專(zhuān)利名稱(chēng)：鉆孔設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤巖層鉆孔技術(shù)，尤其是涉及一種鉆孔設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
在采煤作業(yè)中，由于突出煤層掘進(jìn)與石門(mén)揭煤頻繁，揭煤次數(shù)多且多為突出煤層，鉆孔設(shè)計(jì)工作量大，計(jì)算繁瑣，耗費(fèi)大量工作時(shí)間。石門(mén)揭煤包括施工聯(lián)絡(luò)巷，膠帶機(jī)斜巷、第二副井、膠帶機(jī)大巷、回風(fēng)斜巷下平巷；軌道斜巷、暗副斜井、第二副井措施巷等；在采煤作業(yè)中，通常還會(huì)包括多個(gè)突出煤層掘進(jìn)工作面?，F(xiàn)有的鉆孔設(shè)計(jì)方法是根據(jù)地質(zhì)剖面圖進(jìn)行設(shè)計(jì)的，由于煤層在走向和傾向存在一定的傾角，剖面圖只是空間上的一個(gè)切面，不能反映巷道前方整個(gè)空間關(guān)系，所以設(shè)計(jì)的 鉆孔參數(shù)與實(shí)際誤差較大，造成鉆孔的利用率較低，且鉆孔長(zhǎng)度根據(jù)角度換算，計(jì)算工作量大且效率底。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種鉆孔設(shè)計(jì)方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，能夠提高鉆孔的精度和鉆孔設(shè)計(jì)的工作效率。本發(fā)明提供了一種鉆孔設(shè)計(jì)方法，包括確定煤層的產(chǎn)狀和厚度；根據(jù)所述煤層的產(chǎn)狀和厚度確定鉆孔的空間模型根據(jù)所述空間模型的角度和長(zhǎng)度；根據(jù)鉆孔的有效半徑和鉆孔的范圍確定鉆孔的數(shù)量；根據(jù)鉆孔的類(lèi)型確定鉆孔的起始位置；根據(jù)鉆孔的角度、長(zhǎng)度、數(shù)量和起始位置實(shí)施鉆孔。本發(fā)明提供的鉆孔設(shè)計(jì)方法，根據(jù)煤層的產(chǎn)狀和厚度鉆孔的空間模型，根據(jù)空間模型能夠精確地確定鉆孔的起始位置、長(zhǎng)度、角度和數(shù)量等參數(shù)，能夠提高鉆孔的精度和鉆孔的利用率，并且能夠提高鉆孔利用率的設(shè)計(jì)效率。


圖I為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的鉆孔設(shè)計(jì)方法的流程圖；圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的穿層鉆孔的鉆孔模型示意圖；圖3為圖2中穿層鉆孔的平面圖；圖4為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的穿層鉆孔的鉆孔模型示意圖；圖5為圖4中穿層鉆孔的平面圖；圖6為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的順煤層鉆孔的鉆孔模型示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中真傾角的空間模型。附圖標(biāo)記
I-煤層頂板；2-煤層底板；3-穿層鉆孔；4-巷道迎頭斷面； 5-順層鉆孔；A-鉆孔的起始位置；B-鉆孔的終止位置。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。參照?qǐng)D1，圖I為本發(fā)明第一實(shí)施例提供的鉆孔設(shè)計(jì)方法的流程圖； 在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，鉆孔設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟10，確定煤層的產(chǎn)狀和厚度；步驟20，根據(jù)煤層的產(chǎn)狀和厚度確定鉆孔的空間模型；步驟30，根據(jù)空間模型確定鉆孔的角度和長(zhǎng)度；步驟40，根據(jù)鉆孔的有效半徑和鉆孔的范圍確定鉆孔的數(shù)量；步驟50，根據(jù)鉆孔的類(lèi)型確定鉆孔的起始位置；步驟60，根據(jù)鉆孔的角度、長(zhǎng)度、數(shù)量和起始位置實(shí)施鉆孔。具體地，如果在石門(mén)揭煤施工穿層鉆孔，則步驟10，確定煤層的產(chǎn)狀和厚度，具體包括根據(jù)石門(mén)揭煤前法距10米外施工的前探孔，計(jì)算得出煤層的厚度及煤層與巷道法距；法距10米外施工的前探兼測(cè)壓孔、巷道附近地質(zhì)勘探鉆孔資料、巷道迎頭調(diào)查得到煤巖層的地質(zhì)資料綜合分析出煤層的產(chǎn)狀和厚度。另外，如果在高(底)抽巷施工穿層鉆孔，步驟10，確定煤層的產(chǎn)狀和厚度，包括根據(jù)巷道附近地質(zhì)勘探鉆孔資料、巷道掘進(jìn)期間施工的層位控制鉆孔、巷道實(shí)際調(diào)查測(cè)得的煤巖層的地質(zhì)資料綜合分析出煤層的產(chǎn)狀和厚度。