巷道分级与煤粉监测周期性量化研究与应用

畅磊朋，王 刚，李 钢，张陈冰

(潞安化工集团余吾煤业公司 矿压治理研究中心，山西 长治 046100)

巷道是依据连续响煤炮声α、崩断锚杆索数量p、煤粉监测量S、打钻动力现象β、钻屑解吸指标K1值、微震与应力监测系统数值a1和a2、公共大巷修巷工程频繁度f等多指标进行分级的。而煤粉监测方法根据打钻不同深度时排出的煤粉及其变化规律来判断岩体内应力集中情况，鉴别发生高应力显现的倾向和位置，同时用于检验高应力区域采取卸压措施后的效果。不同条件的巷道监测周期不同，综采面为1～3 d，覆盖距离不小于100 m，钻孔间距为10～30 m；掘进面为1～3 d，覆盖距离不小于迎头后方30 m，钻孔间距为10～30 m；煤壁和迎头的钻孔布置也相似[1-3]。本文主要根据多指标对巷道进行分级，然后量化出煤粉监测最佳周期和钻孔布置最优参数。

1 巷道分级方案

1.1 一级巷道划分指标条件

1) 在大巷区域、掘进迎头往外100 m或超前综采工作面150 m范围出现连续响煤炮8声以上或当班超过20声以上，同时煤粉监测过程中出现卡钻、吸钻、顶钻等动力效应，钻屑解吸指标K1值≥0.5或煤粉监测量S≥6 kg；

2) 在大巷区域、掘进迎头往外100 m或超前综采工作面150 m范围内出现连续崩断10根以上锚杆/索的情况，并且安装有钻孔应力计的工作面，微震监测和钻孔应力计数据出现预警，以及未安装钻孔应力计的工作面，微震监测数据出现预警；

3) 每米的煤粉监测值≥钻屑标准值×2；

4) 公共大巷频繁需要修巷、补打锚杆和锚索(以月度天数计算)。

1.2 二级巷道划分指标条件

1) 在大巷区域、掘进迎头往外100 m或超前综采工作面150 m范围出现连续响煤炮5声以上或当班超过15声以上，超前掘进迎头100 m或超前综采工作面150 m范围内有较大地质构造(断层：断距>5 m、褶曲>15°)；

2) 在大巷区域、掘进迎头往外100 m或超前综采工作面150 m范围内出现连续崩断5根以上锚杆/索的情况，同时煤粉监测标准值×1.5≤每米的标准值<煤粉监测标准值×2，以及公共大巷频繁需要进行巷修作业(以月度天数计算)；

3) 属于孤岛、半孤岛工作面或公共大巷煤柱。

1.3 三级巷道划分多指标条件

1) 在大巷区域、掘进迎头往外100 m或超前综采工作面150 m范围出现连续响煤炮3声以上或当班超过7声以上，超前掘进迎头100 m或超前综采工作面150 m范围内无较大地质构造(断层：断距>5 m，褶曲>15°)，每米的煤粉监测值<钻屑标准值×1.5、钻屑解吸指标K1值<0.4；

2) 在大巷区域、掘进迎头往外100 m或超前综采工作面150 m范围内出现连续崩断3根以上锚杆/索的情况，同时公共大巷未底鼓、顶板下沉量不大于15 mm的，以及满足上述条件的为三级区域巷道；

3) 不属于孤岛工作面的。需要特别注意的是，巷道分级划分多个条件因素是“或”的关系，即任意符合一条就可进行巷道划分。

2 巷道分级综合评价

表1为巷道分级指标表，根据多指标法，经过数据计算分析，得出巷道分级和综合评价。根据综合评价x值得出巷道三级分级标准，计算公式见式(1)。计算中，每个指标所占的百分比都是相同的。其中公式分子a1、a2、p1、S1、K1为巷道实际发生值，即响煤炮声次数、断锚杆索根数、煤粉监测量等，公式分母an、pn、Sn、Kn表示巷道一段时间内发生的总次数，一般为1 a.根据表1可以得出，总分数为d、c、b的分别为一级、二级、三级巷道。

表1 巷道分级指标

(1)

3 煤粉监测周期性量化

表2为煤粉监测周期量化表。该表根据巷道分级的综合评价结果得出，量化参数为：煤粉监测周期、综采煤粉监测钻孔覆盖距离、掘进煤粉监测钻孔滞后距离、钻孔间距等，同时对井下的2个回采面、4个掘进面、3条公共大巷进行初步的试验和效果检验。使用手持式风钻、D42 mm钻头和钻杆，并根据国标关于孔深的规定[1-3]，钻孔深度为巷道的3～4倍，一般不超过15 m.

