钻孔多参量指标预测冲击地压危险性的试验研究_郝志勇.pdf

第 46 卷 第 6 期煤田地质与勘探Vol. 46 No.6 2018 年 12 月COALGEOLOGY 2. Graduate School of Liaoning Technical University, Liaoning 123000, China; 3. School of Mechanics and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China; 4. School of Physics, Liaoning University, Shenyang 110136, China Abstract In order to accurately predict the danger of rock burst, a for predicting impact risk by monitoring the variation law of drilling parameters such as drill rod thrust, drill rod torque and drill cutting quantity during drilling was proposed. Using self-developed integrated testing device of multi-parameters of borehole, test and analysis of multi-parameters of different coal stress state under laboratory environment, it was found that the drilling rod torque and drilling cutting quantity increased with the increase of the stress of the coal body. As the drilling time increased, the drilling rod thrust firstly increased and then decreased, showed a trough of wave, and then increased and finally decreased. Under the same drilling and drilling tool conditions, in-situ experiment drilling was carried out in mine. The results indicate that with the increase of drilling depth, the change regulation of drilling rod torque and drilling cutting quantity showed a high degree of consistency, before 5 m depth, all of them first increased and then decreased. The thrust of drilling rod is on the rise in 1–4 m, down to the trough of wave at 5 m, then the thrust value rised again, and finally showed a steady trend. The distribution of stress in this area was divided, it could be determined that the stress peak point was approximately at 5 m deep in the hole. And the SPSS data analysis software was used to preliminarily determine that the critical thrust index of the drill rod of ChaoXing 204煤田地质与勘探第 46 卷 this test point was 7.5 kN, the critical index of drilling