鉆屑法預(yù)測圍巖沖擊危險(xiǎn)預(yù)測技術(shù)實(shí)踐

韓樹標(biāo) 趙根喜

【摘要】本文介紹了運(yùn)用煤峪口礦鉆屑法施工來預(yù)測礦井圍巖沖擊危險(xiǎn)，解決了礦井安全生產(chǎn)所面臨威脅，取得了積極的效果，收到了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，為礦井的健康發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】鉆屑法預(yù)測沖擊危險(xiǎn)實(shí)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(nèi)的11～12#層307盤區(qū)已全部開采完，同時14#層8702、8705、8704、8707也已結(jié)束開采，所以盤區(qū)西部巷道礦壓顯現(xiàn)相對比較明顯，表現(xiàn)為盤區(qū)集中壓力大，動壓顯現(xiàn)破壞頻繁發(fā)生，如何做好動壓顯現(xiàn)的預(yù)測預(yù)報(bào)，就成為礦井安全生產(chǎn)所面臨的一個重要任務(wù)，為此我礦充分依靠現(xiàn)代科技，從實(shí)際出發(fā)，運(yùn)用鉆屑法施工技術(shù)，成功解決了我礦圍巖沖擊危險(xiǎn)預(yù)測，收到了良好的效果。

2.研究方法

根據(jù)煤峪口礦實(shí)際情況，確定回采工作面沖擊地壓監(jiān)測方法采用鉆屑法。

2.1.鉆屑法機(jī)理

鉆屑法是通過在煤層中鉆小直徑鉆孔，當(dāng)鉆孔進(jìn)入煤體高應(yīng)力區(qū)時，鉆進(jìn)過程呈現(xiàn)動態(tài)特征，孔壁煤體部分可能突然擠入孔內(nèi)，并伴有振動、聲響或微沖擊等現(xiàn)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(xiàn)卡鉆現(xiàn)象。為了及時客觀地評價(jià)采掘地點(diǎn)的沖擊危險(xiǎn)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(yīng)力相當(dāng)困難，尚沒有可靠方法。一般采用相對評價(jià)的方法，對處于極限應(yīng)力狀態(tài)的邊緣區(qū)進(jìn)行鉆進(jìn)，研究鉆進(jìn)過程中的動態(tài)效應(yīng)與煤體應(yīng)力之間的關(guān)系，從而判定沖擊危險(xiǎn)性。

2.2.施工方法

2.2.1.鉆屑法檢驗(yàn)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(jìn)第2米時開始稱重。

2.2.2.監(jiān)測鉆孔應(yīng)布置在距巷道底板1.2-1.5m處的煤層內(nèi)，巷道兩幫監(jiān)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(jiān)測使用ZQJ-160鉆機(jī)和分節(jié)麻花鉆桿，鉆進(jìn)速度要均勻，推力和鉆孔成一條直線，每1～2分鐘鉆進(jìn)1m。

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

2.2.5.施工機(jī)具

施工機(jī)具包括：ZQJ-160氣動鉆機(jī)：1臺；鉆桿：插銷式麻花鉆桿，每節(jié)長1.0m，20節(jié)；稱重系統(tǒng)；

2.2.6.人員配備

工程技術(shù)人員2名，鉆機(jī)工人2名；安科公司技術(shù)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(biāo)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(tǒng)放在孔口下方，開始收集煤粉；

2.2.7.4.自第2m開始，每鉆進(jìn)1m用稱重系統(tǒng)收集一次煤粉，并進(jìn)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(jìn)行稱重。直至鉆進(jìn)20m，共收集稱重4份煤粉；

2.2.7.5.重復(fù)步驟以上第2～4步。

2.3.沖擊危險(xiǎn)性檢驗(yàn)過程

通過分別在該區(qū)域進(jìn)行的煤粉檢驗(yàn)鉆測試鉆孔，發(fā)現(xiàn)5706順槽的鉆屑量很少且無伴隨的動力現(xiàn)象，沖擊危險(xiǎn)性較低。最終確定在4#導(dǎo)向點(diǎn)972.531左右兩側(cè)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(nèi)到外的方向?qū)︺@孔進(jìn)行編號，分別為H01～H05。

