【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿山动力灾害监测及预警领域，具体涉及一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法。
技术介绍
1、随着煤矿采深的增加，冲击地压灾害频发，严重威胁人员生命财产安全。钻屑法是通过在工作地点施工钻孔，根据钻孔过程中排出的钻屑量及其变化规律和有关的动力效应判定冲击危险性的一种方法。因其可靠实用、方便操作，成为冲击危险性判定方法和解危效果检验手段。
2、钻屑量与煤体应力有关，为了得到两者精确的关系，国内外煤炭工作者进行大量深入的研究。佩图霍夫考虑了钻孔周围非弹性变形区的松胀，引入松散系数，以库伦-摩尔准则为屈服条件，得到了钻屑量与煤体应力的关系式，但松散系数的物理意义不明确，理论也不够严密。营原胜彦等将排出的钻屑量分为两部分，一部分是与钻孔直径相同的圆柱煤体的钻屑量，另一部分是成孔后，孔周围应力重新分布，由孔壁位移产生的钻屑量，后者根据卡斯特纳方程或修正芬纳公式计算非弹性变形区半径，再根据非弹性变形区体积不变条件求出钻孔周边径向位移，忽略弹性位移后，得到总钻屑量与煤体应力的关系式，该方法完全基于弹塑性理论，无其他假设且理论严密，但是未考虑非弹性变形区的松胀。以上均未考虑煤体的应变软化特性。赵本钧、章梦涛等考虑了煤体的应变软化特性，忽略弹性变形区的径向位移，仅计算非弹性变形区的径向位移，分考虑松胀和不考虑松胀两种情况，分别得到了钻屑量计算式，但是未将塌孔产生的钻屑量纳入钻屑量计算中。李忠华等认为孔周围的初始应力较大时，钻孔后孔壁围岩应力重新分布形成的非弹性变形区也较大，且存在极限应力值，当初始应力大于极限应力值时，钻孔孔
3、在钻屑法实际应用过程中，钻屑的排出量与理论值存在一定差距。根据钻杆排屑原理，钻孔时，螺旋钻杆在钻孔中转动，螺旋钻杆和孔壁构成了一个螺旋输送器，孔底钻屑被钻杆螺旋沟槽向后输送，直至排出孔外。冲击地压矿井钻屑孔通常为两头小中间大的“纺锤体”状。这导致钻孔中部的部分钻屑接触不到钻杆螺旋叶片，无法排出，部分钻屑残留在钻孔中，这部分钻屑被忽略致使测得的排出钻屑量偏小。尤其是在支承压力峰值附近，钻孔直径远大于钻杆直径，残余钻屑量大，导致排出钻屑量小于实际钻屑量。
4、因此，需要一种同时考虑钻屑法原理和钻杆排屑原理的钻屑量修正方法，并据此判定冲击危险性，以提高钻屑法判定冲击危险性的精度，降低误判的可能性。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于针对钻屑法的不足，提供一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，通过修正排出钻屑量，以有效减小钻屑量测量误差，提高钻屑法判定冲击危险性的精度，降低误判的可能性。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方法为：一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，包括以下步骤：
3、步骤一：在工作地点附近无采动和地质构造影响区域测定正常钻屑量ci，i为钻孔深度；
4、步骤二：在工作地点施工钻孔，测定不同钻孔深度处的排出钻屑量mpi、钻屑安息角α和煤体密度ρ；
5、步骤三：通过各个钻孔深度处的排出钻屑量mpi计算得到对应的钻孔直径di，然后根据钻孔直径di，计算总钻屑量mzi，具体计算公式为：
6、
7、
8、式中，l为钻屑量测定间隔，mpi表示不同钻孔深度处的排出钻屑量，α表示钻屑安息角，ρ表示煤体密度，d表示钻杆直径，di表示得到不同钻孔深度处的钻孔直径；
9、步骤四：根据各个钻孔深度处的总钻屑量，分别计算各个钻孔深度处的总钻粉率指数；
10、步骤五：根据各个钻孔深度处的总钻粉率指数与对应钻孔深度处的钻粉率指数指标的大小关系，判定工作地点的冲击危险性。
11、所述步骤五的具体判断方法如下：
12、若某一处或某几处的钻孔深度处的总钻粉率指数超过钻粉率指数指标，则判定该工作地点有潜在冲击危险；
13、若某一处或某几处的钻孔深度处的总钻粉率指数接近钻粉率指数指标，则判定该工作地点有潜在冲击危险；
14、若在任意钻孔深度处，总钻粉率指数均未达到钻粉率指数指标，则判定该工作地点无冲击危险性。
15、所述步骤一中，正常钻屑量的测定方法为：在待判定工作地点对应的无采动和地质构造影响区域布置多个钻孔，钻孔深度至原岩应力区，测定各个钻孔的每米钻屑量并计算得到平均值，作为该工作地点的每米正常钻屑量cj。
16、所述步骤二中，排出钻屑量的测定方法为：在待判定工作地点布置钻孔，收集、称量并记录钻孔过程中每米的排出钻屑量mpj，j为钻孔深度，同时记录钻孔过程中出现的卡钻、吸钻等动力效应及对应的钻孔深度。
17、所述步骤二中，钻屑安息角的测定方法为注入角法或排出角法；