如果在突出煤層掘進(jìn)工作面施工順層鉆孔，則根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的煤層產(chǎn)狀與煤層厚度，結(jié)合根據(jù)鉆孔抽采的有效半徑、本次鉆孔需要控制的范圍，計(jì)算出鉆孔的數(shù)量。具體地，圖2和圖3示出了石門(mén)接煤或高(底)抽巷施穿層鉆孔3，該穿層鉆孔3為鉆孔由巖層鉆進(jìn)至煤層底板2的鉆孔；圖4和圖5示出了石門(mén)接煤或高(底)抽巷施穿層鉆孔3，該穿層鉆孔3為鉆孔由巖層鉆進(jìn)至煤層頂板I的鉆孔。石門(mén)接煤與高(底)抽巷的穿層鉆孔通用計(jì)算公式如下鉆孔的長(zhǎng)度的計(jì)算公式為L(zhǎng) = >/m2 +N2+H2 ;鉆孔的角度的計(jì)算公式為:r = arccos^2 + ;其中
L
η VmM = - ,N =-—。
cos acos β在上述計(jì)算公式中L為所設(shè)計(jì)的鉆孔的長(zhǎng)度；
r為所設(shè)計(jì)的鉆孔的傾角，也就是鉆孔的長(zhǎng)度方向與煤層頂板或底板的夾角；M為任意鉆孔長(zhǎng)方體模型的長(zhǎng)度；N為任意鉆孔長(zhǎng)方體模型的寬度；H為任意鉆孔長(zhǎng)方體模型的高度，即開(kāi)孔位置距煤層頂(底)板法距，可以根據(jù)鉆孔即巷道調(diào)查的資料分析獲得H的參數(shù)值；
α為煤巖層在巷道迎頭斷面4上的視傾角，巷道迎頭斷面4為工作人員進(jìn)入巷道后，面向迎頭的巷道停頭位置的斷面，或者是鉆場(chǎng)的工作人員進(jìn)入鉆場(chǎng)時(shí)正對(duì)的迎頭面；β為煤巖層在巷道掘進(jìn)方向上的傾角，巷道掘進(jìn)方向?yàn)橄锏朗┕さ姆轿?；η為任意鉆孔的起始位置與終止位置在巷道迎頭斷面上水平投影距離；η的長(zhǎng)度值可直接在二維地質(zhì)剖視圖上量取，是由鉆孔的控制范圍和有效半徑確定的，鉆孔的有效半徑為I. 5-2米。m為任意鉆孔的起始位置與終止位置在巷道掘進(jìn)方向上水平投影距離；m的長(zhǎng)度值可直接在二維地質(zhì)剖視圖上量取，是由鉆孔的控制范圍和有效半徑確定的，鉆孔的有效半徑為I. 5-2米。根據(jù)上述鉆孔的計(jì)算公式，可以計(jì)算出石門(mén)接煤與高(底)抽巷的穿層鉆孔3的長(zhǎng)度L和角度r。圖6示出了突出煤層掘進(jìn)工作面施工的順層鉆孔5，順層鉆孔5為鉆孔由煤層內(nèi)開(kāi)孔，施工至終止位置時(shí)達(dá)到煤層頂板I、煤層底板2或煤層中，突出煤層掘進(jìn)工作面施工的順煤層鉆孔通用計(jì)算公式如下鉆孔的長(zhǎng)度計(jì)算公式為L(zhǎng) = h/cosr ；鉆孔的角度計(jì)算公式為r= arctan [tanv*cos (w+p)]；其中，L為所求設(shè)計(jì)鉆孔的長(zhǎng)度；r為所求設(shè)計(jì)鉆孔的傾角；V為煤層的真傾角，根據(jù)煤層偽傾角換算煤層的真傾角，如圖7所示，tgv = tga/cos ω 或 tgv = tg a /sinr。 w為煤層的視傾向與真傾向之間的夾角，該夾角為計(jì)算需要的中間變量；P為鉆孔方位與巷道中線(xiàn)的夾角，該夾角是設(shè)計(jì)鉆孔的夾角；h為任意鉆孔開(kāi)孔位置與終孔位置在水平面上投影距離；在實(shí)際應(yīng)用中，可以將上述計(jì)算公式輸入至EXCEL表格，根據(jù)巷道施工實(shí)際需要，控制各個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)范圍，將參數(shù)輸入EXCEL表格，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)生成鉆孔的各個(gè)參數(shù)，提高鉆孔設(shè)計(jì)的工作效率。本發(fā)明實(shí)施例提供的鉆孔設(shè)計(jì)方法，根據(jù)煤層的產(chǎn)狀和厚度鉆孔的空間模型，根據(jù)空間模型能夠精確地確定鉆孔的起始位置、長(zhǎng)度、角度和數(shù)量等參數(shù)，能夠提高鉆孔的精度和鉆孔的利用率，并且能夠提高鉆孔利用率的設(shè)計(jì)效率。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種鉆孔設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括 確定煤層的產(chǎn)狀和厚度； 根據(jù)所述煤層的產(chǎn)狀和厚度確定根據(jù)鉆孔的空間模型； 根據(jù)所述空間模型確定鉆孔的角度和長(zhǎng)度； 根據(jù)鉆孔的有效半徑和鉆孔的范圍確定鉆孔的數(shù)量； 根據(jù)鉆孔的類(lèi)型確定鉆孔的起始位置； 根據(jù)鉆孔的角度、長(zhǎng)度、數(shù)量和起始位置實(shí)施鉆孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆孔設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述確定煤層的產(chǎn)狀和厚度，具體包括 