rod torque was 50 Nm. The research results can provide theoretical basis and engineering guidance for prediction of coal mine dynamic disaster risk such as rock burst. Keywords rock burst; multi-parameter index of borehole; coal stress; critical index 冲击地压是煤矿井下巷道、煤柱和采掘工作面 等煤岩体突然失稳破坏而造成的一种动力灾害[1-3]。 冲击地压发生时会释放煤岩体中积压的大量能量， 从而造成巷道破坏、工作面、顶板下沉，瓦斯大量涌 出等，造成设备损坏和人员伤亡，因此冲击地压是保 证煤矿安全高效开采必须解决的重大工程问题[4-7]。 煤 体应力分布状态对其内部积聚的弹性应变能有很大 影响，应力集中区域积聚能量较多。外界采掘活动 破坏煤体原有应力平衡状态造成失稳，积攒能量瞬 间喷出，从而发生冲击地压[8-9]。开采实践证明，冲 击地压动力灾害的发生呈现区域性分布，并受煤体 应力的主控作用，故可通过监测煤体应力分布状态 对冲击危险性进行预测预报。众多学者通过数值模 拟、现场试验等手段对煤体内部应力分布状态进行 了研究朱丽媛等[10]、潘一山等[11]、徐连满等[12] 等利用钻头温差法、钻杆扭矩法等单一钻屑指标对 冲击地压危险性进行预测。 陆振裕等[13]、 曲效成等[14] 采用钻屑法将围岩应力与冲击地压两者的关系进行 了分析。王恩元等[15]通过研究煤体应力与煤岩变形 破裂过程中电磁频谱的变化，提出了电磁辐射法预 测冲击地压的技术方法。吕进国等[16]提出微震法有 效预警冲击地压的方法，并建立了冲击地压层次化 监测的应用模型。上述研究主要为单参量指标预测 方法，预测结果参考范围较小，对于局部区域冲击 危险性程度判定有一定局限性。 本文采用钻孔多参量指标对矿井冲击地压进行 预测，基于钻屑量这一传统预测指标，引入钻杆推 力与钻杆扭矩 2 个参量。研究随着钻进深度的变化 各钻孔参量随之变化的规律及其相互之间的对应关 系，建立多参量钻孔指标预测冲击地压危险性的方 法。利用自主研制的钻孔多参量一体化测试装置将 实验室与现场试验数据进行回收整理，得到了相关 参数曲线，并对各参量随着钻进深度的增加变化规 律加以分析。研究结果可为冲击地压连续监测提供 一定数据支持，从而提高多参量指标预测预报冲击 危险性的可靠性。 1多参量钻屑指标预测冲击地压方法的提出 钻屑法是目前预测冲击地压危险性的一种较为 有效的监测方法。通过研究钻屑量与煤体应力之间 的关系，判断煤体内部应力分布情况，根据记录打 钻过程中出现的钻杆跳动、冲击响声、卡钻等动力 现象来判定冲击地压的危险程度[17-18]。通过动力现 象只能对冲击危险性做定性分析， 而不能定量计算， 而钻屑法监测的不连续性，软弱煤层或极易破碎煤 层出现的钻屑量超过标准值情况，是单一钻屑参量 的不足之处。故提出可以通过测试仪器实现实时监 测钻进过程中各参量数值变化规律的方法，通过设 定钻孔多参量指标方法标对冲击危险性作出更加准 确地预测。 在进行局部验证时，通过钻杆旋转推进进行钻 孔工作，钻进过程中钻孔受到煤体自身应力作用会 发生收缩变形，对钻杆推进力、钻杆扭矩造成影响， 且在煤岩应力作用下煤体自身硬度也会发生改变， 在应力集中区煤体脆性较大造成钻屑量突然增大。 当出现粒度增大与钻进较容易现象时，是因为在高 地应力作用下打钻几乎不需要钻头参与煤体就自动 破碎，推力较小，研磨较小，此时意味着应力集中 带的出现，在此处钻孔钻屑量较多，易发生冲击危 险。根据在钻进过程中监测钻杆推力值与钻杆扭矩 值的变化情况，可有效认别应力变化规律，从而成 为鉴别冲击危险的依据。因此提出基于钻屑量、钻 杆推力与钻杆扭矩等多参量钻屑指标预测冲击地压 的方法。 2多参量钻屑指标测试试验 2.1测试系统及原理介绍 本次试验采用尺寸为400 mm400 mm400 mm 煤样试件，选取抗压强度值为 25 MPa，根据相似材 料强度配比，利用水泥、沙子、水，并在中间放置 适当大小煤块，以保证试件更加符合实际煤体力学 性质，将配比好的材料放在试件制作模具中，养护 3 周后进行试验。共制作 4 组试件，记为 14 号试 件。试验设备包括钻机、钻头、钻杆、传感器数 据测试采集系统、风动矿压机、轴压围压加载设备 等。