摘 要：由于煤礦巷道發(fā)生突水等自然災(zāi)害，影響了我國大量煤礦等工程的推進，又因為對勘測地的地質(zhì)體以及頂板巖層情況的不了解，從而誤導(dǎo)了掘進巷道頂板巖層的現(xiàn)場施工。由現(xiàn)場施工引發(fā)的一系列不同程度的問題，比如輕則誘發(fā)滑坡等自然災(zāi)害事故。而重度的則是危及煤礦等工作人員生命安全和很大的經(jīng)濟損失后果。在巖巷掘進裝備上，因為guojia經(jīng)濟與采礦行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，隨鉆勘測與識別技術(shù)都有了很大改進，其中利用#廣泛的是鑿巖、支護、裝巖、運輸及輔助設(shè)備。為了解決頂板巖層勘測經(jīng)濟費用和技術(shù)不穩(wěn)定性、誤解性的問題，因此有必要對挖進巷道頂板巖層隧鉆識別研究。
１ 頂板巖層隨鉆識別的鉆進參數(shù)計算公式
１．１ 鉆孔比功公式
ＶｔＱ＝∑ΔＧｉ （１）
巖層厚度，即鉆頭通過某巖層過程中給進液壓
鉆孔比功即鉆掘單位體積巖石鉆孔所消耗的能量。
關(guān)于綜合性勘測巖層強度的方法有很多，比如鉆孔比功法是評價巖層強度方法的其中之一，我們學(xué)習(xí)并利用。
利用鉆孔比功法，我們進行了與此方面的試驗。
通過試驗不同巖樣的鉆孔比功與單軸抗壓強度的比較表，表中分為縱向六個條目，還有橫向２個條目�？v向條目即混 泥 土２ 、混 泥 土１、石 灰 巖、黃 泥漿、砂質(zhì)泥巖、水泥砂漿。橫向條目２個，即鉆孔比功，單軸抗壓強度／ＭＰａ。
從 對 比 表 發(fā) 現(xiàn) 黃 泥 漿 鉆 孔 比 功 # 低，為 １．１２ＭＪ·ｍ－３，其 單軸 抗 壓 強 度／ＭＰａ也 就越 低。與此相反，石灰?guī)r鉆孔比功#高為５．４３８ＭＪ·ｍ－３，其單軸抗壓強度也越高，為１３４．７９０／ＭＰａ。
從而，得出了一個結(jié)論，鉆孔比功與單軸抗壓強度的關(guān)系 成 正 比 的 線 性 相 關(guān) 關(guān) 系。即 隨 著 鉆 孔 加大，其巖石強度也逐漸變高。隨著鉆孔比功變小，其巖石強度也跟著變低。
鉆頭在進入頂板巖層分界面和軟弱夾層時，關(guān)于鉆機液壓系統(tǒng)內(nèi)對應(yīng)的動態(tài)響應(yīng)煤礦巷道頂板巖層有很多種類，包括性砂巖、砂礫巖，還有粗砂巖、中粒沙巖、細砂巖、沉積巖等巖體。其中沉積巖占頂板巖層的絕了絕大部分，通常是層狀巖體。在巖體結(jié)構(gòu)上分層性很是明顯，至于巖層的厚度厚薄不等，厚度常常在 幾 厘 米 薄 度 到 幾 十 米 厚 度 這 個 范 圍。另 外，相鄰頂板巖層的厚度等也差異突出。在掘進巷道頂板中進入軟弱夾層這一層時，支護難度高，嚴(yán)重的更有引起巷道冒頂、自然災(zāi)害等事故，因此，及時地分別出掘進巖層處于什么巖層層次能有很大必要。如果巷道掘進處于軟弱夾層時，分析其在頂板中的大致位置和厚度并采用對應(yīng)的支護辦法，對促進和保證頂板巖層穩(wěn)定，保障工作人員生命安全有很重要的作用。
２ 隨鉆頂板巖層識別原理
２．２ 隨鉆頂板巖層識別原理內(nèi)容
shou先將流量變送器、壓力變送器這兩種變送器與液壓錨桿鉆機的液壓系統(tǒng)結(jié)合利用，這時，隨鉆會通過測得液壓錨桿鉆機，把機器測得的進液壓缸的壓力和流量、液壓馬達的壓力和流量等很多參數(shù)，一同傳給檢測和分析單元。隨后利用這些數(shù)據(jù)綜合處理，這樣就可在進行掘進巷道的施工時實時分別出巷道頂板巖層種類及位置。
因為井下鉆錨桿孔在工作時有很多淋水以及巖塵的問題干擾，位移傳感器或霍爾傳感器等檢測器很難監(jiān)測其 鉆 進 的 速 度、轉(zhuǎn) 速、推力及轉(zhuǎn)矩幾個參數(shù)。鑒于這些缺點，利用液體蝸輪流量變送器和擴散硅壓阻式壓力變送器能解決上面不足。如液體蝸輪流量變送器在數(shù)據(jù)采集上有優(yōu)勢，而且其配有結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、精度高和復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏、使用方便、可以測量瞬變流量等優(yōu)點。而另一種擴散硅壓阻式壓力變送器是一種高性能壓力變送器，是針對使用環(huán)境比較惡劣的施工現(xiàn)場設(shè)計的。它的優(yōu)勢是不僅使用方便、精度高、穩(wěn)定性好。而且在抗振、抗沖擊等方面也具有優(yōu)勢。
２．２ 相似模擬頂板組合巖層的制作過程與準(zhǔn)備
