[發明專利]基于多參數臨界煤粉量指標的沖擊危險預警方法

在審

• 申請號: 201510435999.7
• 申請日: 2015-07-22
• 公開（公告）號: CN105041306A
• 公開（公告）日: 2015-11-11
• 發明（設計）人: 顧士坦;李文帥;肖治民;胡成成
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;G06F19/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

技術領域

本發明屬于采礦工程領域，具體涉及一種利用鉆屑法對沖擊危險進行預警的方法。

背景技術

煤礦開采到一定深度時，受到地質構造、地應力以及采動的影響，工作面發生沖擊地壓災害的可能性大大增加。在采礦工程領域，國內外現場預測預報沖擊地壓災害的基礎方法是鉆屑法。鉆屑法是通過在煤層中打直徑42-50mm的鉆孔，根據排出的煤粉量及其變化規律和有關動力效應，鑒別沖擊危險的一種方法。

撫順礦務局、阜新礦業學院、撫順礦務局龍鳳礦沖擊地壓研究組于1985年發表了“鉆屑法研究和應用”一文，通過試驗研究出鉆屑法一整套確定沖擊危險指標和判斷沖擊危險程度的方法和手段，具體給出了龍鳳礦開采沖擊地壓危險煤層檢測標準和沖擊指標，并在生產中進行應用。

臨界煤粉量值的確定是鉆屑法預測沖擊危險的關鍵。目前，常規的做法是在支承壓力影響帶范圍以外煤層打不少于5組鉆孔，鉆孔深度一般為采高的3.5倍，然后對各孔煤粉量取平均值，得到每m煤粉量均值，從而計算臨界煤粉量標準值。

然而，考慮到支承壓力分布特征，每m煤粉量在距離煤壁不同距離處的值有很大不同，僅通過一個臨界煤粉量預警指標對所有深度鉆孔進行沖擊危險預警存在較大的偏差，無法對沖擊危險進行準確、可靠的預警。

基于上述原因，有必要研發一種新的基于多參數臨界煤粉量指標沖擊危險預警方法。

發明內容

為了更準確地進行沖擊危險預警，為礦井安全生產提供保障，本發明提供一種基于多參數臨界煤粉量指標的沖擊危險預警方法，從而實現沖擊危險預警的準確性和可靠性。

一種基于多參數臨界煤粉量指標的沖擊危險預警方法，其特征在于：

第一步：在工作面巷道無沖擊危險區域打多組的鉆孔，記錄每孔每m鉆出的煤粉重量。

第二步：計算所有鉆孔第i(i＝1,2,3,4…)m的煤粉重量均值，再將上述所有的煤粉重量均值相加除以鉆孔深度得到該工作面無沖擊危險區域總的每米正常煤粉量G。

第三步：利用下述公式計算總體臨界煤粉量G_l

G_l＝G·K·α(1)

式中，G_l——總體臨界煤粉量，單位Kg；

G——標準煤粉量，即總的每m正常煤粉量，單位Kg；

K——鉆粉率指數，根據表1進行取值；

α——修正系數，一般取1.1。

表1判別沖擊危險性的鉆粉率指數K

第四步：確定每段的臨界煤粉重量

考慮到鉆孔深度中距煤壁1m范圍內的煤粉量變化不定，同時煤壁附近已形成破碎帶，彈性能已經釋放，失去了沖擊能力，故第1m段不作為監測指標。舍去第1m段數據，對余下長度鉆孔進行分段，每2-3m為一段，用第二步的方法計算每段的標準煤粉量，用第三步的方法計算出每段的臨界煤粉量。

第五步：在待預警的工作區域打2-3組鉆孔，記錄每孔每m鉆出的煤粉重量，統計每孔每m中顆粒直徑大于3mm的煤粉重量，以及每孔每m中顆粒直徑大于3mm的煤粉所占的重量比例；將記錄和計算得出的煤粉量值進行分析并與臨界的煤粉量值相比較，利用預警決策得出預警結果，預警決策分為以下四個步驟：

(1)動力現象分析

根據鉆孔鉆進過程中的動力現象記錄，若兩組及其以上鉆孔鉆進過程中出現沖擊響聲、鉆桿跳動、吸鉆、甚至鉆桿卡死等現象，需要對該區域做出沖擊危險預警；反之，則需要通過步驟(2)繼續驗證。

(2)總體臨界煤粉量分析

若待預警區域任一組鉆孔平均每米煤粉量不小于總體臨界煤粉量，說明該組鉆孔區域范圍沖擊危險程度高，需要做出預警；反之，則需要通過步驟(3)繼續驗證。

(3)鉆孔分段臨界煤粉量分析

將每組鉆孔利用第四步分段方式進行分段，在相應的鉆孔分段內若存在至少兩個分段煤粉量均值不小于本分段內的臨界煤粉量時，需要做出預警；反之，則需要通過步驟(4)繼續驗證。

(4)煤粉粒度分析

在應力集中帶進行鉆孔時，由于高應力的突然破煤，減少了鉆頭參與的破煤作用，使煤粉的粗顆粒量增加。鉆孔過程中若出現粗顆粒增加，則意味著鉆孔進入了煤體高應力狀態；并且每孔每m中顆粒直徑大于3mm的煤粉所占的重量比例大于等于30％，則做出沖擊危險預警；反之，則無需預警。

特別需要指出的是，當進行到某一步便已經做出沖擊危險預警時，后續步驟便可以省略，由此可得出待預警的工作區域是否需要進行沖擊危險預警。

本發明的積極效果是：