煤矿冲击地压钻屑温度检测理论及应用.pdf

致 谢 致 谢 时光飞逝，岁月流年，转眼间两年半的研究生的学习生涯也即将步入尾声，回 顾过往历程，感慨万千，其中有着对力学与工程学院的眷恋，有着对老师们的感怀， 有着对同学们的不舍，还有着那些值得我骄傲的肯定和促我成长的些许遗憾。在硕 士毕业论文结稿之际，借此机会，来表达我内心最真挚的情怀和谢意。 首先，我要郑重的、深深的感谢我的导师潘一山教授。本论文从选题、理论研 究、实验到论文的定稿都得到导师的悉心指导，凝聚着导师的心血。导师开阔敏锐 的思维、广博的知识、高深的学术造诣、严谨的治学态度、“一生只做一件事、一 做坚持五十年”科研精神使我在学习的过程中受益非浅。借此机会谨向我尊敬的导 师潘一山教授致以最崇高的敬意 感谢力学与工程学院的老师们对我的栽培和关心。感谢唐巨鹏老师、肖晓春老 师、代树红老师、李利萍老师、任伟杰老师、李成全老师、董子贤老师给予的诸多 关心和帮助。 我还要感谢李忠华教授、李国臻高级工程师及阎海鹏副教授在理论研究、仪器 研制和实验研究方面对我的指导和帮助。感谢平顶山天安煤业股份有限公司八矿的 防突区姚国申区长、通风科朱庆轩科长在现场试验中的帮助与支持。 同时感谢同门师兄弟及师姐妹们的大力支持和帮助，特别是吕祥锋、王爱文、 王凯兴、唐治等博士，耿琳、王世娟、肖永惠、于文鑫、罗浩、史鹏翔、杨森林、 李成成、郑文红、马萧、朱丽媛、陈峰、王亚林、尹万蕾等硕士，在此向他们表示 由衷的谢意 感谢我的父母、家人和朋友对我的支持和帮助，向他们表示崇高的敬意 向在百忙中审阅本论文的各位专家致以最衷心的感谢。 最后向所有关心、支持我的老师、同学、家人及朋友致以由衷的感谢。 I 摘 要 摘 要 冲击地压是采矿活动引起的巷道或回采工作面周围煤岩体由于突发失稳破坏 释放出巨大的能量，并展现以猛烈震动与冲击性破坏的一种动力现象，是目前煤矿 开采的重大灾害之一。冲击地压是一个复杂的物理力学过程，国内外对其研究已有 近百年的历史，至今仍然是采矿工程和岩石力学界中的一项难题。我国是世界上冲 击地压最严重的国家之一，目前冲击地压矿井已超过 130 多个，随着煤炭开采的发 展和可采储量的逐年减少，未来 10 年内，我国将有相当数量矿井进入深部开采阶 段，而冲击地压发生的频率和强度也将不断增加。因此对冲击地压预测预报及防治 技术的深入研究己显得十分紧迫。 本文主要分析研究钻孔过程中钻屑温度（包括钻头温度、钻孔温度和煤屑温度） 及钻杆扭矩的变化机理，研制了钻屑温度和钻杆扭矩的测试装置。通过理论分析和 实验研究相结合，总结了钻孔过程中钻屑温度的变化规律，为煤矿动力灾害进行预 测预报提供一定的理论与实验基础。 研究结果表明，钻屑温度和钻杆扭矩能够反映煤体应力和煤体强度。单位长度 钻孔，钻屑温度随着煤体应力的增大而增高，随着煤体强度增加而增高，但随着推 进速度增大而降低；钻杆扭矩随着煤体应力的增加而增大，随着煤体强度的增加而 增大，随着推进速度的增加而增大。 本文主要对钻屑温度做了比较系统的研究，对钻杆扭矩只做了初步研究。利用 钻屑温度和钻杆扭矩预测预报煤体动力灾害的方法，具有一定的潜力与研究价值， 对煤矿冲击地压的预测具有重要的理论意义和实用价值。 关键词冲击地压；钻屑温度；钻杆扭矩；煤体强度；煤体应力 II Abstract Abstract Rock burst is a dynamic phenomenon that due to mining activity caused by roadway or working face coal and rock around the sudden failure, it can release a large of energy caused by the volcanic shake and explosive destruction .It is one of the major disasters which have a negative effect on the safety production of coal mine. Rock burst is a complex physical process and the research on it has been nearly a hundred years around the world, but there hasnt been well solved yet, it remains a difficult problem in the field of rock mechanics. China is one of countries that have the most serious rock burst in the world and there are more than 130 burst of mine in China. With the development of coal mining and the reduction of recoverable reserves year by year, China will have a considerable number of mine in deep mining, the rock burst occurrence frequency and intensity will also continue to increase in 10 years. Therefore the prediction and control technology of in-depth study on rock burst has appeared to be very pressing. This paper studies on the process of drilling cuttings temperature including bit temperature, borehole temperature and cinder temperature , torque of drill pipes ,development of drilling cuttings temperature and torque of drill pipes testing device. It studies on the process of drilling cuttings temperature through the combination of theoretical analysis and experimental analysis and provides experimental and theoretical basis for the coal mine power disaster forecasting. The results show that the drilling cuttings temperature and torque of drill pipes can reflect the intensity of the coal and the coal stress. For unit hole long drill, both drilling cuttings temperature