CN113591245B - 一种超前钻探设计中钻孔自动布置的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超前钻探设计中钻孔自动布置的方法、装置、设备及介质，应用于在掘进方向的正前方沿巷道中心线布置的中心钻孔，以及在巷道的左右两帮分布的帮孔，该方法包括：根据中心钻孔的孔深、帮距和巷道的宽度计算帮孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深、方位角及与巷道中心线的水平夹角。通过采用本发明中钻孔布置的设计方法，可以自动计算出钻孔的方位角、倾角、孔深等关键参数，并且满足煤矿防治水关于钻孔设计的相关技术参数的规定要求，提高了探放水设计的准确性，保障探放水工程真实有效。
Description
技术领域
本发明属于煤矿安全领域，涉及到煤矿井下掘进工作面超前探作业钻孔布置方式的设计方法。
背景技术
我国煤矿开采煤层多，地下断层、陷落柱等地质构造普遍发育，导致水文地质条件极其复杂，在煤矿井下掘进工作面掘进过程中，不明确掘进前方遇到的水文地质情况，因此在掘进作业之前必须进行探放水作业，做好矿井水害防治工作，查明巷道掘进工作面前方、两侧20米范围内有无小窑空区和老空积水区、断层、陷落柱、顶板富水区等地质构造，消除突水危险，确保安全生产。根据“预测预报、探掘分离、有掘必探、先探后掘、先治后采”的探放水原则，井巷掘进开口前就必须先进行打钻探水，确认无水患后再往前掘进并留一定的超前距，掘进到预留超前距位置后停下，再进行探水，依此类推直至所掘巷道到达设计位置。
现有探放水设计主要依靠水文地质专业技术人员人为主观判断，设计不合理不能满足煤矿《防治水细则》规定要求，钻孔布置参数不准确，存在很大的风险隐患。导致煤矿防治水规定不能真正落实，很容易导致水害事故的发生。具体来说，因煤矿专业技术力量不足，水文地质专业技术人员短缺，导致探放水钻孔设计不合理；同时水文地质专业技术人员技术水平参差不齐，布置的探放水钻孔参数可能存在错误，无法对矿井的探放水作业进行专业设计。总之，专业技能不能满足煤矿防治水的真实需求，从而造成水患的探查和防治不利，这也是导致水害事故发生的直接原因。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤矿超前钻探设计中钻孔自动布置的方法，解决煤矿防治水领域中现有的探放水钻孔设计不合理的技术问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种超前钻探设计中钻孔自动布置的方法，应用于在掘进方向的正前方沿巷道中心线布置的中心钻孔，以及在巷道的左右两帮分布的帮孔，所述方法包括：
根据中心钻孔的孔深、帮距和巷道的宽度计算帮孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深、方位角及与巷道中心线的水平夹角。
进一步，设中心钻孔的孔深H0、帮距b和巷道的宽度c；
所述帮孔的孔深H1的计算公式为：
所述帮孔与巷道中心线的水平夹角β计算公式为：
所述帮孔的方位角Az＝360°-β。
进一步，该方法还包括：
根据巷道的高度、沿巷道中心线布置的中心孔的孔深和中心孔距巷道地板的高度计算上方钻孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深和最大倾角。
进一步，设巷道的高度为d，沿巷道中心线布置的中心孔距巷道地板的高度为e，则水平夹角0°上方钻孔孔深H3计算公式为：
上方钻孔最大倾角α计算公式为：
进一步，该方法还包括：
计算所述中心孔的孔深与预设的超前距之差，得到允许掘进距离。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种超前钻探设计中钻孔自动布置的装置，应用于在掘进方向的正前方沿巷道中心线布置的中心钻孔，以及在巷道的左右两帮分布的帮孔，包括：
帮孔参数计算模块，用于根据中心钻孔的孔深、帮距和巷道的宽度计算帮孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深、方位角及与巷道中心线的水平夹角。
进一步，该装置还包括：
上方钻孔参数计算模块，用于根据巷道的高度、沿巷道中心线布置的中心孔的孔深和中心孔距巷道地板的高度计算上方钻孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深和最大倾角。
进一步，该装置还包括：
允许掘进距离计算模块，用于计算所述中心孔的孔深与预设的超前距之差，得到允许掘进距离。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种终端设备，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。
根据本发明实施例的第四方面，提供一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过采用本发明中钻孔布置的设计方法，可以自动计算出钻孔的方位角、倾角、孔深等关键参数，并且满足煤矿防治水关于钻孔设计的相关技术参数的规定要求，提高了探放水设计的准确性，保障探放水工程真实有效。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本发明实施例的钻孔布置平面图；
图2为本发明实施例的钻孔布置剖面图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
《防治水细则》第43条第二款指出：探放断裂构造水和岩溶水等时，探水钻孔沿掘进方向的正前方及含水体方向呈扇形布置，钻孔不得少于3个，其中含水体方向的钻孔不得少于2个。另外，根据煤矿《防治水细则》相关规定，探放水作业过程中，始终确保钻孔沿巷道掘进前方所控制范围超前于掘进工作面迎头的距离(以下简称：超前距)不得小于30米，最外侧帮孔所控制的范围与巷道两帮的最小安全距离(以下简称帮距)不小于20米，许多人工主观判断估算过程中，没有考虑到这两个关键参数，或者关键参数计算方法存在问题，本发明实施例中，通过水平方位和垂直方位的综合考虑计算，可得出科学有效的结论。
按照上述规定，探放水的钻探作业中在掘进方向的正前方会有一个沿巷道中心线布置的中心钻孔，该钻孔的水平角视其为0°，在忽略煤层倾角的情况下，该钻孔的倾角与巷道底板坡度平行，倾角视其为0°，在巷道的左右两帮还会分布一定数量的帮孔，参照上述规定，则钻探的孔深必须大于30米，最外侧帮孔距巷道帮的距离(即帮距)不小于20米。
本发明实施例提供一种超前钻探设计中钻孔自动布置的方法，包括：
根据中心钻孔的孔深H0、帮距b和巷道的宽度c计算帮孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深H1、方位角及与巷道中心线的水平夹角；
具体的，如图1所示，以左帮孔的钻孔参数的计算过程为例，设中心钻孔的孔深为H0，左帮孔的帮距为b，巷道的参数为c，因此按照上述规定，沿巷道中心线布置的中心孔的终孔位置和最外侧的帮孔的终孔位置距离必须大于b+c/2,否则钻孔布置不满足规定。
