冲击地压工作面钻屑法监测技术及其应用

杜则铭

摘 要：该文在分析了大兴煤矿7-2煤层冲击地压工作面地质条件和开采特点的基础上，采用钻屑法对工作面采掘期间的冲击危险区域进行了监测。通过分析钻屑法的监测原理及判断准则，对北二700工作面冲击危险性进行了实时监测，并对比卸压前后的钻屑煤粉量，及时卸压，钻屑量远低于临近值，明确了工作面冲击危险区域的危险性降低，可以进行安全回采。

关键词：冲击地压 冲击危险性 钻屑法 监测技术

中图分类号：TD32 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（b）-0052-02

冲击地压是世界范围内煤矿开采的最严重的自然灾害之一，尤其是随着开采深度的增加、开采强度的加大、开采条件的复杂化，在深部煤层开采中冲击地压危险性越来越大、冲击地压事件越来越多，已经成为制约煤矿深部安全高效生产的最主要灾害之一。冲击地压监测预警与治理作为世界范围内采矿界的难题，依然没有得到有效解决。冲击地压监测与治理已经成为很多煤矿生产安全的最薄弱环节，冲击威胁何时来，发生冲击后导致什么样的后果，是目前矿井安全生产面临的主要问题。

1 工作面概况

北二700工作面位于北二采区东北部工作面地表为农田地，地表平坦工作面井下标高约为-507～-543 m，埋深约为570～620 m；工作面井下标高约为-507～-543 m，埋深约为570～620 m；工作面位于7-2煤层，煤层厚度在5.20～6.35之间，平均为5.78 m。煤层1～4层，夹石0～3层，一般厚0.29 m。该面煤层呈黑色，玻璃光泽，平坦断口，块状构造。煤层垂直节理发育，走向近东西。煤的自燃发火期为1～3个，煤尘爆炸指数40%。该工作面煤层结构复杂，一般有3层夹石，夹石厚约为0.28 m。岩性以炭泥岩为主，硬度小。

基本頂：岩性为粗砂岩，灰白色，以长石、石英为主，砂泥质胶结，厚度一般为10.38 m，硬度为5。

直接顶：岩性以泥岩、粉砂岩为主，灰-灰黑色，致密，泥质胶结，具斜层理和微波状层理，厚度8.60 m，硬度3～4。

底板：岩性为粉砂岩、细砂岩，厚度3～5 m，部分区域甚至厚度增加。

大兴煤矿7-2煤层开采工作面具有埋深大、构造复杂（断层发育丰富）、煤层群开采、临近采空区等特点，易于出现应力集中和能量积聚，相邻工作面开采时动压显现明显（地表建筑物能够产生显现），在重力应力场约束下保存的构造应力场和采动造成的集中应力足以使煤（岩）体产生破坏，存在发生破坏性动力灾害（冲击地压）的可能。

2 钻屑法监测原理

2.1 钻屑法简介

钻屑法是通过在煤层中钻小直径钻孔（直径42～50 mm），分析钻孔在不同深度所排出的煤粉量和变化规律以及有关动力现象来判断冲击危险的一种方法，以接触冲击地压的危险性。

2.2 钻屑法监测原理

钻屑法的原理就是通过测量钻孔煤粉量的大小来确定相应的煤体应力状态，所以，研究煤粉量与煤体应力之间的定量关系是实施钻屑法的理论基础，同时也是近代岩体力学的一个崭新课题——煤体钻孔力学研究的主要内容。国际上不少学者进行了理论分析、室内模拟和实测试验。此外，若将煤粉钻孔视为在冲击危险区开掘了一个微型巷道，那么制造煤粉钻孔，就犹如规模大幅度缩小了的动力现象模拟试验。打钻时钻孔冲击、粒度、推进时间和推进力的变化以及钻杆被夹持等有关动力效应，都是可以成为鉴别冲击危险的可能性依据。

3 钻屑法监测技术实施

3.1 监测方案

在工作面回采期间对回风巷进行钻屑法监测，尤其是观测已划分的冲击地压危险区域，若发现危险，则及时卸压。对危险区域进行钻孔煤粉量，是根据煤粉量的大小来判断其危险性，同时依据钻孔钻进过程的微冲击现象和吸钻卡钻等微冲击现象，进行冲击危险判定。

使用煤电钻或风煤钻打测试钻孔时，采用插销式联接的麻花钻杆，每节长为1 m，Φ42 mm的钻头，钻孔深度为7.0 m。用胶结袋收集钻出的煤粉，用容器测量煤粉的体积或用弹簧秤称量煤粉的重量，每钻进1.0 m测量1次钻屑量。用专用表格记录打眼地点、时间以及钻屑排出量，还有打眼过程中出现的钻杆跳动、卡钻、劈裂声和微冲击等其他动力现象。

3.2 钻孔布置及参数

钻孔直径Φ42 mm，孔深8.0 m，间距5.0 m，孔距底板1.2 m左右，单排布置，钻孔方向为水平垂直巷帮，见图1。

3.3 冲击地压监测结果分析

对北二700工作面回风巷进行钻屑法监测冲击危险性，选取其中4个测点进行分析，得出的煤粉钻屑量如表1 所示。

通过监测数据可知，在进行了卸压后，钻屑量大大降低，远低于临近值（临界值经经验法得出为3.2 kg/m），说明工作面冲击危险性较小，不可能发生冲击地压，工作面可以进行安全回采。

4 结论

（1）根据冲击地压工作面的地质条件，对其危险区域采取钻屑法监测。分析了钻屑法监测的原理，是通过测量钻孔煤粉量的大小来确定相应的煤体应力分布状态，并可以依据打钻时的钻孔变化情况判断工作面的冲击危险性。

（2）在确定了监测方案、钻孔布置及钻孔参数的基础上，对具体工作面进行了钻屑法监测，并对监测结果进行了分析，得出了冲击危险区域的危险程度，并反复校验直至冲击危险消除。

参考文献

[1] 潘一山，李忠华，章梦涛.我国冲击地压分布、类型、机制及防治研究[J].岩石力学与工程学报，2003，22（11）：1844-1851.

[2] 潘俊锋，宁宇.煤矿开采冲击地压启动理论[J].岩石力学与工程学报，2012，31（3）：586-596.

[3] Wang T，Zhou W，Chen J，et al.Simulation of hydraulic fracturing using particle flow method and application in a coal mine[J].International Journal of Coal Geology，2014，121（5）：1-13.