and torque of drill pipes increases with coal strength increases as well as the coal stress increases. But drilling cuttings temperature reduces with the advancing speed while torque of drill pipes increases with it. This paper has got a systematic research on the drilling cuttings temperature, and has made a preliminary research on torque of drill pipes .Temperature and torque is very potential as the prediction of coal body dynamical disasters .It has important theoretical and practical value for the prediction of rock burst. Key WordsRock burst；Drill cuttings temperature；Drilling torque； Strength of coal body；The coal stress 目 录 目 录 摘 要 ...........................................................................................................I Abstract............................................................................................................ II 1 绪论 .............................................................................................................. 1 1.1 问题的提出及研究意义 .......................................................................1 1.2 冲击地压机理及预测方法研究综述 ....................................................1 1.2.1 冲击地压机理................................................................................. 1 1.2.2 冲击地压预测研究现状.................................................................. 5 1.2.3 钻屑温度研究现状 ......................................................................... 7 1.3 本文主要研究内容及技术路线 ............................................................8 1.3.1 主要研究内容................................................................................. 8 1.3.2 技术路线 ........................................................................................ 9 2 钻屑温度法的力学基础理论 ....................................................................... 10 2.1 钻孔围岩应力分布规律 .....................................................................10 2.2 钻头切屑破煤力学分析 .....................................................................13 2.3 钻屑温度分析 ....................................................................................18 2.4 钻杆扭矩分析 ....................................................................................22 2.5 本章小结..........................................................................................32 3 钻屑温度与煤体应力关系的实验研究 ......................................................... 33 3.1 钻屑温度监测装置的研制 .................................................................33 3.1.1 钻头温度测量装置 ....................................................................... 33 3.1.2 钻孔温度测量装置 ....................................................................... 35 3.2 钻屑温度实验方案.............................................................................35 3.3 钻屑温度实验结果与分析 .................................................................37 3.3.1 钻屑温度与煤体应力关系实验..................................................... 37 3.3.2 钻屑温度与煤体强度关系实验..................................................... 42 3.3.3 钻屑温度与钻进速度关系实验..................................................... 