巷道掘進沖擊危險性預(yù)測與防治

摘要：對于掘進巷道，其沖擊地壓危險性不僅在掘進迎頭，而且將波及到巷道后路處于高應(yīng)力的區(qū)域。因此，為確保巷道掘進期間整個巷道的安全，需要對巷道迎頭和后路進行沖擊地壓危險性監(jiān)測。該文介紹了巷道掘進沖擊危險性預(yù)測的方法及其防治技術(shù)。

關(guān)鍵詞：巷道 掘進 測試技術(shù)

中圖分類號：TD324 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-00-01

1 巷道預(yù)測技術(shù)—鉆屑法

為了更好的了解和評價待采掘位置的沖擊危險的程度，我們應(yīng)當(dāng)及時確定該位置的支承壓力的峰值大小和位置，從理論上講峰值愈大、距煤壁的距離越近，沖擊危險的程度就越大。但在實際應(yīng)用中，直接測定出煤層應(yīng)力的大小很難，我們一般采取相對評價的方法。

鉆屑法是通過在制定位置的煤層中，鉆小直徑鉆孔（直徑約為42～50 mm），根據(jù)鉆孔在不同鉆深的排出的粉塵量及其變化的規(guī)律以及相關(guān)的動力現(xiàn)象來判斷沖擊危險性的一種方法。是我們在實際生產(chǎn)中常用的一種巷道沖擊危險性預(yù)測技術(shù)。

1.1 技術(shù)原理

鉆屑法的工作原理是通過測量鉆孔所排出的粉塵量的大小來確定相應(yīng)的煤體的應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)原理我們可以看出，研究所排出的粉塵量與煤體應(yīng)力之間的對應(yīng)定量關(guān)系是實施這種方法的理論基礎(chǔ)。這同時也是煤體鉆孔力學(xué)所研究的主要內(nèi)容之一。目前，國內(nèi)外不少學(xué)者都對這個課題進行了理論分析、室內(nèi)模擬和現(xiàn)場實測

試驗。

同時，如果將煤粉鉆孔技術(shù)看做成是在沖擊危險區(qū)開掘了一個小型或者微型巷道。則制造鉆孔的過程，就如同規(guī)模縮小了的動壓現(xiàn)象的一個模擬試驗。打鉆過程中鉆孔的沖擊，粒度，推進時間和推進力的變化及鉆桿夾持等有關(guān)的動力效應(yīng)，也可能成為鑒別危險的重要依據(jù)。

1.2 鉆屑法監(jiān)測沖擊危險的實際施工方法

（1）打測試鉆孔：采用麻花鉆桿（每節(jié)1 m），采用φ42 mm的鉆頭，鉆孔深度一般為7～8 m，間距一般為5～8 m；

（2）收集煤粉（可采用膠織袋或塑料布）；

（3）稱重：用容器測量煤粉的體積，并用稱重工具稱量煤粉的質(zhì)量。

（4）記錄數(shù)據(jù)：每鉆進1 m測量1次。并及時記錄打眼地點、時間、鉆屑量，同時要記錄下打眼過程中出現(xiàn)的鉆桿跳動、卡鉆和微沖擊等動力現(xiàn)象。

要按照由外向里的順序監(jiān)測，并在確認確實無沖擊危險后，方可向里進一步探測。監(jiān)測鉆孔布置在根據(jù)預(yù)先推測（經(jīng)驗類比）最可能發(fā)生動壓現(xiàn)象的沖擊危險區(qū)域。

監(jiān)測鉆孔應(yīng)使用專門配備的一套固定設(shè)備，由專業(yè)隊伍進行，采用專用鉆架和鉆桿導(dǎo)向裝置，確保鉆孔直徑均勻和鉆進方向偏離誤差最小。

監(jiān)測鉆孔垂直煤壁，鉆孔一般布置在采高中部一定范圍內(nèi)，鉆孔盡量平行于層面。

動壓現(xiàn)象危險程度的最大檢測深度一般為3～4倍采高，對于薄煤層檢測深度一般在7.0 m；監(jiān)測過程中如果在未達到要求深度已經(jīng)判定有沖擊危險，應(yīng)停止探測。

