鉆屑法預測圍巖沖擊危險預測技術實踐

韓樹標 趙根喜

【摘要】本文介紹了運用煤峪口礦鉆屑法施工來預測礦井圍巖沖擊危險，解決了礦井安全生產所面臨威脅，取得了積極的效果，收到了良好的社會和經濟效益，為礦井的健康發展奠定了基礎。

【關鍵詞】鉆屑法預測沖擊危險實踐

1.引言

煤峪口礦是一個具有近百年開采歷史的老礦井，隨著時間的推移，井田范圍內的11～12#層307盤區已全部開采完，同時14#層8702、8705、8704、8707也已結束開采，所以盤區西部巷道礦壓顯現相對比較明顯，表現為盤區集中壓力大，動壓顯現破壞頻繁發生，如何做好動壓顯現的預測預報，就成為礦井安全生產所面臨的一個重要任務，為此我礦充分依靠現代科技，從實際出發，運用鉆屑法施工技術，成功解決了我礦圍巖沖擊危險預測，收到了良好的效果。

2.研究方法

根據煤峪口礦實際情況，確定回采工作面沖擊地壓監測方法采用鉆屑法。

2.1.鉆屑法機理

鉆屑法是通過在煤層中鉆小直徑鉆孔，當鉆孔進入煤體高應力區時，鉆進過程呈現動態特征，孔壁煤體部分可能突然擠入孔內，并伴有振動、聲響或微沖擊等現象，單位長度排出的煤粉量大于正常量，鉆屑粒度增大，可能出現卡鉆現象。為了及時客觀地評價采掘地點的沖擊危險程度，必須適時確定支承壓力帶峰值大小和位置。但是直接測定煤層應力相當困難，尚沒有可靠方法。一般采用相對評價的方法，對處于極限應力狀態的邊緣區進行鉆進，研究鉆進過程中的動態效應與煤體應力之間的關系，從而判定沖擊危險性。

2.2.施工方法

2.2.1.鉆屑法檢驗始終超前工作面煤壁20-40m，鉆孔每幫布置一個，直徑42mm，長度20米，鉆孔間距2m，從鉆進第2米時開始稱重。

2.2.2.監測鉆孔應布置在距巷道底板1.2-1.5m處的煤層內，巷道兩幫監測鉆孔要垂直于巷道壁、平行于煤層布置，鉆頭直徑42mm。

2.2.3.煤粉監測使用ZQJ-160鉆機和分節麻花鉆桿，鉆進速度要均勻，推力和鉆孔成一條直線，每1～2分鐘鉆進1m。

2.2.4.做好現場記錄，按稱重系統說明書記錄。判定工作面有沖擊危險，采取卸壓措施。

2.2.5.施工機具

施工機具包括：ZQJ-160氣動鉆機：1臺；鉆桿：插銷式麻花鉆桿，每節長1.0m，20節；稱重系統；

2.2.6.人員配備

工程技術人員2名，鉆機工人2名；安科公司技術人員2名。

2.2.7.工作流程

2.2.7.1.在巷道兩幫鉆孔，并依次標定孔1、孔2、孔3……；

2.2.7.2.連接鉆頭、鉆桿，最后打鉆；

2.2.7.3.打完第1 m后，將稱重系統放在孔口下方，開始收集煤粉；

2.2.7.4.自第2m開始，每鉆進1m用稱重系統收集一次煤粉，并進行稱重記錄。稱重前將自煤壁頂板掉入煤粉中的大塊碎煤等雜物挑選出去再進行稱重。直至鉆進20m，共收集稱重4份煤粉；

2.2.7.5.重復步驟以上第2～4步。

2.3.沖擊危險性檢驗過程

通過分別在該區域進行的煤粉檢驗鉆測試鉆孔，發現5706順槽的鉆屑量很少且無伴隨的動力現象，沖擊危險性較低。最終確定在4#導向點972.531左右兩側一共施工5個鉆孔，具體孔口位置以方便操作為宜。鉆孔從5706順槽由內到外的方向對鉆孔進行編號，分別為H01～H05。

