 m，地面標高為+21.6～+27.0m。走向長度為3015.2m，傾斜長為119.0～234.3m，煤層平均傾角為14.8°，煤厚為0.2～6.0m，平均煤厚為4.65米。老頂為細砂巖，厚度為5.26m，呈灰白～灰色，局部夾泥巖；直接頂為泥巖及13-2煤，厚度為2.05m，呈淺灰～灰色；13-2煤為黑色；直接底為砂質泥巖，厚度為4.1m，呈淺灰～灰色，致密。

1232（3）上順槽為沿空巷道，下順槽為實體巷道，為滿足回采期間通風、運輸需要，斷面形狀設計為直角梯形，其斷面尺寸：凈寬×中高=5.0m×3.0m，S凈=15.0m2。采用走向長壁、大采高一次采全高綜合機械化采煤法，區內后退式回采，全部垮落法處理采空區。

2 超前鉆孔布置及防突原理

由于1232（3）工作面煤層具有突出危險，為抽采瓦斯，結合淮南礦區其他煤礦13槽煤兩巷支護經驗，參照《防治煤與瓦斯突出細則》，兩巷掘進過程中的超前鉆孔布置方式為以下幾點。

鉆孔直徑為90 mm，孔深12 m，超前迎頭的距離為5 m以上，為使鉆孔在巷道斷面上的控制范圍達到其輪廓線外四周5 m以上，參照淮南礦區其他礦13槽煤的設計經驗，每個斷面布置28個鉆孔，分4排布置，每排7個。

根據礦壓理論，受掘進工程擾動的影響，掘進迎頭前方煤體的應力狀態可分為三種類型，即：卸壓帶、集中應力帶以及原始應力帶。卸壓帶內煤巖體的應力降低，瓦斯壓力減小，對突出防護工作來說可起到保護作用；集中應力帶內煤巖體的應力升高，瓦斯壓力增大、滲透性低，是瓦斯突出的危險地帶。超前鉆孔的作用，就是穿過集中應力帶，通過鉆孔的排放，降低集中應力帶的瓦斯含量及瓦斯壓力，并通過鉆孔卸壓的作用，增大瓦斯的滲透系數，同時超前鉆孔延伸到卸壓帶，可使集中應力帶的圍巖應力向煤體深部轉移，擴大卸壓帶的范圍，形成更大范圍的突出保護區。這就是超前鉆孔防突的原理。

3 有效排放半徑的測定

目前，我國煤礦中普遍采用的超前鉆孔有效排放半徑測定方法主要有三種，即：瓦斯壓力測定法、瓦斯流量測定法以及鉆屑量與鉆屑瓦斯解吸指標法。由于謝橋礦13槽煤賦存條件比較穩定，結合實際地質情況，選擇瓦斯流量測定法對超前鉆孔的有效排放半徑進行測定。測定方法如下。

測量孔的自然瓦斯涌出流量測定完成后，用Φ90 mm的鉆頭在選定位置施工考察孔，孔深10 m，施工完畢后再用封孔器和多級流量計測定測量孔的瓦斯流量，測量方法相同，連續測定2 h。測量孔瓦斯流量在考察孔施工前后的變化情況如表1所示。

由表1中數據可知，測量孔瓦斯涌出量在施工考察孔后，增加百分比的基本趨勢為：與距離考察孔的距離成反比，與時間成反比。

4 超前鉆孔布置優化

設計超前鉆孔布置的初始方案時，有效排放半徑按0.8 m計算，而實際測量的結果顯示，Φ90 mm超前鉆孔的有效排放半徑為1.2 m。因此，可以在保證抽采效果的同時，減少超前鉆孔的布置數量。

優化布置方式后，超前鉆孔的數量為15個，較之前減少了13個，將近一半。在確保安全的同時，大大減小了防突工程量，增加了巷道的掘進速度。

參考文獻

[1] 方偉.優化超前鉆孔布置實現突出煤層快速掘進的探討[J].煤礦安全，2007，7.

[2] 閔瑞.超前鉆孔有效排放半徑的測定技術應用[J].科技創新與應用，2013，1.endprint

摘 要：淮南礦區謝橋煤礦1232（3）煤層具有突出危險，兩巷掘進時采用頂板高位鉆孔、沿煤層鉆孔和穿層鉆孔等方式進行瓦斯抽采，抽采鉆孔的大量布置影響著巷道掘進速度。本文在結合工程條件，對超前鉆孔有效排放半徑進行測定，在此基礎上提出了鉆孔布置的優化方案。

關鍵詞：瓦斯突出 超前鉆孔 有效排放半徑 布置優化

中圖分類號：TD713 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（c）-0085-01

謝橋礦1232（3）工作面為西二與西一西采區聯合開采的13-1煤三階段，主采煤層為突出危險煤層，具有高瓦斯和高沖擊礦壓傾向性。因此，在工作面順槽掘進過程中，采取有效的防突措施是至關重要的，也是十分必要的。

