巷道分級與煤粉監(jiān)測周期性量化研究與應(yīng)用

暢磊朋，王 剛，李 鋼，張陳冰

(潞安化工集團余吾煤業(yè)公司 礦壓治理研究中心，山西 長治 046100)

巷道是依據(jù)連續(xù)響煤炮聲α、崩斷錨桿索數(shù)量p、煤粉監(jiān)測量S、打鉆動力現(xiàn)象β、鉆屑解吸指標(biāo)K1值、微震與應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)值a1和a2、公共大巷修巷工程頻繁度f等多指標(biāo)進行分級的。而煤粉監(jiān)測方法根據(jù)打鉆不同深度時排出的煤粉及其變化規(guī)律來判斷巖體內(nèi)應(yīng)力集中情況，鑒別發(fā)生高應(yīng)力顯現(xiàn)的傾向和位置，同時用于檢驗高應(yīng)力區(qū)域采取卸壓措施后的效果。不同條件的巷道監(jiān)測周期不同，綜采面為1～3 d，覆蓋距離不小于100 m，鉆孔間距為10～30 m；掘進面為1～3 d，覆蓋距離不小于迎頭后方30 m，鉆孔間距為10～30 m；煤壁和迎頭的鉆孔布置也相似[1-3]。本文主要根據(jù)多指標(biāo)對巷道進行分級，然后量化出煤粉監(jiān)測最佳周期和鉆孔布置最優(yōu)參數(shù)。

1 巷道分級方案

1.1 一級巷道劃分指標(biāo)條件

1) 在大巷區(qū)域、掘進迎頭往外100 m或超前綜采工作面150 m范圍出現(xiàn)連續(xù)響煤炮8聲以上或當(dāng)班超過20聲以上，同時煤粉監(jiān)測過程中出現(xiàn)卡鉆、吸鉆、頂鉆等動力效應(yīng)，鉆屑解吸指標(biāo)K1值≥0.5或煤粉監(jiān)測量S≥6 kg；

2) 在大巷區(qū)域、掘進迎頭往外100 m或超前綜采工作面150 m范圍內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)崩斷10根以上錨桿/索的情況，并且安裝有鉆孔應(yīng)力計的工作面，微震監(jiān)測和鉆孔應(yīng)力計數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)警，以及未安裝鉆孔應(yīng)力計的工作面，微震監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)預(yù)警；

3) 每米的煤粉監(jiān)測值≥鉆屑標(biāo)準值×2；

4) 公共大巷頻繁需要修巷、補打錨桿和錨索(以月度天數(shù)計算)。

1.2 二級巷道劃分指標(biāo)條件

1) 在大巷區(qū)域、掘進迎頭往外100 m或超前綜采工作面150 m范圍出現(xiàn)連續(xù)響煤炮5聲以上或當(dāng)班超過15聲以上，超前掘進迎頭100 m或超前綜采工作面150 m范圍內(nèi)有較大地質(zhì)構(gòu)造(斷層：斷距>5 m、褶曲>15°)；

2) 在大巷區(qū)域、掘進迎頭往外100 m或超前綜采工作面150 m范圍內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)崩斷5根以上錨桿/索的情況，同時煤粉監(jiān)測標(biāo)準值×1.5≤每米的標(biāo)準值<煤粉監(jiān)測標(biāo)準值×2，以及公共大巷頻繁需要進行巷修作業(yè)(以月度天數(shù)計算)；

3) 屬于孤島、半孤島工作面或公共大巷煤柱。

1.3 三級巷道劃分多指標(biāo)條件

1) 在大巷區(qū)域、掘進迎頭往外100 m或超前綜采工作面150 m范圍出現(xiàn)連續(xù)響煤炮3聲以上或當(dāng)班超過7聲以上，超前掘進迎頭100 m或超前綜采工作面150 m范圍內(nèi)無較大地質(zhì)構(gòu)造(斷層：斷距>5 m，褶曲>15°)，每米的煤粉監(jiān)測值<鉆屑標(biāo)準值×1.5、鉆屑解吸指標(biāo)K1值<0.4；