根據(jù)石門(mén)揭煤前法距10米外施工的前探孔，計(jì)算得出煤層的厚度及煤層與巷道法距；根據(jù)法距10米外施工的前探兼測(cè)壓孔、巷道附近地質(zhì)勘探鉆孔資料、巷道迎頭調(diào)查得到煤巖層的地質(zhì)資料綜合分析出煤層的產(chǎn)狀和厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆孔設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述確定煤層的產(chǎn)狀和厚度，具體包括 根據(jù)巷道附近地質(zhì)勘探鉆孔資料、巷道掘進(jìn)期間施工的層位控制鉆孔、巷道實(shí)際調(diào)查測(cè)得的煤巖層的地質(zhì)資料綜合分析出煤層的產(chǎn)狀和厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鉆孔設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述鉆孔的長(zhǎng)度的計(jì)算公式為L(zhǎng) = Vm2 +N2 +H2 ; L為所設(shè)計(jì)的鉆孔的長(zhǎng)度； M為任意鉆孔長(zhǎng)方體模型的長(zhǎng)度； N為任意鉆孔長(zhǎng)方體模型的寬度； H為任意鉆孔長(zhǎng)方體模型的高度，即開(kāi)孔位置距煤層頂(底)板法距，可以根據(jù)鉆孔即巷道調(diào)查的資料分析獲得H的參數(shù)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鉆孔設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述鉆孔的角度的計(jì)算公式為r = arccos+n ； M = η/cos α ；Ν = m/cos β ； L α為煤巖層在巷道迎頭斷面上的視傾角，巷道迎頭斷面為工作人員進(jìn)入巷道后，面向迎頭的巷道停頭位置的斷面，或者是鉆場(chǎng)的工作人員進(jìn)入鉆場(chǎng)時(shí)正對(duì)的迎頭面；β為煤巖層在巷道掘進(jìn)方向上的傾角，巷道掘進(jìn)方向?yàn)橄锏朗┕さ姆轿?；η為任意鉆孔的起始位置與終止位置在巷道迎頭斷面上水平投影距離；η的長(zhǎng)度值可直接在二維地質(zhì)剖視圖上量取，是由鉆孔的控制范圍和有效半徑確定的，鉆孔的有效半徑為I. 5-2米； m為任意鉆孔的起始位置與終止位置在巷道掘進(jìn)方向上水平投影距離；m的長(zhǎng)度值可直接在二維地質(zhì)剖視圖上量取，是由鉆孔的控制范圍和有效半徑確定的，鉆孔的有效半徑為I. 5-2米； r為所設(shè)計(jì)的鉆孔的傾角，也就是鉆孔的長(zhǎng)度方向與煤層頂板或底板的夾角。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鉆孔設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述鉆孔的長(zhǎng)度的計(jì)算公式為L(zhǎng) = h/cosr ；h為任意鉆孔開(kāi)孔位置與終孔位置在水平面上投影距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或6所述的鉆孔設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述鉆孔的角度的計(jì)算公式為r = arctan [tanv*cos (w+p)]； V為煤層的真傾角，根據(jù)煤層偽傾角換算煤層的真傾角； w為煤層的視傾向與真傾向之間的夾角，該夾角為計(jì)算需要的中間變量； P為鉆孔方位與巷道中線(xiàn)的夾角，該夾角是設(shè)計(jì)鉆孔的夾角。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鉆孔設(shè)計(jì)方法，包括確定煤層的產(chǎn)狀和厚度；根據(jù)所述煤層的產(chǎn)狀和厚度確定鉆孔的空間模型，根據(jù)所述空間模型確定鉆孔的角度和長(zhǎng)度；根據(jù)鉆孔的有效半徑和鉆孔的范圍確定鉆孔的數(shù)量；根據(jù)鉆孔的類(lèi)型確定鉆孔的起始位置；根據(jù)鉆孔的角度、長(zhǎng)度、數(shù)量和起始位置實(shí)施鉆孔。本發(fā)明提供的鉆孔設(shè)計(jì)方法，根據(jù)煤層的產(chǎn)狀和厚度鉆孔的空間模型，根據(jù)空間模型能夠精確地確定鉆孔的起始位置、長(zhǎng)度、角度和數(shù)量等參數(shù)，能夠提高鉆孔的精度和鉆孔的利用率，并且能夠提高鉆孔利用率的設(shè)計(jì)效率。
文檔編號(hào)E21B7/00GK102953679SQ20111024116
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月22日
發(fā)明者郭慶, 蔡如法, 朱文, 王晉林, 劉凱, 朱亮 申請(qǐng)人:淮南礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司