沖擊地壓工作面鉆屑法監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

杜則銘

摘 要：該文在分析了大興煤礦7-2煤層沖擊地壓工作面地質(zhì)條件和開(kāi)采特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用鉆屑法對(duì)工作面采掘期間的沖擊危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析鉆屑法的監(jiān)測(cè)原理及判斷準(zhǔn)則，對(duì)北二700工作面沖擊危險(xiǎn)性進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)比卸壓前后的鉆屑煤粉量，及時(shí)卸壓，鉆屑量遠(yuǎn)低于臨近值，明確了工作面沖擊危險(xiǎn)區(qū)域的危險(xiǎn)性降低，可以進(jìn)行安全回采。

關(guān)鍵詞：沖擊地壓 沖擊危險(xiǎn)性 鉆屑法 監(jiān)測(cè)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TD32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）10（b）-0052-02

沖擊地壓是世界范圍內(nèi)煤礦開(kāi)采的最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，尤其是隨著開(kāi)采深度的增加、開(kāi)采強(qiáng)度的加大、開(kāi)采條件的復(fù)雜化，在深部煤層開(kāi)采中沖擊地壓危險(xiǎn)性越來(lái)越大、沖擊地壓事件越來(lái)越多，已經(jīng)成為制約煤礦深部安全高效生產(chǎn)的最主要災(zāi)害之一。沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)警與治理作為世界范圍內(nèi)采礦界的難題，依然沒(méi)有得到有效解決。沖擊地壓監(jiān)測(cè)與治理已經(jīng)成為很多煤礦生產(chǎn)安全的最薄弱環(huán)節(jié)，沖擊威脅何時(shí)來(lái)，發(fā)生沖擊后導(dǎo)致什么樣的后果，是目前礦井安全生產(chǎn)面臨的主要問(wèn)題。

1 工作面概況

北二700工作面位于北二采區(qū)東北部工作面地表為農(nóng)田地，地表平坦工作面井下標(biāo)高約為-507～-543 m，埋深約為570～620 m；工作面井下標(biāo)高約為-507～-543 m，埋深約為570～620 m；工作面位于7-2煤層，煤層厚度在5.20～6.35之間，平均為5.78 m。煤層1～4層，夾石0～3層，一般厚0.29 m。該面煤層呈黑色，玻璃光澤，平坦斷口，塊狀構(gòu)造。煤層垂直節(jié)理發(fā)育，走向近東西。煤的自燃發(fā)火期為1～3個(gè)，煤塵爆炸指數(shù)40%。該工作面煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般有3層夾石，夾石厚約為0.28 m。巖性以炭泥巖為主，硬度小。

基本頂：巖性為粗砂巖，灰白色，以長(zhǎng)石、石英為主，砂泥質(zhì)膠結(jié)，厚度一般為10.38 m，硬度為5。

直接頂：巖性以泥巖、粉砂巖為主，灰-灰黑色，致密，泥質(zhì)膠結(jié)，具斜層理和微波狀層理，厚度8.60 m，硬度3～4。

底板：巖性為粉砂巖、細(xì)砂巖，厚度3～5 m，部分區(qū)域甚至厚度增加。

大興煤礦7-2煤層開(kāi)采工作面具有埋深大、構(gòu)造復(fù)雜（斷層發(fā)育豐富）、煤層群開(kāi)采、臨近采空區(qū)等特點(diǎn)，易于出現(xiàn)應(yīng)力集中和能量積聚，相鄰工作面開(kāi)采時(shí)動(dòng)壓顯現(xiàn)明顯（地表建筑物能夠產(chǎn)生顯現(xiàn)），在重力應(yīng)力場(chǎng)約束下保存的構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)和采動(dòng)造成的集中應(yīng)力足以使煤（巖）體產(chǎn)生破壞，存在發(fā)生破壞性動(dòng)力災(zāi)害（沖擊地壓）的可能。

2 鉆屑法監(jiān)測(cè)原理

2.1 鉆屑法簡(jiǎn)介

鉆屑法是通過(guò)在煤層中鉆小直徑鉆孔（直徑42～50 mm），分析鉆孔在不同深度所排出的煤粉量和變化規(guī)律以及有關(guān)動(dòng)力現(xiàn)象來(lái)判斷沖擊危險(xiǎn)的一種方法，以接觸沖擊地壓的危險(xiǎn)性。

