鉆屑檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)“三區(qū)三值”的測定與應(yīng)用

司廣宏，王 剛

(潞安化工集團(tuán) 余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046100)

鉆屑法是煤礦井下現(xiàn)場應(yīng)用廣泛的監(jiān)測方法，通過測量鉆孔不同深度的煤粉排出量，從而評估采掘工作面局部區(qū)域的沖擊危險(xiǎn)性，對于防治煤礦高應(yīng)力災(zāi)害具有重要意義[1]。實(shí)踐證明，受現(xiàn)場人為施工及客觀因素影響，不同礦井的不同區(qū)域正常排粉量是不同的[2-5]，在鉆屑法實(shí)施監(jiān)測之前，需首先對正常排粉量進(jìn)行實(shí)際測定，制定統(tǒng)一的操作規(guī)范及對比標(biāo)準(zhǔn)。

1 測定方案

根據(jù)鉆屑監(jiān)測法相關(guān)技術(shù)規(guī)范[6]，鉆屑孔需垂直于煤墻或者平行于煤層打設(shè)，最大深度為巷道高度的3～4倍，一般不超過15 m.余吾礦采高為3.2 m，巷道設(shè)計(jì)高度為3.8 m，經(jīng)綜合考慮，將鉆屑孔深度定為14 m，孔徑42 mm，孔間距30 m，距離底板高度0.5 ～1.5 m，測量個(gè)數(shù)不少于5個(gè)，鉆屑孔參數(shù)見表1.

表1 鉆屑標(biāo)準(zhǔn)值測量孔參數(shù)

測孔開孔位置必須避開采掘擾動的影響區(qū)域，參照采掘擾動影響距離的規(guī)定[7]，確定標(biāo)準(zhǔn)值鉆孔施工區(qū)域?yàn)榫C采工作面往外不少于300 m，掘進(jìn)工作面往外不少于100 m，采、掘工作面鉆屑孔布置示意如圖1和圖2所示。

圖1 采煤工作面鉆屑孔布置示意

圖2 掘進(jìn)工作面鉆屑孔布置示意

2 注意事項(xiàng)

根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，鉆屑量的測量主要受客觀條件及人為因素兩方面影響。

2.1 客觀條件

1) 測孔位置需處于巷道平直區(qū)域，避開地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域，同時(shí)避開巷道口、聯(lián)絡(luò)巷、鉆場、硐室等附近10 m以內(nèi)的應(yīng)力集中區(qū)域。

2) 測量過程中碰到濕煤、離層裂隙、夾矸等情況，應(yīng)停止測定，重新選定開口位置。

3) 現(xiàn)場施工需配備長度為1 m、直徑為40 mm的麻花鉆桿，鉆桿平直度好、無彎曲。

4) 制作標(biāo)準(zhǔn)的煤粉收集裝置，確保煤粉收集干凈，稱重時(shí)需剔除打鉆過程中掉落的大粒徑炭塊，稱量裝置精度0.05 kg.

2.2 人為因素

選擇施工經(jīng)驗(yàn)豐富的人員進(jìn)行打鉆作業(yè)，嚴(yán)格按規(guī)程措施施工，鉆孔角度要盡量平行于煤層頂?shù)装?，同時(shí)推進(jìn)速度要均勻。

3 標(biāo)準(zhǔn)值及危險(xiǎn)值確定

將當(dāng)前工作面各孔不同深度煤粉重量的平均值作為鉆屑標(biāo)準(zhǔn)值，對余吾礦9個(gè)采掘工作面總計(jì)12條巷道鉆屑標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行測定，匯總的鉆屑標(biāo)準(zhǔn)值見表2.

表2 采掘工作面鉆屑標(biāo)準(zhǔn)值匯總

同樣根據(jù)國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范[6]，由孔深巷高比及對應(yīng)的鉆粉率指數(shù)，結(jié)合測定的標(biāo)準(zhǔn)值即可計(jì)算出鉆屑危險(xiǎn)值，參考的鉆粉率指數(shù)見表3.