2) 在大巷區(qū)域、掘進迎頭往外100 m或超前綜采工作面150 m范圍內(nèi)出現(xiàn)連續(xù)崩斷3根以上錨桿/索的情況，同時公共大巷未底鼓、頂板下沉量不大于15 mm的，以及滿足上述條件的為三級區(qū)域巷道；

3) 不屬于孤島工作面的。需要特別注意的是，巷道分級劃分多個條件因素是“或”的關(guān)系，即任意符合一條就可進行巷道劃分。

2 巷道分級綜合評價

表1為巷道分級指標(biāo)表，根據(jù)多指標(biāo)法，經(jīng)過數(shù)據(jù)計算分析，得出巷道分級和綜合評價。根據(jù)綜合評價x值得出巷道三級分級標(biāo)準，計算公式見式(1)。計算中，每個指標(biāo)所占的百分比都是相同的。其中公式分子a1、a2、p1、S1、K1為巷道實際發(fā)生值，即響煤炮聲次數(shù)、斷錨桿索根數(shù)、煤粉監(jiān)測量等，公式分母an、pn、Sn、Kn表示巷道一段時間內(nèi)發(fā)生的總次數(shù)，一般為1 a.根據(jù)表1可以得出，總分數(shù)為d、c、b的分別為一級、二級、三級巷道。

表1 巷道分級指標(biāo)

(1)

3 煤粉監(jiān)測周期性量化

表2為煤粉監(jiān)測周期量化表。該表根據(jù)巷道分級的綜合評價結(jié)果得出，量化參數(shù)為：煤粉監(jiān)測周期、綜采煤粉監(jiān)測鉆孔覆蓋距離、掘進煤粉監(jiān)測鉆孔滯后距離、鉆孔間距等，同時對井下的2個回采面、4個掘進面、3條公共大巷進行初步的試驗和效果檢驗。使用手持式風(fēng)鉆、D42 mm鉆頭和鉆桿，并根據(jù)國標(biāo)關(guān)于孔深的規(guī)定[1-3]，鉆孔深度為巷道的3～4倍，一般不超過15 m.

對某礦的膠帶大巷、軌道大巷、回風(fēng)大巷、Z1101、Z2108綜采面和E6209、E6107、W3108、W2208掘進工作面進行了煤粉監(jiān)測。測量中使用常熟某廠家制造的LTZ-10型管型測力計，量程為10 kg，精度為0.1 kg.

依據(jù)表2的施工參數(shù)和巷道分級，在各工作面及大巷測得的數(shù)據(jù)見表3.由于數(shù)據(jù)量較大，本次鉆屑數(shù)據(jù)取得數(shù)值為每條大巷或工作面的1個周期3 d內(nèi)的平均值，即每鉆進1 m的平均值。

表2 煤粉監(jiān)測周期量化

表3 煤粉監(jiān)測數(shù)值

分析表3中的數(shù)據(jù)可知，一級和二級巷道都出現(xiàn)了吸鉆現(xiàn)象，并且監(jiān)測數(shù)值也比較大，可以證明巷道分級管理的普適性。分析認為：根據(jù)巷道分級可以對巷道煤粉監(jiān)測的周期性進行明確的量化，并且可以將工作面或大巷的高應(yīng)力危險區(qū)直接視為一級巷道管理。

4 注意事項

1) 巷道分級方法受地質(zhì)因素影響較大，例如三面環(huán)空的孤高工作面可以直接視為一級巷道進行管理，必須每天進行煤粉監(jiān)測并詳細記錄施工的動力效應(yīng)。另外，在一級巷道煤粉監(jiān)測時，施工人員需穿戴防沖服和防沖頭盔，保持“由里向外”的施工順序，煤粉監(jiān)測區(qū)域不得有其它平行作業(yè)人員，以確保施工人員的安全。

2) 公共大巷受多個采空區(qū)遺留煤柱群擾動影響，不應(yīng)單方面考慮修巷頻率f，更應(yīng)該考慮采掘擾動對公共大巷帶來的不利影響，及時分析保安煤柱寬度，做好整個礦井的采掘接續(xù)計劃，從源頭上對這種影響進行治理。

