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题名基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法
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作者
赵同彬
赵志刚
齐炎山
尹延春
牛旭
李淇凡
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机构
山东科技大学能源与矿业工程学院
山东科技大学山东省深部矿井动力灾害智能防控重点实验室(筹)
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出处
《煤炭科学技术》
北大核心
2025年第1期122-132,共11页
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基金
国家自然科学基金面上资助项目(52374097)
山东省自然科学基金重大基础研究资助项目(ZR2019ZD13)
山东省泰山学者工程项目经费资助资助(tstp20221126)。
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文摘
煤体高应力是冲击地压发生的必要条件,及时准确测量评估煤体应力是冲击地压预警工作的关键环节。大直径钻孔是煤矿冲击地压防治最常用的预卸压、卸压解危和应力调控方法,研发和应用基于大直径卸压钻孔的煤体应力随钻测量技术方法,可以得到煤矿井下大量煤体应力数据。本文根据煤体钻削破坏特征,对钻头破煤进行了力学分析,以钻头钻削力为纽带,研究了钻头受力与煤体应力关系,建立了煤体钻削力学模型,给出了包含钻进多参量的煤体应力反演方程;开展不同强度和煤体应力的原煤室内钻进实验,验证了力学模型的准确性和适用性,自主研制了大直径卸压钻机配套的随钻测量装置,开展煤矿井下实测实验,获取钻头位移、转速、转矩随时间变化数据,计算得到不同钻孔深度的煤体应力,给出了卸压孔区应力场分布形态,并与钻进能量和钻进时间进行了比较分析。结果表明,室内钻进实验加载应力与钻削力学模型计算应力平均误差为4.9%、最大误差为15.7%;现场实测煤体应力随孔深呈现先上升后下降的趋势,与煤壁支承压力分布规律一致,同一钻孔的煤体应力、钻进时间和钻进能量随孔深变化曲线基本一致,表明高应力区钻孔消耗能量较多,所需钻进时间也较长;对比相邻钻孔应力发现,先施工钻孔的应力峰值较高,后施工钻孔应力峰值较低,且峰值位置向深部转移,表明先施工钻孔起到明显的卸压作用。通过建立钻进多参量和煤体应力的定量关系,进行基于大直径卸压钻孔钻进多参量的煤体应力原位测量,将大直径卸压钻孔从卸压工程孔拓展为应力测量孔,实现钻孔卸压与应力测量评估一体化。
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关键词
大直径卸压钻孔
钻削力学模型
煤体应力
钻进多参量
钻测方法
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Keywords
large diameter pressure relief borehole
drilling mechanics model
coal stress
multiple drilling parameters
measurement while drilling method
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分类号
TD313
[矿业工程—矿井建设]
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题名基于煤体卸压钻孔钻屑的冲击危险性检测方法及应用
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作者
赵同彬
尹延春
任文涛
张庆志
高久国
赵志刚
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机构
山东科技大学能源与矿业工程学院
山东能源集团鲁西矿业有限公司
山东唐口煤业有限公司
山东科技大学山东省深部矿井动力灾害智能防控重点实验室
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出处
《煤炭学报》
北大核心
2025年第5期2384-2393,共10页
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基金
山东省泰山学者工程专项资助项目(tstp20221126)
国家自然科学基金资助项目(52074167)
山东省高等学校青创科技支持计划资助项目(2023KJ093)。
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文摘
钻屑法是煤矿常用的冲击地压危险性检测方法,而大直径卸压钻孔的施工方法与钻屑法类似,但由于缺少相应的大直径卸压钻孔的钻粉率指数以及高效便捷的称重方法,大直径卸压钻孔钻屑法未能得到广泛应用。文中基于标准孔径钻屑法的钻粉率指数,提出考虑卸压扰动的大直径卸压钻孔钻粉率指数及临界煤粉量确定方法;通过开展室内煤样钻孔卸压-煤粉测量试验,探究钻孔孔径、煤粉量、煤样初始应力及卸压后应力间的函数关系,进而给出孔距为1、2和3 m条件下孔径为150 mm的卸压钻孔钻粉率指数及临界煤粉量的建议值;并结合研发的煤粉自动测量装置,在井下冲击危险巷道开展大直径卸压钻孔钻屑检测应用。结果表明:煤样钻孔煤粉量与钻孔孔径、煤样应力呈正相关关系,钻孔卸压后煤样应力降低率与钻孔孔径-孔距比呈正相关性;孔径为150 mm的卸压钻孔的钻粉率指数大于孔径为44 mm的钻孔的钻粉率指数,且随着钻孔间距的减小而逐渐增大;山东唐口矿6310工作面孔径为150 mm的卸压钻孔的煤粉量为25~93 kg/m,在巷帮12~14和18~20 m深处存在高应力区,沿空巷道煤粉量明显大于实体煤巷道。通过大直径卸压钻孔钻粉率指数确定方法和煤粉自动测量装置相结合,形成了基于煤体卸压钻孔钻屑的冲击危险性检测方法,为巷道高应力危险区“卸压-检测”同步作业提供了一种实用技术途径。
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关键词
冲击地压
卸压钻孔
钻屑法
钻粉率指数
临界煤粉量
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Keywords
coal burst
destressing drilling
drilling powder monitoring method
drilling powder rate index
critical drilling powder
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分类号
TD324
[矿业工程—矿井建设]
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