采用课题组自主研制的新型钻机，长度 1 m， 直径38 mm插接式麻花钻杆， 钻头两翼直径为42 mm， 并与钻杆相连，钻机带动钻头进行旋转钻进。 本次测试系统采用模块化数据采集仪，用于对 煤矿井下钻孔多个物理量进行测试。整套系统包含 旋转采集设备、非旋转采集设备和相应的传感器。 旋转采集设备，安装在轴套上，轴套一端连接钻杆， 另一端连接钻机的回转器。推力和扭矩传感器安装 在轴套里，合称为钻杆传感器，并通过线缆内部走 线连接至外层包裹的旋转采集设备。另一套非旋转 采集设备，通过安标线缆与称重传感器进行连接， ChaoXing 第 6 期郝志勇等 钻孔多参量指标预测冲击地压危险性的试验研究205 在钻孔过程完成后对钻屑量进行称重并采集数据。 钻杆传感器利用应变效应，通过测量电阻变化对推 力和扭矩进行测量。图 1、图 2 分别为钻杆传感器 数据采集仪模型图和加载测试。 1采集模块；2电源模块；3钻杆传感器 图 1钻杆传感器数据采集仪结构模型 Fig.1Structure model of data acquisition instrument of drill pipe sensor 图 2传感器加载测试 Fig.2Loading test of sensor 2.2试验方法 试验系统如图 3 所示，试验步骤如下 a. 将制作好的试件放置在试验台试件容器中， 为防止试件松动需在其两侧各放置厚度为 10 mm 钢 板， 同时可保证试件受力均匀， 然后用螺栓进行紧固； b. 安装钻机设备与数据测试采集系统，并对钻 机接通矿压机动力源，试件容器连接轴压围压加载 装置，对试件进行轴压围压加载。煤体有效应力值 计算公式[19]为 11 12 12 1 2 11 2 32 v hh vh p pp pp               ’ （） 1 式中 σ为有效煤体应力值，MPa；σν为垂直煤体方 向应力值轴压，MPa；σh’为有效围压；σh为平行 煤体方向应力值围压，MPa；p1为钻孔非弹性区瓦 斯压力，MPa；p2为钻孔形成后周围的瓦斯压力值， MPa。本次试验不考虑瓦斯影响，故可认为 p1、p2 均为 0。将不同部分轴压围压加载值与对应煤体有 效应力值记录，如表 1 所示。 图 3试验系统图 Fig.3Testing system 表 1试件轴压围压参数设置 Table 1Parameter setting of confining pressure of axis pressure of specimen 试件编号围压/MPa轴压/MPa有效煤体应力值/MPa 1号No.10.752.51.3 2号No.21.003.01.7 3号No.31.253.52.0 4号No.41.504.02.3 c. 启动钻机，对试件进行轴压围压加载，开启数 据测试采集系统，设定钻进深度为 360 mm，钻进时 间为 120 s，达到钻进深度后停钻 15 s 后将钻杆撤出， 停止钻机、关闭轴压围压加载装置，停止数据采集。 2.3试验结果与分析 根据数据采集系统记录的数据，以时间为横坐 标，得到试件在不同轴压围压下钻杆推力与扭矩随 时间变化曲线。 a. 钻杆推力试验数据分析 钻杆传感器采样频率为 100 Hz， 记录下 0120 s 内推力变化数据，如图 4 所示。 从图 4 中可以看出，在 020 s 内推力数值在缓 慢增加； 在 2040 s 内增加速度迅速上升； 在 4070 s 内出现一个波谷， 波谷两侧数据呈稳定状态； 7090 s 内数值趋于平稳，并有小幅度波动，90120 s 内数值 下降至最低。 由此可判断钻杆推力在钻进过程中的变 化趋势为 推力值经过缓慢与急剧上升两个数值增大 阶段并保持稳定， 后下降至波谷位置， 随后恢复至稳 定阶段， 最后降至最低。 原因是钻头刚接触到试件后 推力数值上升，随着钻进深度的增加应力也逐渐增 大， 故推力值增加速度变大； 而当到达应力集中区域 时， 此区域内试件应力较大， 造成试件脆性大于自身 硬度，故推力值较小；随后试件自身硬度较大，推力 值增大， 钻进深度远离应力集中区后试件自身应力值 逐渐减小，推力值迅速下降至最小值。 b. 钻杆扭矩试验数据分析 考虑到试验过程中振动可能带来数据波动，故 取每个 10 s 内钻杆扭矩平均值，从而得到不同试验 ChaoXing 206煤田地质与勘探第 46 卷 条件下钻杆扭矩平均值，如表 2 所示，并绘制扭矩 随时间变化曲线，如图 5 所示。 