因此，左帮孔的孔深H1计算公式为：
左帮孔与巷道中心线的水平夹角β计算公式为：
左帮孔的方位角Az＝360°-β(可根据巷道方位角修正)
右帮钻孔参数计算方式同理，通过以上计算方法就可以快速准确设计出钻孔的详细孔参数，包括孔深、方位角、与巷道中心线水平夹角。
由于钻探的孔为本煤层孔，即钻孔范围不得超出巷道顶板，为满足这一要求，可选地，在该实施例中，该方法还包括：
如图2所示，设巷道的高度为d，沿巷道中心线布置的中心孔距巷道地板的高度为e，则钻孔距巷道顶板的高度为：(d-e)米，因此可以得出水平夹角0°上方钻孔孔深H3计算公式为：
上方钻孔最大倾角α计算公式为：
因此可以得出想要在本煤层钻探，布置钻孔最大倾角α的值，通过以上计算方法就可以快速准确设计出钻孔的详细孔参数，包括孔深、方位角、倾角、与巷道中心线水平夹角。
最后，为确定允许掘进距离，可选地，在本实施例中，该方法还包括：
如图1所示，设超前距为a，则允许掘进距离为中心孔的孔深与超前距之差，即L＝H0-a。
与上述方法实施例相对应地，本发明实施例还提供一种超前钻探设计中钻孔自动布置的装置，应用于在掘进方向的正前方沿巷道中心线布置的中心钻孔，以及在巷道的左右两帮分布的帮孔，该装置包括：
帮孔参数计算模块，用于根据中心钻孔的孔深、帮距和巷道的宽度计算帮孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深、方位角及与巷道中心线的水平夹角。
可选地，在该实施例中，该装置还包括：
上方钻孔参数计算模块，用于根据巷道的高度、沿巷道中心线布置的中心孔的孔深和中心孔距巷道地板的高度计算上方钻孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深和最大倾角。
可选地，在该实施例中，该装置还包括：
允许掘进距离计算模块，用于计算所述中心孔的孔深与预设的超前距之差，得到允许掘进距离。
根据本发明的方法可以实现为一种计算设备，该计算设备包括存储器和处理器。
处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)，和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等等)、磁性软盘等等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。
存储器上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器处理时，可以使处理器执行上文述及的方法中的部分或全部。
此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本发明的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。
或者，本发明还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质(或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当所述可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被电子设备(或计算设备、服务器等)的处理器执行时，使所述处理器执行根据本发明的上述方法的各个步骤的部分或全部。
上文中已经参考附图详细描述了本发明的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。另外，可以理解，本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本发明实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (6)
1.一种超前钻探设计中钻孔自动布置的方法，应用于在掘进方向的正前方沿巷道中心线布置的中心钻孔，以及在巷道的左右两帮分布的帮孔，其特征在于，所述方法包括：
根据中心钻孔的孔深、帮距和巷道的宽度计算帮孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深、方位角及与巷道中心线的水平夹角；
根据巷道的高度、沿巷道中心线布置的中心孔的孔深和中心孔距巷道地板的高度计算上方钻孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深和最大倾角；
设中心钻孔的孔深H0、帮距b和巷道的宽度c；
所述帮孔的孔深H1的计算公式为：
所述帮孔与巷道中心线的水平夹角β计算公式为：
所述帮孔的方位角Az＝360°-β；
设巷道的高度为d，沿巷道中心线布置的中心孔距巷道地板的高度为e，则水平夹角0°上方钻孔孔深H3计算公式为：
上方钻孔最大倾角α计算公式为：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
计算所述中心孔的孔深与预设的超前距之差，得到允许掘进距离。
3.一种超前钻探设计中钻孔自动布置的装置，应用于在掘进方向的正前方沿巷道中心线布置的中心钻孔，以及在巷道的左右两帮分布的帮孔，其特征在于，所述装置包括：
帮孔参数计算模块，用于根据中心钻孔的孔深、帮距和巷道的宽度计算帮孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深、方位角及与巷道中心线的水平夹角；
上方钻孔参数计算模块，用于根据巷道的高度、沿巷道中心线布置的中心孔的孔深和中心孔距巷道地板的高度计算上方钻孔的钻孔参数，所述钻孔参数包括孔深和最大倾角；
设中心钻孔的孔深H0、帮距b和巷道的宽度c；
所述帮孔的孔深H1的计算公式为：
所述帮孔与巷道中心线的水平夹角β计算公式为：
所述帮孔的方位角Az＝360°-β；
设巷道的高度为d，沿巷道中心线布置的中心孔距巷道地板的高度为e，则水平夹角0°上方钻孔孔深H3计算公式为：
上方钻孔最大倾角α计算公式为：
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括：
允许掘进距离计算模块，用于计算所述中心孔的孔深与预设的超前距之差，得到允许掘进距离。
5.一种终端设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1或2所述的方法。
6.一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，其特征在于，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1或2所述的方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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