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钻孔抽放瓦斯是煤矿井工开采中最常用的瓦斯治理手段,由此瓦斯矿井需要施工大量的顺层或穿层钻孔。瓦斯抽采中,瓦斯浓度低一直是制约抽采效率的工程难题,而其中涉及的关键问题之一是如何确定钻孔合理封孔深度:封孔深度过深,会造成抽采的盲区;而过浅则会使空气从巷道表面进入钻孔从而会降低瓦斯浓度。要确定合理的钻孔封孔深度,需要掌握巷道围岩中的损伤区和应力分布情况,而目前尚缺少相关的可广泛实施的技术。煤矿井下钻机的响应与岩体的状态密切相关,工人在施工钻孔的过程中,可以根据钻机在钻进时的响应推测煤岩体的状态,但目前此类信息的获取主要依靠施工人员的素质与经验,这难免会造成信息获取的不完整和不可靠。为此,本文自主研发了液压钻机钻进参数采集仪器并对淮北海孜煤矿III 1011工作面的瓦斯抽采孔的钻进过程进行了监测,基于监测数据,分析了巷道围岩岩体地质状态与钻机运行参数的关联,根据分析结果提出了一种确定瓦斯抽采钻孔合理封孔深度的方法,论文取得如下成果:(1)通过对煤矿全液压钻机结构的分析,研制了适用于煤矿全液压钻机的本安型钻机钻进参数采集仪器,所研制的钻参仪由3个部分构成,即数据采集模块、控制模块、供电模块。数据采集模块是钻参仪采集数据的基础,主要由压力传感器、拉线位移传感器、霍尔转速传感器组成;控制模块是钻参仪的核心部件,实现钻参仪记录、显示和分析处理的功能;供电模块为钻参仪提供工作时所需的电能,由镍氢电池组成。(2)使用自主研发的钻参仪对瓦斯抽采孔钻进过程中钻机参数进行了采集,分析了钻机运行参数与岩体状态的关联,结果表明:(1)在顺层钻孔中,钻机的空转压力随着钻孔深度的增加而不断地增大,且在距离巷道围岩表面一定深度处,会产生突变;(2)利用钻机在钻进和撤钻过程中的旋转压力及位移变化特征可以对孔内异常钻进状态进行分析,指导钻机钻进。(3)为了掌握钻机空转压力突变的原因及其与岩体状态的关联机理,利用数值模拟软件FLAC3D对巷道开挖和钻孔的钻进过程进行了仿真分析,获得了沿钻孔方向的应力、渗透率和瓦斯压力的分布规律。结果表明:塑性变形和瓦斯压力是导致钻机空转压力提高的主要原因,利用钻机的空转压力的变化可实时、定量地确定围岩损伤区的范围及应力集中位置。(4)为了研究不同钻孔封孔深度对瓦斯抽采效率的影响,进而确定合理的封孔深度,对顺层钻孔不同封孔深度下的瓦斯抽采渗流过程进行了数值模拟,基于达西定律,提出两个衡量空气渗流难易的参数,即渗流阻力和等效渗流速度,根据上述参数,对气体沿钻孔方向与垂直钻孔方向的渗流过程进行了分析,结果表明:顺层钻孔瓦斯封孔深度应该略超过围岩中的应力集中区。而应力集中区域可通过钻机的空转压力实时确定,对于海孜煤矿试验地点,确定的应力集中区位于围岩内14 m,因此建议的合理封孔深度为16 m,现场采用该封孔深度取得了较好的抽采效果。