对某矿的胶带大巷、轨道大巷、回风大巷、Z1101、Z2108综采面和E6209、E6107、W3108、W2208掘进工作面进行了煤粉监测。测量中使用常熟某厂家制造的LTZ-10型管型测力计，量程为10 kg，精度为0.1 kg.

依据表2的施工参数和巷道分级，在各工作面及大巷测得的数据见表3.由于数据量较大，本次钻屑数据取得数值为每条大巷或工作面的1个周期3 d内的平均值，即每钻进1 m的平均值。

表2 煤粉监测周期量化

表3 煤粉监测数值

分析表3中的数据可知，一级和二级巷道都出现了吸钻现象，并且监测数值也比较大，可以证明巷道分级管理的普适性。分析认为：根据巷道分级可以对巷道煤粉监测的周期性进行明确的量化，并且可以将工作面或大巷的高应力危险区直接视为一级巷道管理。

4 注意事项

1) 巷道分级方法受地质因素影响较大，例如三面环空的孤高工作面可以直接视为一级巷道进行管理，必须每天进行煤粉监测并详细记录施工的动力效应。另外，在一级巷道煤粉监测时，施工人员需穿戴防冲服和防冲头盔，保持“由里向外”的施工顺序，煤粉监测区域不得有其它平行作业人员，以确保施工人员的安全。

2) 公共大巷受多个采空区遗留煤柱群扰动影响，不应单方面考虑修巷频率f，更应该考虑采掘扰动对公共大巷带来的不利影响，及时分析保安煤柱宽度，做好整个矿井的采掘接续计划，从源头上对这种影响进行治理。

3) 巷道分级同时受微震系统和应力在线系统预警值的影响，客观影响因素为预警值的动态调整。从管理层面来讲，动态调整有利于整个巷道分级办法的实施与应用。

4) 在巷道分级方法的使用过程中，综采工作面偶尔会有声音较大的煤炮声，甚至有明显的震感，掘进工作面表现的则是高顶、片帮等，也可将该类巷道视为一级巷道管理。

5) 煤粉监测方法受施工机具、环境、风流、人员及施工行为等因素影响，得出的每米煤粉重量会有一定的误差，但是通过制作一种专用接煤粉装置并投入使用，能大幅度降低煤粉损失率。另外，通过进行一个月或者是半年的数据分析，可以最大程度规避误差。

5 现场应用

根据E7102综采工作面地质条件，对巷道进行分级。

E7102综采工作面胶顺和回顺长度约为1 500 m，巷道内无大型地质构造，四周也无相邻采空区，两侧均为实体煤。该综采面监测监控系统采用S0S微震系统，并未安装应力在线系统，掘进期间也并无异常，但工作面回采过程中出现响煤炮等现象，技术部分根据经验类比法，认为该工作面只是顶板局部离层或是支护效果不好。为解决该工作面面临的问题，使用多指标巷道分级方法对该工作面进行分级，并确定该工作面的煤粉监测周期及其它参数。根据计算公式，计算出回顺的x=c,煤壁的x=b,但胶顺的x=(d-c)。依据计算结果，将巷道分别划分为二级和三级巷道，并对二级和三级巷道的煤粉监测周期进行量化，见表4、表5.

表4 E7102巷道分级

表5 E7102煤粉监测周期及参数

根据分级结果，E7102工作面胶顺存在高应力风险，将胶顺视为一级巷道管理，在加强煤粉监测的同时，引入钻孔应力监测的手段，对局部应力集中的区域进行卸压，并及时进行煤粉监测的效果检验。

6 改进计划

1) 在巷道分级办法中引入“一票否决”制，即孤岛工作面或孤岛型大型煤柱直接视为一级巷道，另外，在巷道出现异常，例如瓦斯超限、高顶、留设厚底煤、沿空留巷等现象时，直接将该区域升级为一次巷道。

2) 在巷道分级方法中引入地音系统、电磁辐射法、CT波速反演等手段，将每种指标的权重进行细分，使该方法更准确。

7 结 语

通过多个指标的判定，结合现场实际对巷道进行了分级管理，突出对巷道的“超前分级、量化监测、精准管理”。安全生产监督管理人员和部门要根据巷道分级结果对煤粉监测周期性量化打分和评价，根据结果明确巷道煤粉监测最佳周期和钻孔布置最优参数。生产技术部门综合分析巷道分级和量化评分，实现对巷道危险性的“分区管理”和“精准防治”，同时结合大量数据和现场应用对该办法进行了精准性验证。