3) 巷道分級同時受微震系統(tǒng)和應(yīng)力在線系統(tǒng)預(yù)警值的影響，客觀影響因素為預(yù)警值的動態(tài)調(diào)整。從管理層面來講，動態(tài)調(diào)整有利于整個巷道分級辦法的實施與應(yīng)用。

4) 在巷道分級方法的使用過程中，綜采工作面偶爾會有聲音較大的煤炮聲，甚至有明顯的震感，掘進工作面表現(xiàn)的則是高頂、片幫等，也可將該類巷道視為一級巷道管理。

5) 煤粉監(jiān)測方法受施工機具、環(huán)境、風(fēng)流、人員及施工行為等因素影響，得出的每米煤粉重量會有一定的誤差，但是通過制作一種專用接煤粉裝置并投入使用，能大幅度降低煤粉損失率。另外，通過進行一個月或者是半年的數(shù)據(jù)分析，可以最大程度規(guī)避誤差。

5 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)E7102綜采工作面地質(zhì)條件，對巷道進行分級。

E7102綜采工作面膠順和回順長度約為1 500 m，巷道內(nèi)無大型地質(zhì)構(gòu)造，四周也無相鄰采空區(qū)，兩側(cè)均為實體煤。該綜采面監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)采用S0S微震系統(tǒng)，并未安裝應(yīng)力在線系統(tǒng)，掘進期間也并無異常，但工作面回采過程中出現(xiàn)響煤炮等現(xiàn)象，技術(shù)部分根據(jù)經(jīng)驗類比法，認為該工作面只是頂板局部離層或是支護效果不好。為解決該工作面面臨的問題，使用多指標(biāo)巷道分級方法對該工作面進行分級，并確定該工作面的煤粉監(jiān)測周期及其它參數(shù)。根據(jù)計算公式，計算出回順的x=c,煤壁的x=b,但膠順的x=(d-c)。依據(jù)計算結(jié)果，將巷道分別劃分為二級和三級巷道，并對二級和三級巷道的煤粉監(jiān)測周期進行量化，見表4、表5.

表4 E7102巷道分級

表5 E7102煤粉監(jiān)測周期及參數(shù)

根據(jù)分級結(jié)果，E7102工作面膠順存在高應(yīng)力風(fēng)險，將膠順視為一級巷道管理，在加強煤粉監(jiān)測的同時，引入鉆孔應(yīng)力監(jiān)測的手段，對局部應(yīng)力集中的區(qū)域進行卸壓，并及時進行煤粉監(jiān)測的效果檢驗。

6 改進計劃

1) 在巷道分級辦法中引入“一票否決”制，即孤島工作面或孤島型大型煤柱直接視為一級巷道，另外，在巷道出現(xiàn)異常，例如瓦斯超限、高頂、留設(shè)厚底煤、沿空留巷等現(xiàn)象時，直接將該區(qū)域升級為一次巷道。

2) 在巷道分級方法中引入地音系統(tǒng)、電磁輻射法、CT波速反演等手段，將每種指標(biāo)的權(quán)重進行細分，使該方法更準確。

7 結(jié) 語

通過多個指標(biāo)的判定，結(jié)合現(xiàn)場實際對巷道進行了分級管理，突出對巷道的“超前分級、量化監(jiān)測、精準管理”。安全生產(chǎn)監(jiān)督管理人員和部門要根據(jù)巷道分級結(jié)果對煤粉監(jiān)測周期性量化打分和評價，根據(jù)結(jié)果明確巷道煤粉監(jiān)測最佳周期和鉆孔布置最優(yōu)參數(shù)。生產(chǎn)技術(shù)部門綜合分析巷道分級和量化評分，實現(xiàn)對巷道危險性的“分區(qū)管理”和“精準防治”，同時結(jié)合大量數(shù)據(jù)和現(xiàn)場應(yīng)用對該辦法進行了精準性驗證。