監(jiān)測時由專業(yè)隊伍負責(zé)打鉆，并記錄鉆孔過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)：時間、地點和深度以及每米鉆孔的排粉量、并同時記錄施工過程中的鉆孔動力效應(yīng)、鉆孔施工地點的生產(chǎn)地質(zhì)條件，并繪制鉆孔位置示意圖，由生產(chǎn)技術(shù)部門負責(zé)數(shù)據(jù)記錄、整理、通報、存檔。

2 局部卸壓技術(shù)

2.1 爆破卸壓

爆破卸壓是指對具有動壓現(xiàn)象的區(qū)域，采用爆破的方法減緩其應(yīng)力集中的一種卸壓措施。幾乎世界上所有國家在開采具有較大沖擊危險的煤層時，都把爆破卸壓作為主要的解危措施。

（1）動力作用。爆破卸壓采用的是內(nèi)部爆破技術(shù)，其作用是通過爆破使煤層產(chǎn)生裂隙。爆破后，沖擊波破壞煤體，爆生氣體進一步破裂煤體。在氣壓的作用下，形成切向的應(yīng)力，產(chǎn)生徑向破裂。當(dāng)斷裂韌性大于裂隙的強度因子時，止裂。徑向裂隙是造成煤層力學(xué)性質(zhì)變化的主要因素。裂隙會導(dǎo)致煤體的彈性模量減小，同時強度降低，從而積聚的彈性能減少，破壞了動壓現(xiàn)象發(fā)生的所需要滿足強度條件和能量條件。從而阻止了動壓現(xiàn)象的發(fā)生。

（2）實施步驟：鉆孔檢測，通過煤粉鉆孔的方法來檢測煤體的應(yīng)力情況。如果超過了規(guī)定的指標(biāo)，則我們認為該位置具有沖擊危險性。通過大量的鉆孔，來圈定沖擊危險的區(qū)域；在測定并確認已形成沖擊危險的區(qū)域或者沖擊危險性較大的區(qū)域，按照計算好的爆破參數(shù)來實施爆破卸載。爆破后，采用同樣的方法在爆破孔附近區(qū)域檢測卸載效果。

（3）爆破工藝：鉆孔—裝藥—封孔—起爆。

2.2 鉆孔卸壓

鉆孔卸壓是通過利用鉆孔來消除或者減緩動壓的解危措施。鉆孔卸壓法是基于鉆孔沖擊現(xiàn)象。越接近應(yīng)力集中帶，煤體積聚能量越多，沖擊頻度越高，強度也越大，煤粉量也同時增多。每一個鉆孔周圍都會形成一定的鉆孔破碎區(qū)，破碎區(qū)互相接近交匯后，使煤層破裂卸壓。總的說來，鉆孔卸壓的實質(zhì)是：利用煤層高應(yīng)力條件下，煤層中積聚的彈性能來破壞鉆孔周圍的煤體，使煤層卸壓、消除沖擊危險。

3 結(jié)語

（1）綜合靜應(yīng)力場的分布變化規(guī)律、構(gòu)造應(yīng)力場的展布形態(tài)及局部高應(yīng)力場的影響范圍，劃定巷道掘進時可能發(fā)生沖擊危險的區(qū)域并進行相應(yīng)預(yù)測，該危險區(qū)域一般位于巷道迎頭及后路。一般采取鉆屑法及流動電磁輻射法進行危險區(qū)域的監(jiān)測。

（2）采用鉆屑法可對巷道沖擊危險性進行有效的預(yù)測及判定。對鉆屑法的基本原理、監(jiān)測施工方法及其臨界指標(biāo)進行了詳細的說明，有助于加深對鉆屑法預(yù)測沖擊危險性的理解，以便鉆屑法更好地

應(yīng)用。

（3）提出一系列動壓現(xiàn)象危險性預(yù)測方法，包括開采判定法、動壓基本參數(shù)測定法及鉆屑法預(yù)測，三種方法可結(jié)合運用。通過實際測定，一采區(qū)及二采區(qū)掘進工作面順槽在現(xiàn)有的支護形式下，整個掘進頭包括順槽范圍內(nèi)不會發(fā)生破壞性動壓現(xiàn)象，但要進行預(yù)測和局部解危，掘進工作面可實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

（4）提出了兩種局部解危技術(shù)，包括爆破卸壓和鉆孔卸壓。其實質(zhì)都是通過解除沖擊危險區(qū)域的高應(yīng)力狀態(tài)，從而釋放煤層中積聚的彈性能，來達到消除沖擊危險的目的。