最新成果丨赵同彬教授：基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法

基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法

作者

赵同彬^1,2, 赵志刚^1,2, 齐炎山¹, 尹延春^1,2, 牛旭¹, 李淇凡¹

单位

1. 山东科技大学能源与矿业工程学院；
2. 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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摘要

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。

文章目录

0 引言

1煤体钻削理论分析

1.1 钻齿剪切破坏煤体力学分析

1.2 钻头钻削破煤力学模型

2 煤体应力钻测方法

2.1 方法的提出

2.2 煤体应力钻测方法的验证

3 煤矿井下实测分析

3.1 现场实测装置

3.2 现场测试结果分析

3.3 讨论

4 结论

部分附图

室内钻进试验装置

大直径卸压钻孔钻进参数采集装置

3315工作面轨道巷煤体应力、钻进能量云图

作者简介

赵同彬

教授

博士生导师

赵同彬，1975年生，黑龙江齐齐哈尔人，教授，博士生导师，山东省泰山学者特聘教授。现任山东科技大学能源与矿业工程学院副院长，山东省深部矿井动力灾害智能防控重点实验室主任。兼任中国矿山安全学会顶板防治专业委员会秘书长、中国岩石力学与工程学会煤矿智能开采与岩层控制分会副理事长、矿山安全行业标准化技术委员会冲击地压（岩爆）防治分技术委员会委员。曾获全国徐芝纶力学优秀教师，全国煤炭工业生产一线优秀青年科技工作者，全国煤炭青年科技奖，中国煤炭工业协会科技创新人才等荣誉称号。

研究方向

煤矿冲击地压灾害防治、巷道支护理论与技术、岩石力学测试技术与工程监测实用方法

主要成果

提出了冲击地压防治的“冲击体”对象界定，建立了冲击能量概念模型，构建了基于能量源供给和作用方式的防冲技术方法体系；创新性的提出了基于岩层结构刚度变量的岩石力学试验技术方法，研制了变刚度试验机，提出了煤层冲击危险性评价新指标；主持研发了全尺寸真实锚杆(索)加固性能测试平台及测试方法，采用裂隙位移驱动锚杆受力的方式，首次实现了锚固裂隙岩体拉-剪-扭测试功能；主持研发了煤矿井下煤岩层原位强度和应力评估的成套实用技术方法和仪器设备；构建了充填开采全矿压监测体系，实现了岩层运动的全周期和全方位监测分析，揭示了采空区岩层运动的全过程规律特征。主持和参与完成了各类国家级和省部级研发项目20余项，负责完成企业委托课题90余项；参与了《防治煤矿冲击地压细则》修订工作和《煤矿冲击地压防控重点》起草工作，主持和参与制定行业标准、团体标准10余项。获教育部科技进步一等奖１项、教育部科技进步二等奖1项、山东省技术发明奖二等奖1项、山东省科技进步二等奖１项，其他省部级科技奖励20余项，出版专著（译著）4部，首位或通讯发表高水平学术论文60余篇，授权第一发明人发明专利30余项。

引用格式

赵同彬，赵志刚，齐炎山，等. 基于大直径钻孔钻进多参量的煤体应力钻测方法[J].煤炭科学技术，2025，53（1）：122−132.
ZHAO Tongbin，ZHAO Zhigang，QI Yanshan，et al. Research on coal stress measurement and assessment while drilling method based on multiple drilling parameters in large diameter drilling[J]. Coal Science and Technology，2025，53（1）：122−132.

策划：朱恩光

责编：黄小雨

编辑：李莎

审核：常琛