钻屑检验标准“三区三值”的测定与应用

司广宏，王 刚

(潞安化工集团 余吾煤业公司，山西 长治 046100)

钻屑法是煤矿井下现场应用广泛的监测方法，通过测量钻孔不同深度的煤粉排出量，从而评估采掘工作面局部区域的冲击危险性，对于防治煤矿高应力灾害具有重要意义[1]。实践证明，受现场人为施工及客观因素影响，不同矿井的不同区域正常排粉量是不同的[2-5]，在钻屑法实施监测之前，需首先对正常排粉量进行实际测定，制定统一的操作规范及对比标准。

1 测定方案

根据钻屑监测法相关技术规范[6]，钻屑孔需垂直于煤墙或者平行于煤层打设，最大深度为巷道高度的3～4倍，一般不超过15 m.余吾矿采高为3.2 m，巷道设计高度为3.8 m，经综合考虑，将钻屑孔深度定为14 m，孔径42 mm，孔间距30 m，距离底板高度0.5 ～1.5 m，测量个数不少于5个，钻屑孔参数见表1.

表1 钻屑标准值测量孔参数

测孔开孔位置必须避开采掘扰动的影响区域，参照采掘扰动影响距离的规定[7]，确定标准值钻孔施工区域为综采工作面往外不少于300 m，掘进工作面往外不少于100 m，采、掘工作面钻屑孔布置示意如图1和图2所示。

图1 采煤工作面钻屑孔布置示意

图2 掘进工作面钻屑孔布置示意

2 注意事项

根据现场施工经验，钻屑量的测量主要受客观条件及人为因素两方面影响。

2.1 客观条件

1) 测孔位置需处于巷道平直区域，避开地质构造影响区域，同时避开巷道口、联络巷、钻场、硐室等附近10 m以内的应力集中区域。

2) 测量过程中碰到湿煤、离层裂隙、夹矸等情况，应停止测定，重新选定开口位置。

3) 现场施工需配备长度为1 m、直径为40 mm的麻花钻杆，钻杆平直度好、无弯曲。

4) 制作标准的煤粉收集装置，确保煤粉收集干净，称重时需剔除打钻过程中掉落的大粒径炭块，称量装置精度0.05 kg.

2.2 人为因素

选择施工经验丰富的人员进行打钻作业，严格按规程措施施工，钻孔角度要尽量平行于煤层顶底板，同时推进速度要均匀。

3 标准值及危险值确定

将当前工作面各孔不同深度煤粉重量的平均值作为钻屑标准值，对余吾矿9个采掘工作面总计12条巷道钻屑标准值进行测定，汇总的钻屑标准值见表2.

表2 采掘工作面钻屑标准值汇总

同样根据国家相关技术规范[6]，由孔深巷高比及对应的钻粉率指数，结合测定的标准值即可计算出钻屑危险值，参考的钻粉率指数见表3.

表3 钻屑危险值钻粉率指数参照

余吾矿巷道平均高度为3.8 m，根据表3技术参数，当钻孔深度为1～5 m时，危险值取标准值的1.5倍；当钻孔深度为6～11 m时，危险值取标准值的2倍；当钻孔深度为12～14 m时，危险值取标准值的3倍，由此计算出钻屑危险值，见表4.

表4 采掘工作面钻屑危险值汇总

4 数据分析

根据现场实测得出的采掘工作面“一面一策”危险参照值，每个工作面均对应一组数据，在实际应用中不方便。为简化标准数据对照组，考虑各工作面煤层埋深差别不大，而临空巷道的钻屑值数据普遍较高，根据“分类管理”思想，将所有采掘工作面巷道分为临空巷道、非临空巷道两种类别，取同类别所有巷道对应深度的钻屑危险值的平均值作为全矿井区域钻屑危险值对比标准，见表5.

表5 钻屑危险值对照数据

绘制钻屑危险值折线图，如图3所示。

图3 钻屑危险值折线图

由钻屑危险值对照表及折线图可以得出，对等孔深条件下，临空巷道的钻屑值大部分较高，同时可将钻孔按深度的不同分为三个区域，即1～5 m浅部区域，6～11 m中部区域，12～14 m的深部区域，浅、中、深三个区域对应的危险极值大致为3.2 kg、5.2 kg及8.4 kg，简化的“三区三值”数据可作为钻屑危险值的参照标准。

5 现场应用

N1100胶带巷掘进期间，受N1101工作面采空区影响，巷道矿压显现强烈。2021年7月14日4点班掘进期间，巷道迎头出现小面积高顶，高顶范围宽×高×深=2 m×1.2 m×1 m，同时伴随有响煤炮、锚杆崩断现象。对掘进迎头往外60 m范围临空侧帮部每隔10 m打设1个钻屑监测孔，监测数据，见表6.

表6 N1100胶带巷钻屑值

巷道临空侧钻屑监测表明，中部、深部煤粉量多处超过或者接近危险值，且有夹钻现象，立即对工作面采取了停产撤人措施。随后制定了卸压解危方案，通过对巷道帮部施工大直径卸压孔进行卸压，3 d后监测到煤粉量恢复至危险值以下，巷道恢复正常掘进作业。

6 结 语

介绍了采掘工作面钻屑标准值的测定方法，对采集的数据进行优化分析，将巷道划分为临空巷道及非临空巷道两种类别，得出了两种情况下的钻屑危险值，用于指导日常煤粉监测，可为煤矿钻屑检验标准值的确定提供参考。