从图 5 中可以看出，在钻进时间相同情况下，4 组试件扭矩值均呈现先增大后减小的趋势，峰值点集 中在 6080 s； 对比 4 条曲线可知 煤体应力对钻杆扭 矩影响较大，扭矩值与试件有效应力值成正比。 图 4钻杆推力–时间变化曲线 Fig.4Thrust-time curve of drill rod 表 2不同试验条件下钻杆扭矩平均值 Table 2Average of drilling rod torque under different experimental conditions 煤体有效应力 σ/MPa 不同时段内的扭矩平均值/Nm 10 s20 s30 s40 s50 s60 s70 s80 s90 s100 s110 s120 s 1.30.830.910.981.121.241.321.311.261.231.191.131.06 1.71.021.091.141.231.301.421.451.401.321.281.221.17 2.01.171.261.311.391.481.541.591.521.471.391.301.24 2.31.431.491.591.711.791.861.811.731.641.581.491.41 图 5钻杆扭矩随时间变化曲线 Fig.5Variation of drill rod torque with time c. 钻屑量试验数据分析 通过收集钻孔后各试件所得总钻屑量，用于研 究在不同煤体有效应力作用下钻屑量变化规律，同 时与钻杆推力、扭矩做对比研究，将三者变化规律 与煤体应力大小之间的关系做定量分析，以实现 用多参量指标预测冲击地压的目的。钻屑量测试 结果如表 3 所示，钻屑量与煤体应力之间的关系 如图 6 所示。 表 3钻屑量测试数据 Table 3Test data of drilling cutting quantity 有效煤体应力σ/MPa1.31.7 2.02.3 钻屑量 G/kg0.624 0.8511.0561.173 从图 6 中可以看出，钻屑量与煤体应力之间近 似呈正相关关系。对两者进行拟合得 2 0.562 60.100 70.987 4GR2 为深入研究钻杆推力、扭矩与煤体应力之间的 关系，取钻杆推力、扭矩在不同煤体应力下平均值 与钻屑量进行对比分析，如图7、图8所示。可以 看出推力、扭矩与钻屑量均有良好的线性相关性。 ChaoXing 第6期郝志勇等钻孔多参量指标预测冲击地压危险性的试验研究207 图 6钻屑量与煤体应力关系曲线图 Fig.6Relationship between drilling cutting quantity and coal stress 图 7钻杆推力与钻屑量关系曲线 Fig.7Relationship between drilling rod thrust and drilling cutting quantity 图 8钻杆扭矩与钻屑量关系曲线 Fig.8Relationship between drilling rod torque and drilling cutting quantity 3现场应用 3.1现场试验方案 本文利用现场测试试验对多参量钻屑指标预测 冲击地压的准确性进行验证，在河南某矿进行了测 试试验，利用自主研制的钻孔多参量一体化测试装 置，在井下800 m深度试验点原煤处，通过在工作 面与巷道侧帮采集钻屑参量试验数据，通过观察数 据分布规律判断钻孔前方煤体应力分布状态，利用 多次试验数据给出可靠性较高的参量预测指标。 图9为钻孔试验测试现场。 图 9钻孔试验现场测试图 Fig.9Site test for borehole test 整体设备由竖直立柱顶在顶板上面，钻机与传 感器系统放在水平横梁上，并由斜立柱进行支撑， 钻机连接风管提供动力源，钻杆长度为1 m，钻头 两翼直径为42 mm，钻进速度约为0.5 m/min，每钻 进1 m后，停止钻机，进行一次数据采集，共钻进 9 m，并对每米钻进产生的钻屑进行收集，然后接钻 杆，重复上述测试过程，为避免人工操作对试验数 据造成影响，通过手柄控制开关使钻机自主推进与 旋转。现场共布置5个试验孔，工作面位置2个试 验孔记为12号试验孔，测点之间距离为6 m；回 风巷位置3个试验孔记为35号试验孔， 测点之间 距离15 m，5号测点距离工作面10 m，钻孔布置如 图10所示。 