毛桃良 申宏敏

1.中煤昔陽能源有限責任公司 白羊嶺煤礦 山西昔陽 045300 2.中國礦業(yè)大學 安全工程學院 江蘇徐州 221008

1 分析鉆屑量的指標理論

在實施大量的試驗之后，可以確定在打鉆區(qū)域的瓦斯含量、地應力大小、鉆頭的直徑數(shù)值以及煤自身被破壞效果對于整體的鉆屑量有著較大程度的影響。另外需要明確的是，如果鉆頭的直徑被固定，證明鉆屑量的指標屬于常量，進而可以確定除了此類問題，其他三個因素都是影響鉆屑量的重要因素。而結合相關的資料和理論說明，鉆孔內部的鉆屑量主要是由動態(tài)和靜態(tài)鉆屑量組成。

（1）靜態(tài)鉆屑量主要是在鉆孔半徑（r0）其周圍的原有煤屑量，這種煤屑量主要出現(xiàn)在鉆孔破碎圈之前，而利用其長度來計算，可以將原有的煤屑量體積質量利用ρ0表示，其公式為：

（2）動態(tài)鉆屑量主要是在鉆孔成功后，鉆孔周圍應力重新分布，在孔壁位移之后所產生的鉆屑量，其中包含Se1（表示為孔彈性變形所生成的鉆屑量）；Sp（在孔內部由于破碎帶的作用使煤體本身發(fā)生擴容產生的碎屑量）以及Se2（表述為在破碎帶形成之后，彈性區(qū)域和其交界處基于彈性的基礎上所導致的碎屑量）。

①Se1計算方法：結合效應力等作用的原理和分析，在破壞多孔介質期間所產生的作用力為有效應力：，公式為：

式中：W 為總應力，MPa；λ 表示為煤體自身摩擦角與內聚力相關系數(shù)；P 表示為煤層之間的瓦斯造成的壓力，單位利用MPa 表示；ν 表示煤體存在的泊松比；E 表示煤體本身的彈性模量，單位為N·mm-2。

②Sp的表達式計算表示為：

③Se2計算表達式為：

由以上公式可以看出：

（1）在煤層范圍相同時，煤的ρ0（體積質量）可以被看做每一個地方都是相同的；另外當鉆頭的直徑被固定，每一個地方的靜態(tài)鉆屑量也相對相同。所以結合此分析可以看出，動態(tài)鉆屑量決定了整體鉆屑量的區(qū)別和差異。

（2）在動態(tài)鉆屑量計算和分析中，其主要的影響因素為煤體本身所受到的力性大小，當鉆孔直徑被固定之后，ρ0（煤體體積模量）與ν（泊松比）與動態(tài)的煤屑量呈現(xiàn)正比關系，但是動態(tài)煤屑量與E（煤彈性模量）卻呈現(xiàn)反比關系；另外需要注意的是，動態(tài)鉆屑量與煤體個因素都存在一定的關系，如松散系數(shù)或者自身內聚力等。并且結合煤體自身的軟化模型性質，在地應力增加時，會導致煤質發(fā)生變軟的情況，進而使鉆孔出現(xiàn)較大量的變形，增加動態(tài)鉆屑量[2]。

結合上述對鉆屑量和煤體的分析得知，在鉆頭直徑和同一煤層基礎上，靜態(tài)鉆屑量為定值，而煤層地應力對于動態(tài)鉆屑量指標有著較大的影響作用，所以在巷道的“三帶”范圍分布預測中，可以采取動態(tài)鉆屑量指標進行，結合其指標的變化趨勢和規(guī)律，將煤體內部所存在的地應力進行規(guī)律分析，將抽采瓦斯所需要鉆孔的封孔深度加以確定。

2 測試巷道“三帶”范圍情況

測試原理：

在沿著煤層順序開挖巷道期間，會破壞原有的應力平衡，以此，巷道周圍的煤體其內部應力從三向轉變?yōu)槎?，這時候，煤體層的應力值會變化且重新分布，造成集中應力，并且在開挖的作用下，會降低媒體巖層的強度。需要注意的是，如果此時的強度仍大于集中應力，此時周圍的巖石層依舊是彈塑性情況。而如果出現(xiàn)相反的情況，會破壞煤體巖層，逐漸向著更深部位擴散，一直到新的三向應力平衡形成之后停止。在停止之后巷道周圍煤體自身層次會變?yōu)樵紤?、集中應力帶和卸壓帶（由外向內）。根?jù)上述相關的分析和指標理論探討，煤層地應力的變化情況會對于動態(tài)鉆屑量指標有著嚴重的影響。因此，可通過向煤巷巷幫打順層鉆孔，測量不同深度處煤體鉆屑量的方法，將煤體鉆屑量中在不同的單位、長度和深度的變化進行分析，將煤體內部應力的分布情況加以明確，以此來將“三帶”在巷道周圍的范圍進行確定。

3 結語

綜上所述，在鉆屑量的分析中，其主要包含動態(tài)與靜態(tài)兩方面。如果將鉆頭的直徑確定，其靜態(tài)鉆屑量則為定值，此時動態(tài)鉆屑量會決定總體鉆屑量的差異。而在此期間，煤層的地應力對于其作用和影響較大，所以可以結合鉆屑量指標的變化相關分析來將媒體內部應力分布情況加以確定[3]。