2.3.1.鉆孔參數

鉆孔深度10m，鉆孔直徑42mm，孔口高度距底板1m左右，平行于煤層施工，保證始終在煤層內鉆進。

2.3.2.鉆屑量數據

施工鉆孔的同時，使用手持式記錄儀對鉆孔鉆進過程中的每米鉆

屑量進行自動稱量并對伴隨的動力現象進行統計。

2.3.3.數據分析

將手持式采集儀內的鉆孔數據導入至地面電腦內，利用配套研發的煤礦動力災害危險性自動分析軟件進行數據分析。

2.3.3.1.煤粉量分析

點擊煤礦動力災害危險性自動分析軟件的多孔分析按鍵，選擇煤粉量分析功能，軟件自動將5個鉆孔的煤粉量曲線進行匯總并對比。

由煤粉量分析可看出，本次施工的5個鉆孔中，煤粉量超標的有鉆孔H02的第2m，鉆孔H01的第8m，鉆孔H03和H04的第10m，鉆孔H05的第8-10m。

根據現場實際情況，鉆孔H02的鉆進過程中是由于工人對新鉆機不太熟悉，鉆頭角度在反復調整，導致該進尺過程中的煤粉量高于標準值，該數據無分析價值。

鉆孔H01的第8m煤粉量超標，且在鉆進過程中出現卡鉆現象，說明該位置附近的應力集中較其他區域明顯。隨后施工的第9和第10m煤粉量恢復到正常值范圍內且無動力現象發生，該鉆孔一直未見大顆粒煤粉出現，可以判斷該施工位置的第8m附近存在應力集中現象，但并不嚴重。鉆孔H03和H04的第10m也是類似情況。

鉆孔H05的第8-10m明顯煤粉量超標，且第7-10m一直伴隨有卡鉆和頂鉆現象發生，說明該鉆孔位置的8-10m處應力集中明顯。

2.3.3.2.動力現象分析

選擇軟件的動力現象分析功能可以看出，鉆孔H01的第8m存在卡鉆現象；鉆孔H02的第2m存在卡鉆現象，第7m存在吸鉆現象；鉆孔H03的第1m存在煤炮現象，第2m存在卡鉆現象，第5m存在頂鉆現象，第10m存在卡鉆現象；鉆孔H04的無動力現象；鉆孔H05的第7-10m存在卡鉆現象，第8m同時存在頂鉆現象。

通過動力現象的分析對比，可以明顯看出鉆孔H01和H05的伴生動力現象較為明顯。

2.3.3.3.綜合分析

綜合煤粉量和動力現象的分析結果，對本次施工的5個鉆孔進行綜合評價可看出，鉆孔H02的第2m為黃色預警，鉆孔H05的第8和10m為黃色預警。結合上述分析可知，H02的第2m存在較大的人為因素干擾，所以可忽略不計。

3.結論

通過在5706順槽導向點972.531附近施工了5個煤粉檢驗鉆孔，并使用手持式采集儀對鉆孔數據進行了實時自動采集。利用本次項目配套研發的煤礦動力災害危險性自動分析軟件，將鉆孔數據進行匯總并分別針對煤粉量和動力現象逐個分析，最終發現鉆孔H05的第8-10m存在應力集中現象，處于黃色預警狀態，應對該區域進行重點監控，并采取適當的卸壓措施。

4.推廣應用前景及存在的問題

4.1.分類完成災害檢驗與治理各項關鍵數據的自動化采集和整理，通過現場和實驗室實驗，對相關技術細節進行試驗，在單項技術試驗成功的基礎上，再進行整體合成。

4.2.同步進行理論研究，對檢驗參數與災害危險性之間的內在關系進行深入研究，建立明確可靠的理論關系，為檢驗鉆機的智能化災害判別、治理鉆機的智能化鉆鑿參數即時優化提供理論依據，并據此編制相應的應用軟件。

基于鉆屑法研究煤礦動力災害危險性是最常用的基本方法，也是采用檢驗鉆判別災害危險性的主要依據，其參數指標包括打鉆過程中單位進尺排出的煤粉重量以及頂鉆、卡鉆、吸鉆和煤炮頻次。通過對各參數的理論計算，可實現對沖擊危險性的判別與預警。傳統鉆屑法數據的獲取和危險性判別主要靠人工完成，主觀因素影響過大，智能化軟件的編制應用即可有效克服這種缺陷，真正實現動力災害危險性判別與預警的智能化、規范化和標準化。