實驗及現場實踐表明，煤層瓦斯預抽在強制性區域防突方面可取得良好的效果，在淮南礦區已作為防突的關鍵措施得到廣泛采用。由于淮南礦區煤層普遍具有低滲透性，因此采用了頂板高位鉆孔、沿煤層鉆孔和穿層鉆孔等多種抽采方式確保瓦斯的抽采效果。然而，布置大量的抽采鉆孔雖保障了礦井的安全生產，卻也降低了采區的準備速度，制約著工作面的接替。因此，如何在保證抽采效果的同時，降低鉆孔的布置數量，進而實現巷道的快速掘進顯得尤為重要。

對于超前鉆孔來說，有效排放半徑是指其在徑向上能夠消除突出危險的最大范圍。有效排放半徑作為防突措施的重要參數，指導著超前鉆孔的布置方式。因此，準確的測定超前鉆孔的有效排放半徑，可指導超前鉆孔布置方式的優化，不僅能夠確保防突效果，同時能夠加快突出煤層巷道的掘進速度。

1 工程概況

謝橋礦1232（3）工作面回風順槽煤層底板標高為-463.6～-524.4 m，運輸順槽煤層底板標高為-521.0～-555.3 m。西起F5斷層（礦井邊界），東至F6斷層。工作面北邊1222（3）W、1222（3），東邊1231（3）工作面已回采完畢。開采水平為-610 m，地面標高為+21.6～+27.0m。走向長度為3015.2m，傾斜長為119.0～234.3m，煤層平均傾角為14.8°，煤厚為0.2～6.0m，平均煤厚為4.65米。老頂為細砂巖，厚度為5.26m，呈灰白～灰色，局部夾泥巖；直接頂為泥巖及13-2煤，厚度為2.05m，呈淺灰～灰色；13-2煤為黑色；直接底為砂質泥巖，厚度為4.1m，呈淺灰～灰色，致密。

1232（3）上順槽為沿空巷道，下順槽為實體巷道，為滿足回采期間通風、運輸需要，斷面形狀設計為直角梯形，其斷面尺寸：凈寬×中高=5.0m×3.0m，S凈=15.0m2。采用走向長壁、大采高一次采全高綜合機械化采煤法，區內后退式回采，全部垮落法處理采空區。

2 超前鉆孔布置及防突原理

由于1232（3）工作面煤層具有突出危險，為抽采瓦斯，結合淮南礦區其他煤礦13槽煤兩巷支護經驗，參照《防治煤與瓦斯突出細則》，兩巷掘進過程中的超前鉆孔布置方式為以下幾點。

鉆孔直徑為90 mm，孔深12 m，超前迎頭的距離為5 m以上，為使鉆孔在巷道斷面上的控制范圍達到其輪廓線外四周5 m以上，參照淮南礦區其他礦13槽煤的設計經驗，每個斷面布置28個鉆孔，分4排布置，每排7個。

根據礦壓理論，受掘進工程擾動的影響，掘進迎頭前方煤體的應力狀態可分為三種類型，即：卸壓帶、集中應力帶以及原始應力帶。卸壓帶內煤巖體的應力降低，瓦斯壓力減小，對突出防護工作來說可起到保護作用；集中應力帶內煤巖體的應力升高，瓦斯壓力增大、滲透性低，是瓦斯突出的危險地帶。超前鉆孔的作用，就是穿過集中應力帶，通過鉆孔的排放，降低集中應力帶的瓦斯含量及瓦斯壓力，并通過鉆孔卸壓的作用，增大瓦斯的滲透系數，同時超前鉆孔延伸到卸壓帶，可使集中應力帶的圍巖應力向煤體深部轉移，擴大卸壓帶的范圍，形成更大范圍的突出保護區。這就是超前鉆孔防突的原理。

3 有效排放半徑的測定

目前，我國煤礦中普遍采用的超前鉆孔有效排放半徑測定方法主要有三種，即：瓦斯壓力測定法、瓦斯流量測定法以及鉆屑量與鉆屑瓦斯解吸指標法。由于謝橋礦13槽煤賦存條件比較穩定，結合實際地質情況，選擇瓦斯流量測定法對超前鉆孔的有效排放半徑進行測定。測定方法如下。

測量孔的自然瓦斯涌出流量測定完成后，用Φ90 mm的鉆頭在選定位置施工考察孔，孔深10 m，施工完畢后再用封孔器和多級流量計測定測量孔的瓦斯流量，測量方法相同，連續測定2 h。測量孔瓦斯流量在考察孔施工前后的變化情況如表1所示。

由表1中數據可知，測量孔瓦斯涌出量在施工考察孔后，增加百分比的基本趨勢為：與距離考察孔的距離成反比，與時間成反比。

4 超前鉆孔布置優化

設計超前鉆孔布置的初始方案時，有效排放半徑按0.8 m計算，而實際測量的結果顯示，Φ90 mm超前鉆孔的有效排放半徑為1.2 m。因此，可以在保證抽采效果的同時，減少超前鉆孔的布置數量。

優化布置方式后，超前鉆孔的數量為15個，較之前減少了13個，將近一半。在確保安全的同時，大大減小了防突工程量，增加了巷道的掘進速度。

參考文獻

[1] 方偉.優化超前鉆孔布置實現突出煤層快速掘進的探討[J].煤礦安全，2007，7.

[2] 閔瑞.超前鉆孔有效排放半徑的測定技術應用[J].科技創新與應用，2013，1.endprint