图 10钻孔布置图 Fig.10Borehole layout 3.2测试结果分析 3.2.1钻杆推力测试结果分析 测得15号钻孔不同钻进深度的钻杆推力， 取 每米内钻杆推力数值平均值，如表4所示。并绘制 钻杆推力值随钻进深度变化曲线图11。 图中钻杆推力随钻进深度的变化趋势为在 14 m内推力呈现逐渐上升趋势，并在4 m左右 处达到最大值；随后在5 m处下降至波谷位置， 在56 m位置推力值再次上升，最后呈稳定趋势。 ChaoXing 208煤田地质与勘探第46卷 表 4回风巷位置时 5 个试验孔钻杆推力值数据表 Table 4Data of drill pipe thrust of 5 test holes in air return way 孔号 不同孔深下的推力/ kN 平均值/ kN 最大值/ kN 1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m 1号 2.354.224.856.783.864.815.085.125.184.696.78 2号 2.324.254.846.633.424.784.865.105.144.596.63 3号 2.364.184.766.583.354.835.014.895.034.556.58 4号 2.134.194.736.853.684.855.154.814.954.596.85 5号 2.294.214.746.453.224.794.845.055.124.526.45 图 11钻杆推力–钻进深度变化曲线 Fig.11Drill rod thrust-drilling depth variation curve 3.2.2钻杆扭矩测试结果分析 测得15号钻孔不同钻进深度的钻杆扭矩， 取 每米内钻杆扭矩平均值记录，如表5所示。并绘制 钻杆扭矩值随钻进深度变化曲线图12。 图中钻杆扭矩随钻进深度变化趋势为 在15 m 内钻杆扭矩呈现逐渐上升趋势， 并在5 m左右处达到 最大值；随后呈逐渐下降趋势。分别对15号测点 钻杆扭矩M与钻进深度l关系进行曲线拟合得 2 111 2 222 2 333 2 444 2 555 0.525 45.352 718.8310 0.53195.667 618.195 2 0.444 54.345 015.7119 0.419 94.475916.2071 0.324 03.500 319.766 7 Mll Mll Mll Mll Mll                   3 分析15号试验孔拟合函数可知 钻杆扭矩峰值 位置分别为5.09 m、5.34 m、5.24 m、5.33 m、5.40 m。 峰值点扭矩分别为32.46 Nm、33.29 Nm、27.10 Nm、 28.13 Nm、29.51 Nm。观察工作面两个测点扭矩数值 可知取两者数据平均值，扭矩峰值为32.88 Nm，扭 矩峰值点大约出现在5.2 m处； 观察巷道3个测点扭矩 数值可知 在距离工作面40 m范围内， 钻杆扭矩峰值、 峰值点位置与距离工作面位置有关，钻孔位置与工作 面距离越近，扭矩峰值越大，扭矩峰值点位置与煤壁 的距离越大，峰值点位置约处于5.25.4 m。 表 5回风巷位置时 5 个试验孔钻杆扭矩值 Table 5Drill rod torque of 5 test holes in air return way 孔号 不同孔深下的扭矩/Nm 平均值/Nm 最大值/Nm 1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m 1号 24.526.728.432.434.831.929.527.325.128.9634.8 2号 24.725.929.132.535.133.231.628.726.429.6935.1 3号 20.621.424.526.528.626.925.323.421.624.3128.6 4号 21.122.425.327.629.028.126.525.122.525.2929.0 5号 23.624.325.828.230.728.827.626.524.826.7028.8 3.2.3钻屑量测试结果与分析 测得15号钻孔不同钻进深度的钻屑量随钻 进深度变化曲线如图13所示， 所测钻屑量具体情况 如表6所示。 图中钻屑量随钻进深度的变化趋势为15 m 内钻杆扭矩呈现逐渐上升趋势，并在5 m左右处达 到最大值；随后呈逐渐下降趋势。