2.2 鉆屑法監(jiān)測(cè)原理

鉆屑法的原理就是通過(guò)測(cè)量鉆孔煤粉量的大小來(lái)確定相應(yīng)的煤體應(yīng)力狀態(tài)，所以，研究煤粉量與煤體應(yīng)力之間的定量關(guān)系是實(shí)施鉆屑法的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也是近代巖體力學(xué)的一個(gè)嶄新課題——煤體鉆孔力學(xué)研究的主要內(nèi)容。國(guó)際上不少學(xué)者進(jìn)行了理論分析、室內(nèi)模擬和實(shí)測(cè)試驗(yàn)。此外，若將煤粉鉆孔視為在沖擊危險(xiǎn)區(qū)開(kāi)掘了一個(gè)微型巷道，那么制造煤粉鉆孔，就猶如規(guī)模大幅度縮小了的動(dòng)力現(xiàn)象模擬試驗(yàn)。打鉆時(shí)鉆孔沖擊、粒度、推進(jìn)時(shí)間和推進(jìn)力的變化以及鉆桿被夾持等有關(guān)動(dòng)力效應(yīng)，都是可以成為鑒別沖擊危險(xiǎn)的可能性依據(jù)。

3 鉆屑法監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)施

3.1 監(jiān)測(cè)方案

在工作面回采期間對(duì)回風(fēng)巷進(jìn)行鉆屑法監(jiān)測(cè)，尤其是觀(guān)測(cè)已劃分的沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域，若發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)，則及時(shí)卸壓。對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行鉆孔煤粉量，是根據(jù)煤粉量的大小來(lái)判斷其危險(xiǎn)性，同時(shí)依據(jù)鉆孔鉆進(jìn)過(guò)程的微沖擊現(xiàn)象和吸鉆卡鉆等微沖擊現(xiàn)象，進(jìn)行沖擊危險(xiǎn)判定。

使用煤電鉆或風(fēng)煤鉆打測(cè)試鉆孔時(shí)，采用插銷(xiāo)式聯(lián)接的麻花鉆桿，每節(jié)長(zhǎng)為1 m，Φ42 mm的鉆頭，鉆孔深度為7.0 m。用膠結(jié)袋收集鉆出的煤粉，用容器測(cè)量煤粉的體積或用彈簧秤稱(chēng)量煤粉的重量，每鉆進(jìn)1.0 m測(cè)量1次鉆屑量。用專(zhuān)用表格記錄打眼地點(diǎn)、時(shí)間以及鉆屑排出量，還有打眼過(guò)程中出現(xiàn)的鉆桿跳動(dòng)、卡鉆、劈裂聲和微沖擊等其他動(dòng)力現(xiàn)象。

3.2 鉆孔布置及參數(shù)

鉆孔直徑Φ42 mm，孔深8.0 m，間距5.0 m，孔距底板1.2 m左右，單排布置，鉆孔方向?yàn)樗酱怪毕飵?，?jiàn)圖1。

3.3 沖擊地壓監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

對(duì)北二700工作面回風(fēng)巷進(jìn)行鉆屑法監(jiān)測(cè)沖擊危險(xiǎn)性，選取其中4個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析，得出的煤粉鉆屑量如表1 所示。

通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，在進(jìn)行了卸壓后，鉆屑量大大降低，遠(yuǎn)低于臨近值（臨界值經(jīng)經(jīng)驗(yàn)法得出為3.2 kg/m），說(shuō)明工作面沖擊危險(xiǎn)性較小，不可能發(fā)生沖擊地壓，工作面可以進(jìn)行安全回采。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)沖擊地壓工作面的地質(zhì)條件，對(duì)其危險(xiǎn)區(qū)域采取鉆屑法監(jiān)測(cè)。分析了鉆屑法監(jiān)測(cè)的原理，是通過(guò)測(cè)量鉆孔煤粉量的大小來(lái)確定相應(yīng)的煤體應(yīng)力分布狀態(tài)，并可以依據(jù)打鉆時(shí)的鉆孔變化情況判斷工作面的沖擊危險(xiǎn)性。

（2）在確定了監(jiān)測(cè)方案、鉆孔布置及鉆孔參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)具體工作面進(jìn)行了鉆屑法監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了分析，得出了沖擊危險(xiǎn)區(qū)域的危險(xiǎn)程度，并反復(fù)校驗(yàn)直至沖擊危險(xiǎn)消除。

參考文獻(xiàn)

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