鉆屑法預(yù)測圍巖沖擊危險預(yù)測技術(shù)實踐

韓樹標(biāo) 趙根喜

【摘要】本文介紹了運用煤峪口礦鉆屑法施工來預(yù)測礦井圍巖沖擊危險，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(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，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，從實際出發(fā)，運用鉆屑法施工技術(shù)，成功解決了我礦圍巖沖擊危險預(yù)測，收到了良好的效果。

2.研究方法

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

2.1.鉆屑法機理

鉆屑法是通過在煤層中鉆小直徑鉆孔，當(dāng)鉆孔進入煤體高應(yīng)力區(qū)時，鉆進過程呈現(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(yīng)力相當(dāng)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(yīng)力狀態(tài)的邊緣區(qū)進行鉆進，研究鉆進過程中的動態(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(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鉆機和分節(jié)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(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，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(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1m用稱重系統(tǒng)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(fù)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(qū)域進行的煤粉檢驗鉆測試鉆孔，發(fā)現(xiàn)5706順槽的鉆屑量很少且無伴隨的動力現(xiàn)象，沖擊危險性較低。最終確定在4#導(dǎo)向點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。

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過程中的每米鉆

屑量進行自動稱量并對伴隨的動力現(xiàn)象進行統(tǒng)計。

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)害危險性自動分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2.3.3.1.煤粉量分析

點擊煤礦動力災(zāi)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(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(fù)調(diào)整，導(dǎo)致該進尺過程中的煤粉量高于標(biāo)準(zhǔn)值，該數(shù)據(jù)無分析價值。

鉆孔H01的第8m煤粉量超標(biāo)，且在鉆進過程中出現(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個鉆孔進行綜合評價可看出，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。

3.結(jié)論

通過在5706順槽導(dǎo)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(shù)據(jù)進行了實時自動采集。利用本次項目配套研發(fā)的煤礦動力災(zāi)害危險性自動分析軟件，將鉆孔數(shù)據(jù)進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)域進行重點監(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)害檢驗與治理各項關(guān)鍵數(shù)據(jù)的自動化采集和整理，通過現(xiàn)場和實驗室實驗，對相關(guān)技術(shù)細節(jié)進行試驗，在單項技術(shù)試驗成功的基礎(chǔ)上，再進行整體合成。

4.2.同步進行理論研究，對檢驗參數(shù)與災(zāi)害危險性之間的內(nèi)在關(guān)系進行深入研究，建立明確可靠的理論關(guān)系，為檢驗鉆機的智能化災(zāi)害判別、治理鉆機的智能化鉆鑿參數(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)害危險性是最常用的基本方法，也是采用檢驗鉆判別災(zāi)害危險性的主要依據(jù)，其參數(shù)指標(biāo)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(shù)的理論計算，可實現(xiàn)對沖擊危險性的判別與預(yù)警。傳統(tǒng)鉆屑法數(shù)據(jù)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(yīng)用即可有效克服這種缺陷，真正實現(xiàn)動力災(zāi)害危險性判別與預(yù)警的智能化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。