分别对15号测 点钻屑量G与钻进深度l关系进行曲线拟合得 2 111 2 222 2 333 2 444 2 555 0.01890.208 71.912 4 0.022 60.245 41.832 9 0.02580.28011.582 6 0.024 20.265 21.6888 0.027 00.296 21.628 6 Gll Gll Gll Gll Gll                   4 ChaoXing 第6期郝志勇等钻孔多参量指标预测冲击地压危险性的试验研究209 图 12钻杆扭矩–钻进深度变化曲线 Fig.12Drilling rod torque-drilling depth variation curve 图 13钻屑量–钻进深度变化曲线 Fig.13Drilling cutting quantity-drilling depth variation curve 表 6试验孔钻屑量数据表 Table 6Drilling cutting quantity of test holes 孔号 不同孔深下的钻屑/kg钻屑量总量 G/kg 1 m2 m3 m4 m5 m6 m7 m8 m9 m 1号 2.102.322.302.342.602.512.432.362.2621.22 2号 2.082.212.322.412.692.432.382.342.2421.10 3号 1.862.022.152.292.452.342.282.142.0919.62 4号 1.962.092.232.352.522.382.332.262.1320.25 5号 1.932.112.212.292.602.462.342.212.1420.29 分析15号试验孔拟合函数可知 钻屑量峰值 位置分别为5.52 m、5.43 m、5.43 m、5.48 m、5.49 m。 峰值点最大钻屑量分别为2.49 kg、2.50 kg、2.34 kg、 2.42 kg、2.44 kg。钻屑量平均值记为Gav、钻进深度 平均值记为 av l。并对其进行拟合得到 2 avavav 0.020 70.227 01.872 6Gll 5 计算可得钻屑量最大值约为2.50 kg，钻屑量峰 值位置约为5.48 m。 观察巷道3个测点钻屑量数值可知在距离工 作面40 m范围内， 距离工作面最近的5号测点钻屑 量数值最大，距离工作面最远的3号测点钻屑量数 值最小，根据在机巷中3个钻孔的测试结果，距离 工作面越近的孔，由于受工作面采动影响，越接近 应力集中区影响范围，则该处煤体应力越大[20]。钻 屑量峰值点位置位于5.4 m左右，钻屑量最大值 2.32.5 kg。 以上数据均是在巷道采取钻孔卸压措施后的测 试结果。在工作面采取钻孔卸压措施后，卸压范围 内的煤体释放部分弹性变形能，并产生新的裂隙， 原有裂隙扩展，与新生裂隙合并形成宏观裂纹，煤 体强度降低，煤体应力减小。经过一定时间后，在 上覆岩层作用下，卸压区煤体应力重新调整，在工 作面前方形成新的应力集中区，但新形成的应力集 中区内煤体应力峰值小于卸压前工作面前方应力集 中区内的煤体应力峰值。所以，测试得到的参量结 果小于卸压之前的指标值。 开采实践与理论研究均已证明，煤体应力增 大时，动力灾害危险性增加，钻屑量也增加，钻 屑量指标可以较好地反映煤体应力的大小和变化 规律。试验研究结果表明，通过向煤体打钻过程 中，钻杆推力出现波谷位置与钻屑量最大值出现 位置相近；钻杆扭矩随煤体应力的变化趋势与钻 屑量随煤体应力的变化趋势相似，且最大值出现 的位置基本一致，进一步验证了钻杆推力、钻杆 扭矩可以反映煤体应力的大小和变化规律，说明 利用钻屑多指标方法监测以应力为主导冲击地压 是可行的。 3.3临界指标确定方法 3.3.1钻杆推力临界指标确定方法 对工作面2个测点钻杆扭矩试验数据进行临界 指标分析， 试验点钻屑量临界值为5.0 kg/m， 用SPSS 数据分析软件对钻屑量和钻杆推力的测试结果进行 分析表7。由表7可知，对数曲线、倒数曲线与S 曲线拟合效果较好，钻杆推力用上述3种曲线的结 果依次为8.545 kN、7.736 kN、11.672 kN。从安全 角度考虑，确定钻杆推力的临界值取7.50 kN。 3.3.2钻杆扭矩临界指标确定方法 对工作面2个测点钻杆扭矩试验数据进行临 界指标分析，试验点钻屑量临界值为5.0 kg/m， 用SPSS数据分析软件对钻屑量和钻杆扭矩测试 结果进行分析表8。