5470Y工作面压力分析

摘要:5470Y工作面位于-800水平四采外区域,该区域7煤层巷道发生过集中压力显现现象,为确定该工作面是否存在冲击危险,通过钻屑法及顶板动态仪对该工作面压力进行分析。 下载论文网 关键词:钻屑极限;应力钻孔;动力现象 中图分类号:TD172 文献
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  摘要:5470Y工作面位于-800水平四采外区域,该区域7煤层巷道发生过集中压力显现现象,为确定该工作面是否存在冲击危险,通过钻屑法及顶板动态仪对该工作面压力进行分析。
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  关键词:钻屑极限;应力钻孔;动力现象
  中图分类号:TD172 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2014)10-0085-03
  1 钻泄法分析
  钻屑法是通过在煤层中钻小直径钻孔(直径42~50mm),根据钻孔在不同深度排出的煤粉量及其变化规律以及有关动力现象判断冲击危险的一种方法。
  1.1 基本原理
  钻屑法的原理就是通过测量钻孔煤粉量的大小以确定相应的煤体应力状态,因此,研究煤粉量与煤体应力之间的定量关系是实施这种方法的理论基础,也是近代岩体力学的一个新课题煤体钻孔力学的主要内容。国内外不少学者进行了理论分析、室内模拟和实测试验。
  此外,若将煤粉钻孔视为在冲击危险区开掘了一个微型巷道,则制造煤粉钻孔,就犹如规模缩小了的冲击地压模拟试验。打钻时钻孔冲击、粒度、推进时间和推进力的变化以及钻杆被夹持等有关动力效应,亦有可能成为鉴别冲击危险的依据。
  极限煤粉量:极限煤粉量,指的是在极限煤体压力作用下所产生的煤粉量,是煤体--围岩力学系统达到极限的平衡条件,即有可能发生冲击地压的煤粉量,因而,所计算的极限煤粉量是鉴别和预测冲击危险的理论依据。
  极限煤粉量与距煤壁的距离有关,距离不同,极限煤粉量的数值亦不同。产生极限煤粉量变化的原因是破坏的分区性造成的。
  1.2 实施方案
  距5470Y工作面超前60m内,对轨道顺槽采面侧的巷帮进行钻屑法监测,钻孔布置如图3所示,在监测范围内,每隔10m打一个钻孔,钻孔深7m。再次打钻时,在相邻两钻孔中间打一钻孔。测量每米煤粉重量,根据煤粉量大小判断其危险性,注意打钻时的卡、顶、吸、煤炮现象,并进行冲击危险判定。
  所需仪器及工具:煤电钻一台、麻花钻杆10根、直径Φ42的钻头若干、1m2的风筒布一个和量程为10kg的弹簧秤一个。
  1.3 数据记录与分析
  按照方案设计,于1月11、12日在5470Y轨道巷共打了10个钻孔,共得到40个数据。钻孔编号与钻孔距工作面距离的对应关系,如表1所示。具体得到的每米煤粉量数据,如表2所示。
  需要说明的是,2号钻孔约在4.5~5.0m处有吸钻现象,5号钻孔约在3.5~4.0m处有吸钻现象,10号钻孔约从4.5m处开始出现吸钻现象,并且特别严重,钎杆很难拔出,导致不能继续打钻。因为所取的是7m范围内的煤粉量,钎杆遇矸石后没有继续往下打钻。
  由图4可以看出,每个钻孔的平均每米煤粉量在2.5~3.5kg之间范围内变化。每个钻孔的平均每米煤粉量分别如下所述:1号钻孔平均每米煤粉量为2.7kg,2号钻孔平均每米煤粉量为2.6kg,3号钻孔平均每米煤粉量为3.2kg,4号钻孔平均每米煤粉量为3.4kg,5号钻孔平均每米煤粉量为3.0kg,6号钻孔平均每米煤粉量为2.7kg,7号钻孔平均每米煤粉量为2.9kg,8号钻孔平均每米煤粉量为3.3kg,9号钻孔平均每米煤粉量为2.5kg,10号钻孔平均每米煤粉量为3.0kg。
  由图5看出,深度为3m处的平均每米煤粉量为2.8kg,深度为4m处的平均每米煤粉量为2.7kg,深度为5m处的平均每米煤粉量为2.9kg,深度为6m处的平均每米煤粉量为3.1kg,深度为7m处的平均每米煤粉量为3.4kg。
  1.4 总结
  (1)通过10个钻孔40个数据的分析,总的平均每米煤粉量为3.0kg,变化范围为2.1~4.3kg,煤粉颗粒较均匀,打钻过程中煤粉量没有出现异常增多的现象,煤粉粒度均匀,无较大颗粒出现,打钻时没有响声和微冲击强度升高的现象。除10号钻孔外,其余钻孔没有出现钻杆被夹持的动力现象。
  (2)10号钻孔约在3.5m处出现了比较严重的吸钻现象,而且出现了钻杆被夹持的现象。这是由于该钻孔位置距断层较近,在断裂线一定范围内出现高应力区,煤体破碎较严重所致。
  2 支承压力影响范围与峰值位置监测分析
  2.1 实施方案
  (1)超前支承压力影响范围及峰值位置监测方。在5470Y工作面轨道巷布置动态仪,如图6所示,在距开切眼228m处开始安装,每隔2m安装一个,共安装4个。当工作面推进至开切眼185m,开始观测顶底板下沉量,每次观测均记录顶板动态仪至煤壁的距离,将记录的情况填入相应表格。每个点的观测时间不少于2小时,每隔20分钟读一次数。由于距煤壁7~8m范围顶板破碎严重,顶板已经基本破坏,测得的顶板下沉数据一般要么很大要么为零,已经失去了实际分析意义,所以在观测时不予考虑。本次观测的范围为距工作面距离为9~43m。
  所需仪器为顶板动态仪4个。
  2.2 观测数据分析
  观测数据的处理方法:将每个测点顶板动态仪的示数转换成顶板移近速度,做法是将后次读数减前次读数即得这段时间内的顶底板移近量,用该测点观测的的几个顶底板移近量求平均值,得出平均顶底板移近量s,采用公式V=s/t得出此观测点的平均移近速度,单位为“毫米/时”(mm/h)。观测结束后,根据计算结果,绘出顶板移近速度与超前煤壁距离的关系图。
  本次观测采用了22个测点的数据,数据处理后绘制的顶板下沉速度与超前煤壁距离的关系图。
  由图7可以看出,支承压力影响范围为38m,支承压力峰值位置距工作面煤壁15.4m。
  参考文献
  [1] 钻屑法在掘进期间高应力集中区的应用[J].能源技术与管理,2012,6(2).

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