钻孔设计分析论文
钻孔设计分析论文 1、钻孔最小控制范围解析 《2009最新版防突细则》第四十九条（四）：预抽石门揭煤钻孔的最小控 制范围是：石门和立井、斜井揭煤处巷道轮廓线外12m（急倾斜煤层底部或下帮 6m），同时还应保证控制范围的外边缘到巷道轮廓线的最小距离不小于5m。据以上规定可知石门揭煤钻孔最小控制范围为两个充分必要条件，即：煤 层倾角β＜45°时，最小控制范围需满足上、下帮巷道轮廓线外倾向12m和法向5m， 左、右两帮法向5m；
β≥45°时，最小控制范围需满足上帮巷道轮廓线外倾向12m 和法向5m，下帮巷道轮廓线外倾向6m和法向5m，左右两帮法向5m。
根据煤层空间位置关系可知：sinβ=法向控制范围/倾向控制范围，煤层倾 角β越小，法向5m所控制的倾向范围越大。经分析石门揭煤钻孔最小控制范围如 图表1所示。（注：asin(5/12)=24.6°,asin(5/6)=56.4°） 表1石门揭煤钻孔最小控制范围 煤层倾角范围 上帮 轮廓线外 下帮 轮廓线外 左、右两帮 轮廓线外 β≤24.6° 法向5m 法向5m法向5m 24.6°＜β≤56.4° 倾向12m 法向5m 法向5m β＞56.4° 倾向12m 倾向6m 法向5m 2、钻场情况及钻场设计 煤层厚2m，倾角β=30°；
石门揭煤巷道高3m，宽5m，方位α0=195°。据《2009 最新版防突细则》及表1设计石门揭煤钻场如图1。（为视图清晰，抽采半径假定 为5m） 图1预抽石门揭煤钻场设计图 3、最少求值参数 以28号钻孔为例，预抽钻孔立体及简化图如图2所示。线EC为28号钻孔线， 面ABCD为水平投影面，线AC为钻孔水平投影线，面ADHE为钻孔铅垂剖面，线 ED为钻孔铅垂剖面线；
α偏28钻孔方位偏角，θ为钻孔倾角，H为穿煤孔深等钻孔 参数。
图2预抽钻孔立体及简化图 由图1中钻场设计剖面图，直角三角形AED除直角外有5个参数（三角形的 3角3边）均可用CAD量出；
由图1中钻场设计平面图，直角三角形ADC除直角外 有5个参数均可用CAD量出。直角三角形ADC与AED有一条公共边AD，所以两 三角形一共有９个参数，且均可量出，但量取参数是繁琐的重复过程，为此需确定最少的参数并准确的求取所需的钻孔参数。
如图2中28号孔空间立体简化图，经分析：需求解α偏28、θ28和H28必须 求解四面体ACDE，而把直角三角形AED和ADC解出，四面体ACDE即解出。直 角三角形已知2个参数（除直角外）即可求解，求解两个直角三角形需4个参数， 因为直角三角形AED与ADC有一条公共边，所以求解这两个直角三角形仅需3个 参数，且直角三角形AED与ADC各需至少一个参数（公共边AD除外），即求解 钻孔α偏28、θ和H参数仅需3个参数。
4、最少求值参数种类 经上分析：已知求解参数有9个，为计算钻孔参数方便快捷仅需3个求解参 数即可，直角三角形AED与ADC各需至少一个参数（公共边AD除外），即一个 三角形2个参数，另一个三角形1个参数（不包括公共边）。
无公共边最少求值参数种类：（C42-C22）×C41×C21 有公共边最少求值参数种类：C41×C41 最少求值参数种类：（C42-C22）×C41×C21+C41×C41=56(种) 5、最优求值参数 已知求解参数有9个：包括4个角度，5条边。
结合图1与图2分析：
1）、方位偏角α偏可直接量出但每个钻孔的偏角不一，且量取角度误差较 大；
2）、每个钻孔的AC与DE不一，需一一量出；
3）、1、5……25号孔，2、6……26号孔，3、7……27号孔和4、8……28 号孔的X(CD)各均相同；
4）、1-4号孔、5-8号孔、9-12号孔、13-16号孔、17-20号孔、21-24号孔和 25-28号孔的Y（AD）和Z(AE)各均相同。
综上所述：X、Y和Z为最优求值参数。6、最优求值参数验证根据图1，在CAD中量得X、Y、Z和见煤Y’输入Eecel中，据图2分析可得 右边公式并输入Excel中可精确、方便、快捷求得穿煤深度H、倾角θ、方位偏角α 偏、方位角α、钻孔深度h和见煤深度h’，见表2。
H= θ=atan α偏=atan α=α偏+195° h=H+0.5m h=Y’×H÷Y