通過相似模擬組合巖層的材料配比和厚度的資料對比，發(fā)現(xiàn)木磨合右腔和木磨合左腔兩種模擬巖層其配比材質(zhì)不同，配比體積不同，而模擬巖層的石子#大粒徑和巖層厚度也就不同。
同種材質(zhì)，不同方向的材質(zhì)對比。各巖 層 都 澆灌在長方體的木模盒中，拿１塊平木板把長方形木磨合劃分為兩個觀察部分：一邊為澆筑各組合巖層，另一邊澆筑初試層 Ｃ２０混凝土。
木模盒左邊空腔中放著澆灌了的１層 Ｃ２０混凝土材質(zhì)是初步實驗層。鉆機鉆方向相反的右邊組合巖層前，先在初試層上鉆透１個孔，這樣實施的目的：①可以把液壓系統(tǒng)油液中的氣泡的干擾因素去除掉，提高本次測試準(zhǔn)確度；②讓機電液壓各部件進行預(yù)熱跑合這個步驟，便為了調(diào)試試驗系統(tǒng)。
３ 隨鉆頂板巖層識別試驗系統(tǒng)研制過程與準(zhǔn)備的
實驗工具
試驗工具含有：①單體液壓力變送器的準(zhǔn)備；②準(zhǔn)備好液體蝸輪流量變送器，并查看工具是否可以正常實用；③準(zhǔn)備好另一種變送器，即擴散硅壓阻式壓力變送器；④在變送器準(zhǔn)備好的基礎(chǔ)上，備好數(shù)據(jù)采集卡還有相對應(yīng)的 ＬＡＢＶＩＥＷ 軟件；⑤礦用某型號錨桿六棱中空組合鉆桿；⑥適用本次試驗厚度的金剛石鉆頭，供水管路要配備好；⑦某型號三路跟蹤直流穩(wěn)壓電源。
３ 隨鉆頂板巖性探測的試驗研究
３．１ 試驗步驟
①管路線路的連接，把壓力、流量變送器兩個變送器與鉆機的液壓管路連接好。同時，把供水和供電線路連接在鉆機兩頭。②預(yù)先打好孔，然后把錨桿鉆機以垂直的擺放角度放置在之前打好的孔中，然后進行安裝前安裝鉆頭套等準(zhǔn)備工作。③連接電路圖。把壓力變送器、流量變送器、數(shù)據(jù)采集卡，還有穩(wěn)壓電源等實驗工具依據(jù)接線圖的要求進行連接，注意電路正負(fù)極，避免發(fā)生因為電路連線錯誤而導(dǎo)致實驗失敗的人為因素。④按動直流穩(wěn)壓電源按鈕，利用直流穩(wěn)壓電源給變送器輸送正２４Ｖ 的直流電，接下來打開計算機，找到相應(yīng)的控制程序并進行調(diào)試。⑤對鉆機進行壓力水、電的充足供應(yīng)，然后對頂板巖層鉆孔。⑥統(tǒng)一出廠的品牌鉆頭，每個鉆孔換成新鉆頭，避免鉆頭因新舊差異而干擾實驗結(jié)果。
３．２ 試驗各巖層厚度的實際值與檢測值的比較
實驗分為６個縱向條目和３個橫向條目，縱向條目即混泥土２、混泥土１、石灰?guī)r、黃泥漿、砂質(zhì)泥巖、水泥砂漿。３個橫向條目，即實際厚度、檢 測厚度、誤差比。
通過縱向６個條目與橫向４個條目的綜合對比，發(fā)現(xiàn)了巖層實際厚度 與檢測厚度之間的 誤 差。比如混泥土２實際厚度為１９５ｍｍ，而實驗檢測厚度為２０１ｍｍ，誤差是百分之３．０８，這個誤差比很小。而且發(fā)現(xiàn)另外一些巖層種類實際厚度與勘測厚度的誤差比也很小。
４ 結(jié)論
通過隨鉆頂板巖性探測的試驗研究，發(fā)現(xiàn)了巷道頂板的單軸抗壓強度數(shù)值在巖層分界面的地方產(chǎn)生不斷變化，而且在遇到特殊位置軟弱夾層處的時候也發(fā)生不斷變化的規(guī)律。當(dāng)檢測到錨桿鉆機液壓系統(tǒng)中的壓力和流量發(fā)生對應(yīng)效應(yīng)時，能夠判斷鉆頭通過了巖層哪一界面，是巖層這一分界面，還是軟弱夾層面。在判斷清楚是哪一層巖層界面后，對應(yīng)的工程師需要根據(jù)現(xiàn)有巖層特質(zhì)與現(xiàn)場勘測情況，及時調(diào)整掘進巷道頂板支護方法，防止因此因素造成不良后果。
在巷道頂板巖層隨鉆識別和試驗系統(tǒng)上有了新的研究成果，即在過去頂板巖層識別系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，發(fā)了新的頂板巖層隨鉆識別系統(tǒng)。利用對鉆孔試驗數(shù)據(jù)以及配套單軸抗壓強度值試驗數(shù)據(jù)的對比分析，發(fā)現(xiàn)液壓錨桿鉆機的鉆進參數(shù)能夠很大程度的減少誤差，較為準(zhǔn)確的地根據(jù)頂板識別系統(tǒng)推算出其單軸抗壓強度、位置遠近和薄厚程度。
利用巷道頂板巖層識別試驗系統(tǒng)，推算出的單軸抗壓強度誤差少，從而勘測技術(shù)的穩(wěn)定性及勘測工程的安全性，同時也能減少一些因為勘測技術(shù)失誤造成的自然災(zāi)害事故，減少了一些工作人員的傷亡，減少了一些重大經(jīng)濟損失事件的發(fā)生。
但掘進巷道頂板巖層隨鉆識別系統(tǒng)的使用工程中，需要根據(jù)現(xiàn)場勘測等綜合情況來使用。
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