18、所述注入角法具体为：选取不同钻孔深度的多份钻屑，分别注入到不同的平板上，记录各个平板上钻屑所形成的锥体斜面的角度的平均值，即为钻屑安息角；
19、所述排出角法具体为：选取不同钻孔深度的多份钻屑，分别注入到圆板上，直至钻屑堆积到圆板的边缘并从边缘排出，记录此时圆板上的钻屑形成的锥体斜面的角度的平均值，即为钻屑安息角。
20、所述步骤二中，煤体密度的测定方法为：采用蜡封法，先测定煤块质量，再将煤块浸入融化的石蜡中包裹一层蜡外壳，以保持完整的外形；通过分别称得带蜡壳试样在空气中和水中的质量，根据浮力原理，计算出试样体积及煤体密度。
21、所述步骤四中，各个钻孔深度处总钻粉率指数的计算公式为：
22、总钻粉率指数＝总钻屑量mzi/正常钻屑量ci。
23、所述步骤五中，当钻孔深度与巷道高度的比值小于等于1.5时，钻粉率指数指标为1.5；当钻孔深度与巷道高度的比值大于1.5小于等于3时，钻粉率指数指标为2，当钻孔深度与巷道高度的比值大于3时，钻粉率指数指标为3。
24、与现有技术相比，本专利技术公开的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法的优点是：本专利技术将钻屑量看作是围岩应力、煤体物理力学性质、钻进条件等诸多因素综合作用的结果，将钻孔排屑看作“黑箱”，将排出钻屑量作为输出结果，根据钻屑法理论建立排出钻屑量与钻孔直径之间的量化关系，结合钻杆排屑原理，对排出钻屑量进行修正，并用修正后的总钻屑量代替修正前的排出钻屑量判定冲击危险性，减小了排出钻屑量的测量误差，提高了钻屑法判定冲击危险性的精度，降低了误判的可能性。
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1.一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤五的具体判断方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤一中，正常钻屑量的测定方法为：在待判定工作地点对应的无采动和地质构造影响区域布置多个钻孔，钻孔深度至原岩应力区，测定各个钻孔的每米钻屑量并计算得到平均值，作为该工作地点的每米正常钻屑量cj。
4.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤二中，排出钻屑量的测定方法为：在待判定工作地点布置钻孔，收集、称量并记录钻孔过程中每米的排出钻屑量Mpj，j为钻孔深度，同时记录钻孔过程中出现的动力效应及对应的钻孔深度。
5.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤二中，钻屑安息角的测定方法为注入角法或排出角法；
6.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤二中
7.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤四中，各个钻孔深度处总钻粉率指数的计算公式为：
8.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤五中，当钻孔深度与巷道高度的比值小于等于1.5时，钻粉率指数指标为1.5；当钻孔深度与巷道高度的比值大于1.5小于等于3时，钻粉率指数指标为2，当钻孔深度与巷道高度的比值大于3时，钻粉率指数指标为3。
...【技术特征摘要】
1.一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤五的具体判断方法如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤一中，正常钻屑量的测定方法为：在待判定工作地点对应的无采动和地质构造影响区域布置多个钻孔，钻孔深度至原岩应力区，测定各个钻孔的每米钻屑量并计算得到平均值，作为该工作地点的每米正常钻屑量cj。
4.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判定方法，其特征在于，所述步骤二中，排出钻屑量的测定方法为：在待判定工作地点布置钻孔，收集、称量并记录钻孔过程中每米的排出钻屑量mpj，j为钻孔深度，同时记录钻孔过程中出现的动力效应及对应的钻孔深度。
5.根据权利要求1所述的一种基于钻屑量修正的冲击危险性判...
【专利技术属性】
技术研发人员：张玉江，杜才溢，冯国瑞，郭育霞，王博，吴祥业，张帅，王怡宁，崔炳渊，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：
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