由表8可知，对数曲线、倒 数曲线、三次曲线和S曲线的拟合效果较好，当 钻屑量取5.0 kg/m，钻杆扭矩用上述曲线回归的结 果依次为67.106 Nm、55.841 Nm、74.587 Nm、 ChaoXing 210煤田地质与勘探第46卷 71.909 Nm。从安全角度考虑，确定钻杆扭矩的临界值取50.0 Nm。 表 7钻屑量与钻杆推力函数模型汇总 Table 7Function model of drilling cutting quantity and drill rod thrust 方程R2FDF1DF2Sig. 参数估计值 常数B1B2B3 线性0.0620.462170.5196.6112.804 对数0.0810.620170.4570.2425.159 倒数0.1030.804170.40010.464–13.638 二次项0.7468.799260.016–170.749146.566–30.473 三次0.7468.796260.016–170.849146.565–30.4730 复合0.1080.845170.3981.0471.856 幂0.1341.084170.3321.1161.630 S0.1631.363170.2813.301–4.219 增长0.1080.845170.3880.0460.619 指数0.1080.846170.3811.0470.619 Logistic0.1080.845170.3880.9550.539 自变量钻屑量/kgm–1，因变量钻杆推力/kN 注 R2为相关系数的平方；F 为回归方程的显著性检验；DF1 为第一自由度；DF2 为第二自由度；Sig.为显著性水平；B1、B2、 B3 为函数方程非标准化系数。 表 8钻屑量与钻杆扭矩函数模型汇总 Table 8Function model of drilling cutting quantity and drilling rod torque 方程R2FDF1DF2Sig. 参数估计值 常数B1B2B3 线性0.86645.101170–20.53021.188 对数0.86444.380170–13.35649.994 倒数0.85842.21917079.239–116.992 二次项0.86619.336260.002–24.37524.4410.685 三次0.86619.348260.002–24.86823.94100.162 复合0.86344.2811705.3652.053 幂0.86544.9541706.8231.700 S0.86344.0631705.073–3.988 增长0.86344.2811701.6800.719 指数0.86344.2811705.3650.719 Logistic0.86344.2811700.1860.487 自变量钻屑量/kgm–1，因变量钻杆扭矩/Nm 4结 论 a. 在其余试验条件相同情况下， 煤体应力不同， 钻 杆推力和钻杆扭矩变化规律也不同；随着钻进深度增 大，钻杆推力呈现先增大后减小出现波谷然后增大最后 减小至最小值，钻杆扭矩先增大后减小的变化规律；试 验所用4个试件煤体应力与钻屑量呈正相关关系。 b. 利用钻屑多指标监测设备，在河南某矿原煤 处进行了现场验证及应用。结果表明通过记录打 钻过程中钻杆推力、钻杆扭矩、钻屑量等参数数据 信息，可以判断工作面前方煤体卸压区、应力集中 区和原岩应力区的范围及冲击地压的危险性。现场 测试结果表明判定工作面前方煤体应力峰值大致 位于煤体内5.0 m处；工作面前方煤体内部04.0 m 位置为卸压区，4.06.0 m位置为应力集中区；6.0 m 以后为原岩应力区。钻屑多指标监测方法包含了钻 屑量、钻杆推力、钻杆扭矩等多项钻孔指标，达到 了一孔多用的目的。 可更好地反映煤体的应力状况， 从而提高深部矿井冲击灾害监测的准确性。 c. 根据井下观测数据可知工作面钻杆推力、钻 杆扭矩与钻屑量预测结果存在一致性，在确定钻屑 量临界指标取5.0 kg/m时，利用SPSS数据分析软 件回归分析方法，初步确定此试验点钻杆推力临界 指标为7.5 kN，钻杆扭矩临界指标为50.0 Nm，可 ChaoXing 第6期郝志勇等钻孔多参量指标预测冲击地压危险性的试验研究211 作为预测矿井冲击地压灾害的参考指标。 参考文献 [1] 潘一山. 冲击地压发生和破坏过程研究[D]. 北京清华大学， 1999. 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