沖擊地壓工作面鉆屑法監測技術及其應用

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條件和開采特點的基礎上，采用鉆屑法對工作面采掘期間的沖擊危險區域進行了監測。通過分析鉆屑法的監測原理及判斷準則，對北二700工作面沖擊危險性進行了實時監測，并對比卸壓前后的鉆屑煤粉量，及時卸壓，鉆屑量遠低于臨近值，明確了工作面沖擊危險區域的危險性降低，可以進行安全回采。

關鍵詞：沖擊地壓 沖擊危險性 鉆屑法 監測技術

中圖分類號：TD32 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）10（b）-0052-02

沖擊地壓是世界范圍內煤礦開采的最嚴重的自然災害之一，尤其是隨著開采深度的增加、開采強度的加大、開采條件的復雜化，在深部煤層開采中沖擊地壓危險性越來越大、沖擊地壓事件越來越多，已經成為制約煤礦深部安全高效生產的最主要災害之一。沖擊地壓監測預警與治理作為世界范圍內采礦界的難題，依然沒有得到有效解決。沖擊地壓監測與治理已經成為很多煤礦生產安全的最薄弱環節，沖擊威脅何時來，發生沖擊后導致什么樣的后果，是目前礦井安全生產面臨的主要問題。

1 工作面概況

北二700工作面位于北二采區東北部工作面地表為農田地，地表平坦工作面井下標高約為-507～-543 m，埋深約為570～620 m；工作面井下標高約為-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，塊狀構造。煤層垂直節理發育，走向近東西。煤的自燃發火期為1～3個，煤塵爆炸指數40%。該工作面煤層結構復雜，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，以長石、石英為主，砂泥質膠結，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，泥質膠結，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、細砂巖，厚度3～5 m，部分區域甚至厚度增加。

大興煤礦7-2煤層開采工作面具有埋深大、構造復雜（斷層發育豐富）、煤層群開采、臨近采空區等特點，易于出現應力集中和能量積聚，相鄰工作面開采時動壓顯現明顯（地表建筑物能夠產生顯現），在重力應力場約束下保存的構造應力場和采動造成的集中應力足以使煤（巖）體產生破壞，存在發生破壞性動力災害（沖擊地壓）的可能。

2 鉆屑法監測原理

2.1 鉆屑法簡介

鉆屑法是通過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律以及有關動力現象來判斷沖擊危險的一種方法，以接觸沖擊地壓的危險性。

2.2 鉆屑法監測原理

鉆屑法的原理就是通過測量鉆孔煤粉量的大小來確定相應的煤體應力狀態，所以，研究煤粉量與煤體應力之間的定量關系是實施鉆屑法的理論基礎，同時也是近代巖體力學的一個嶄新課題——煤體鉆孔力學研究的主要內容。國際上不少學者進行了理論分析、室內模擬和實測試驗。此外，若將煤粉鉆孔視為在沖擊危險區開掘了一個微型巷道，那么制造煤粉鉆孔，就猶如規模大幅度縮小了的動力現象模擬試驗。打鉆時鉆孔沖擊、粒度、推進時間和推進力的變化以及鉆桿被夾持等有關動力效應，都是可以成為鑒別沖擊危險的可能性依據。

3 鉆屑法監測技術實施

3.1 監測方案

在工作面回采期間對回風巷進行鉆屑法監測，尤其是觀測已劃分的沖擊地壓危險區域，若發現危險，則及時卸壓。對危險區域進行鉆孔煤粉量，是根據煤粉量的大小來判斷其危險性，同時依據鉆孔鉆進過程的微沖擊現象和吸鉆卡鉆等微沖擊現象，進行沖擊危險判定。

使用煤電鉆或風煤鉆打測試鉆孔時，采用插銷式聯接的麻花鉆桿，每節長為1 m，Φ42 mm的鉆頭，鉆孔深度為7.0 m。用膠結袋收集鉆出的煤粉，用容器測量煤粉的體積或用彈簧秤稱量煤粉的重量，每鉆進1.0 m測量1次鉆屑量。用專用表格記錄打眼地點、時間以及鉆屑排出量，還有打眼過程中出現的鉆桿跳動、卡鉆、劈裂聲和微沖擊等其他動力現象。

3.2 鉆孔布置及參數

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，鉆孔方向為水平垂直巷幫，見圖1。

3.3 沖擊地壓監測結果分析

對北二700工作面回風巷進行鉆屑法監測沖擊危險性，選取其中4個測點進行分析，得出的煤粉鉆屑量如表1 所示。

通過監測數據可知，在進行了卸壓后，鉆屑量大大降低，遠低于臨近值（臨界值經經驗法得出為3.2 kg/m），說明工作面沖擊危險性較小，不可能發生沖擊地壓，工作面可以進行安全回采。

4 結論

（1）根據沖擊地壓工作面的地質條件，對其危險區域采取鉆屑法監測。分析了鉆屑法監測的原理，是通過測量鉆孔煤粉量的大小來確定相應的煤體應力分布狀態，并可以依據打鉆時的鉆孔變化情況判斷工作面的沖擊危險性。

（2）在確定了監測方案、鉆孔布置及鉆孔參數的基礎上，對具體工作面進行了鉆屑法監測，并對監測結果進行了分析，得出了沖擊危險區域的危險程度，并反復校驗直至沖擊危險消除。

參考文獻

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