巷道掘进冲击危险性预测与防治

摘要：对于掘进巷道，其冲击地压危险性不仅在掘进迎头，而且将波及到巷道后路处于高应力的区域。因此，为确保巷道掘进期间整个巷道的安全，需要对巷道迎头和后路进行冲击地压危险性监测。该文介绍了巷道掘进冲击危险性预测的方法及其防治技术。

关键词：巷道 掘进 测试技术

中图分类号：TD324 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-01

1 巷道预测技术―钻屑法

为了更好的了解和评价待采掘位置的冲击危险的程度，我们应当及时确定该位置的支承压力的峰值大小和位置，从理论上讲峰值愈大、距煤壁的距离越近，冲击危险的程度就越大。但在实际应用中，直接测定出煤层应力的大小很难，我们一般采取相对评价的方法。

钻屑法是通过在制定位置的煤层中，钻小直径钻孔（直径约为42～50 mm），根据钻孔在不同钻深的排出的粉尘量及其变化的规律以及相关的动力现象来判断冲击危险性的一种方法。是我们在实际生产中常用的一种巷道冲击危险性预测技术。

1.1 技术原理

钻屑法的工作原理是通过测量钻孔所排出的粉尘量的大小来确定相应的煤体的应力状态。根据原理我们可以看出，研究所排出的粉尘量与煤体应力之间的对应定量关系是实施这种方法的理论基础。这同时也是煤体钻孔力学所研究的主要内容之一。目前，国内外不少学者都对这个课题进行了理论分析、室内模拟和现场实测

试验。

同时，如果将煤粉钻孔技术看做成是在冲击危险区开掘了一个小型或者微型巷道。则制造钻孔的过程，就如同规模缩小了的动压现象的一个模拟试验。打钻过程中钻孔的冲击，粒度，推进时间和推进力的变化及钻杆夹持等有关的动力效应，也可能成为鉴别危险的重要依据。

1.2 钻屑法监测冲击危险的实际施工方法

（1）打测试钻孔：采用麻花钻杆（每节1 m），采用φ42 mm的钻头，钻孔深度一般为7～8 m，间距一般为5～8 m；

（2）收集煤粉（可采用胶织袋或塑料布）；

（3）称重：用容器测量煤粉的体积，并用称重工具称量煤粉的质量。

（4）记录数据：每钻进1 m测量1次。并及时记录打眼地点、时间、钻屑量，同时要记录下打眼过程中出现的钻杆跳动、卡钻和微冲击等动力现象。

要按照由外向里的顺序监测，并在确认确实无冲击危险后，方可向里进一步探测。监测钻孔布置在根据预先推测（经验类比）最可能发生动压现象的冲击危险区域。

监测钻孔应使用专门配备的一套固定设备，由专业队伍进行，采用专用钻架和钻杆导向装置，确保钻孔直径均匀和钻进方向偏离误差最小。

监测钻孔垂直煤壁，钻孔一般布置在采高中部一定范围内，钻孔尽量平行于层面。

动压现象危险程度的最大检测深度一般为3～4倍采高，对于薄煤层检测深度一般在7.0 m；监测过程中如果在未达到要求深度已经判定有冲击危险，应停止探测。

监测时由专业队伍负责打钻，并记录钻孔过程中的相关数据：时间、地点和深度以及每米钻孔的排粉量、并同时记录施工过程中的钻孔动力效应、钻孔施工地点的生产地质条件，并绘制钻孔位置示意图，由生产技术部门负责数据记录、整理、通报、存档。

2 局部卸压技术

2.1 爆破卸压

爆破卸压是指对具有动压现象的区域，采用爆破的方法减缓其应力集中的一种卸压措施。几乎世界上所有国家在开采具有较大冲击危险的煤层时，都把爆破卸压作为主要的解危措施。

（1）动力作用。爆破卸压采用的是内部爆破技术，其作用是通过爆破使煤层产生裂隙。爆破后，冲击波破坏煤体，爆生气体进一步破裂煤体。在气压的作用下，形成切向的应力，产生径向破裂。当断裂韧性大于裂隙的强度因子时，止裂。径向裂隙是造成煤层力学性质变化的主要因素。裂隙会导致煤体的弹性模量减小，同时强度降低，从而积聚的弹性能减少，破坏了动压现象发生的所需要满足强度条件和能量条件。从而阻止了动压现象的发生。

（2）实施步骤：钻孔检测，通过煤粉钻孔的方法来检测煤体的应力情况。如果超过了规定的指标，则我们认为该位置具有冲击危险性。通过大量的钻孔，来圈定冲击危险的区域；在测定并确认已形成冲击危险的区域或者冲击危险性较大的区域，按照计算好的爆破参数来实施爆破卸载。爆破后，采用同样的方法在爆破孔附近区域检测卸载效果。

（3）爆破工艺：钻孔―装药―封孔―起爆。

2.2 钻孔卸压

钻孔卸压是通过利用钻孔来消除或者减缓动压的解危措施。钻孔卸压法是基于钻孔冲击现象。越接近应力集中带，煤体积聚能量越多，冲击频度越高，强度也越大，煤粉量也同时增多。每一个钻孔周围都会形成一定的钻孔破碎区，破碎区互相接近交汇后，使煤层破裂卸压。总的说来，钻孔卸压的实质是：利用煤层高应力条件下，煤层中积聚的弹性能来破坏钻孔周围的煤体，使煤层卸压、消除冲击危险。

3 结语

（1）综合静应力场的分布变化规律、构造应力场的展布形态及局部高应力场的影响范围，划定巷道掘进时可能发生冲击危险的区域并进行相应预测，该危险区域一般位于巷道迎头及后路。一般采取钻屑法及流动电磁辐射法进行危险区域的监测。

（2）采用钻屑法可对巷道冲击危险性进行有效的预测及判定。对钻屑法的基本原理、监测施工方法及其临界指标进行了详细的说明，有助于加深对钻屑法预测冲击危险性的理解，以便钻屑法更好地

应用。

（3）提出一系列动压现象危险性预测方法，包括开采判定法、动压基本参数测定法及钻屑法预测，三种方法可结合运用。通过实际测定，一采区及二采区掘进工作面顺槽在现有的支护形式下，整个掘进头包括顺槽范围内不会发生破坏性动压现象，但要进行预测和局部解危，掘进工作面可实现安全生产。

（4）提出了两种局部解危技术，包括爆破卸压和钻孔卸压。其实质都是通过解除冲击危险区域的高应力状态，从而释放煤层中积聚的弹性能，来达到消除冲击危险的目的。