表3 鉆屑危險(xiǎn)值鉆粉率指數(shù)參照

余吾礦巷道平均高度為3.8 m，根據(jù)表3技術(shù)參數(shù)，當(dāng)鉆孔深度為1～5 m時(shí)，危險(xiǎn)值取標(biāo)準(zhǔn)值的1.5倍；當(dāng)鉆孔深度為6～11 m時(shí)，危險(xiǎn)值取標(biāo)準(zhǔn)值的2倍；當(dāng)鉆孔深度為12～14 m時(shí)，危險(xiǎn)值取標(biāo)準(zhǔn)值的3倍，由此計(jì)算出鉆屑危險(xiǎn)值，見表4.

表4 采掘工作面鉆屑危險(xiǎn)值匯總

4 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測得出的采掘工作面“一面一策”危險(xiǎn)參照值，每個(gè)工作面均對應(yīng)一組數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中不方便。為簡化標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對照組，考慮各工作面煤層埋深差別不大，而臨空巷道的鉆屑值數(shù)據(jù)普遍較高，根據(jù)“分類管理”思想，將所有采掘工作面巷道分為臨空巷道、非臨空巷道兩種類別，取同類別所有巷道對應(yīng)深度的鉆屑危險(xiǎn)值的平均值作為全礦井區(qū)域鉆屑危險(xiǎn)值對比標(biāo)準(zhǔn)，見表5.

表5 鉆屑危險(xiǎn)值對照數(shù)據(jù)

繪制鉆屑危險(xiǎn)值折線圖，如圖3所示。

圖3 鉆屑危險(xiǎn)值折線圖

由鉆屑危險(xiǎn)值對照表及折線圖可以得出，對等孔深條件下，臨空巷道的鉆屑值大部分較高，同時(shí)可將鉆孔按深度的不同分為三個(gè)區(qū)域，即1～5 m淺部區(qū)域，6～11 m中部區(qū)域，12～14 m的深部區(qū)域，淺、中、深三個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的危險(xiǎn)極值大致為3.2 kg、5.2 kg及8.4 kg，簡化的“三區(qū)三值”數(shù)據(jù)可作為鉆屑危險(xiǎn)值的參照標(biāo)準(zhǔn)。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

N1100膠帶巷掘進(jìn)期間，受N1101工作面采空區(qū)影響，巷道礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈。2021年7月14日4點(diǎn)班掘進(jìn)期間，巷道迎頭出現(xiàn)小面積高頂，高頂范圍寬×高×深=2 m×1.2 m×1 m，同時(shí)伴隨有響煤炮、錨桿崩斷現(xiàn)象。對掘進(jìn)迎頭往外60 m范圍臨空側(cè)幫部每隔10 m打設(shè)1個(gè)鉆屑監(jiān)測孔，監(jiān)測數(shù)據(jù)，見表6.

表6 N1100膠帶巷鉆屑值

巷道臨空側(cè)鉆屑監(jiān)測表明，中部、深部煤粉量多處超過或者接近危險(xiǎn)值，且有夾鉆現(xiàn)象，立即對工作面采取了停產(chǎn)撤人措施。隨后制定了卸壓解危方案，通過對巷道幫部施工大直徑卸壓孔進(jìn)行卸壓，3 d后監(jiān)測到煤粉量恢復(fù)至危險(xiǎn)值以下，巷道恢復(fù)正常掘進(jìn)作業(yè)。

6 結(jié) 語

介紹了采掘工作面鉆屑標(biāo)準(zhǔn)值的測定方法，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分析，將巷道劃分為臨空巷道及非臨空巷道兩種類別，得出了兩種情況下的鉆屑危險(xiǎn)值，用于指導(dǎo)日常煤粉監(jiān)測，可為煤礦鉆屑檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值的確定提供參考。