2.3.1.鉆孔參數(shù)

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(nèi)鉆進(jìn)。

2.3.2.鉆屑量數(shù)據(jù)

施工鉆孔的同時，使用手持式記錄儀對鉆孔鉆進(jìn)過程中的每米鉆

屑量進(jìn)行自動稱量并對伴隨的動力現(xiàn)象進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.3.3.數(shù)據(jù)分析

將手持式采集儀內(nèi)的鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入至地面電腦內(nèi)，利用配套研發(fā)的煤礦動力災(zāi)害危險(xiǎn)性自動分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.3.3.1.煤粉量分析

點(diǎn)擊煤礦動力災(zāi)害危險(xiǎn)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(jìn)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(biāo)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(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，鉆孔H02的鉆進(jìn)過程中是由于工人對新鉆機(jī)不太熟悉，鉆頭角度在反復(fù)調(diào)整，導(dǎo)致該進(jìn)尺過程中的煤粉量高于標(biāo)準(zhǔn)值，該數(shù)據(jù)無分析價(jià)值。

鉆孔H01的第8m煤粉量超標(biāo)，且在鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，說明該位置附近的應(yīng)力集中較其他區(qū)域明顯。隨后施工的第9和第10m煤粉量恢復(fù)到正常值范圍內(nèi)且無動力現(xiàn)象發(fā)生，該鉆孔一直未見大顆粒煤粉出現(xiàn)，可以判斷該施工位置的第8m附近存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，但并不嚴(yán)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(biāo)，且第7-10m一直伴隨有卡鉆和頂鉆現(xiàn)象發(fā)生，說明該鉆孔位置的8-10m處應(yīng)力集中明顯。

2.3.3.2.動力現(xiàn)象分析

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

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

2.3.3.3.綜合分析

綜合煤粉量和動力現(xiàn)象的分析結(jié)果，對本次施工的5個鉆孔進(jìn)行綜合評價(jià)可看出，鉆孔H02的第2m為黃色預(yù)警，鉆孔H05的第8和10m為黃色預(yù)警。結(jié)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(jì)。

3.結(jié)論

通過在5706順槽導(dǎo)向點(diǎn)972.531附近施工了5個煤粉檢驗(yàn)鉆孔，并使用手持式采集儀對鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)時自動采集。利用本次項(xiàng)目配套研發(fā)的煤礦動力災(zāi)害危險(xiǎn)性自動分析軟件，將鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總并分別針對煤粉量和動力現(xiàn)象逐個分析，最終發(fā)現(xiàn)鉆孔H05的第8-10m存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，處于黃色預(yù)警狀態(tài)，應(yīng)對該區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，并采取適當(dāng)?shù)男秹捍胧?/p>

4.推廣應(yīng)用前景及存在的問題

4.1.分類完成災(zāi)害檢驗(yàn)與治理各項(xiàng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的自動化采集和整理，通過現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，對相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行試驗(yàn)，在單項(xiàng)技術(shù)試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行整體合成。

4.2.同步進(jìn)行理論研究，對檢驗(yàn)參數(shù)與災(zāi)害危險(xiǎn)性之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行深入研究，建立明確可靠的理論關(guān)系，為檢驗(yàn)鉆機(jī)的智能化災(zāi)害判別、治理鉆機(jī)的智能化鉆鑿參數(shù)即時優(yōu)化提供理論依據(jù)，并據(jù)此編制相應(yīng)的應(yīng)用軟件。

基于鉆屑法研究煤礦動力災(zāi)害危險(xiǎn)性是最常用的基本方法，也是采用檢驗(yàn)鉆判別災(zāi)害危險(xiǎn)性的主要依據(jù)，其參數(shù)指標(biāo)包括打鉆過程中單位進(jìn)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(shù)的理論計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)對沖擊危險(xiǎn)性的判別與預(yù)警。傳統(tǒng)鉆屑法數(shù)據(jù)的獲取和危險(xiǎn)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(yīng)用即可有效克服這種缺陷，真正實(shí)現(xiàn)動力災(zāi)害危險(xiǎn)性判別與預(yù)警的智能化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。