44 3.4 钻杆扭矩实验结果分析 ......................................................................46 3.5 本章小结............................................................................................48 4 钻屑温度法检测煤层冲击危险性的应用研究............................................. 50 4.1 现场概况............................................................................................50 4.2 测试方案............................................................................................50 4.3 测试结果及分析 ................................................................................52 4.3.1 风巷测试结果............................................................................... 52 4.3.2 工作面测试结果 ........................................................................... 57 4.4 钻屑温度法预测指标临界值的确定 ..................................................63 4.5 本章小结............................................................................................66 5 结论与展望 ................................................................................................. 68 5.1 主要结论............................................................................................68 5.2 今后工作展望 ....................................................................................69 参 考 文 献................................................................................................... 70 作 者 简 历................................................................................................... 74 学位论文原创性声明 ...................................................................................... 76 学位论文数据集.............................................................................................. 77 1 1 绪论 1 绪论 1.1 问题的提出及研究意义 1.1 问题的提出及研究意义 冲击地压是煤矿巷道或回采工作面周围的煤岩体在高地应力条件下积聚大量弹性能， 在受到外界扰动时煤岩体突发失稳破坏，能量以冲击的形式释放出来，并产生猛烈震动与 爆发式破坏的一种动力现象。在冲击地压发生过程中，将破碎煤岩体向采掘空间抛出，造 成支架移动破坏底鼓同时还伴随有周围岩体的震动剧烈的声响和气浪，直接威胁着煤矿的 生产及工程施工的人员财产安全，甚至会引起瓦斯爆炸与火灾事故，导致生产中断，毁坏 矿井建设。由于冲击地压震源浅，造成震中烈度远大于同级天然地震烈度，严重时整个采 场被摧毁，造成井毁人亡的悲剧，甚至波及地面，造成地震灾害，因而冲击地压问题已引 起各国的重视。但是到目前为止，国际上仍不能有效解决控制冲击地压灾害。可以说冲击 地压已成为世界范围内采矿工程和岩石力学界迫切需要解决的科学难题[1,2]。 世界上有记录的首例冲击地压发生在 1738 年英国的南斯塔福煤田，我国有记录首例 冲击地压发生在 1933 年的抚顺胜利矿。1960 年 1 月 20 日南非的 Coalbrock North 煤矿发 生了一次冲击地压，是目前煤矿冲击地压最大的一次灾难，造成井下破坏面积达 300 万平 方米，死亡 437 人。目前，我国冲击地压矿井已超过 130 多个，而且我国煤炭开采以每年 10 米左右的速度向深部延伸，东部矿井更是达到了每年 10～25 米，已有部分矿井进入深 部开采阶段，如沈阳矿区红阳三矿已达到-1100m，新汶矿区孙村矿采深为-1200m，淮南矿 区望峰岗矿达到-1300m， 不完全统计， 目前国有煤矿中， 最终采深大于 800m 的矿井有 171 个，深井（8001200m）141 个，特深井（1200m）30 个。随着煤炭开采的发展和可采储 量的逐年减少，未来 10 年内，我国将有相当数量矿井进入深部开采。随着深度的增加， 煤体的应力增高，煤岩体力学性质的改变，煤体变形和积聚的弹性潜能也越大，冲击地压 发生的频率和强度将不断增加。因此对深部矿井冲击地压预测预报及防治技术的深入研究 已显得十分迫切，成为我国煤矿生产中急待解决的岩石力学问题。 1.2 冲击地压机理及预测方法研究综述 1.2 冲击地压机理及预测方法研究综述 1.2.1 冲击地压机理 1.2.1 冲击地压机理 冲击地压是一个复杂的物理力学过程，至今仍是采矿工程和岩石力学界中的难题。冲 击地压机理是评价、预测和防治冲击地压的理论基础，但是至今还没有完全搞清楚，正处 2 于不断认识和研究的过程中。中外学者在现场调查和实验室研究的基础上，从不同角度相 继提出了一系列重要的冲击地压理论模型[14]，主要包括强度理论、刚度理论、能量理论、 冲击倾向性理论、三准则理论、失稳理论、突变理论、分形理论等。这些理论从不同方面 描述了冲击地压发生的力学机制，为冲击地压灾害的预测与防治提供了有力的理论基础。 1、强度理论 早期的强度理论认为冲击地压是煤岩体局部应力超过其强度极限时，煤岩体产生冲击 破坏。上世纪 50 年代末期提出的近代冲击地压的强度理论主要是以“煤体一围岩”系统 为研究对象，认为煤岩体的承载能力应是“煤体围岩”系统的强度，认为煤岩体的承载 能力应是“煤体围岩”系统的强度，导致煤岩体破坏的决定因素不仅是应力值的大小， 而且与煤岩体强度相关。上世纪 70 年代强度理论进一步得到发展，提出了煤岩的夹持理 论，认为煤体处于顶底板“夹持”之中，夹持特性决定了煤岩体系统的力学特性，并且导 出了煤体极限压应力的计算公式，揭示了煤体一围岩系统的极限平衡条件。 强度理论解释了冲击地压的一些现象，但是在巷道和采场中，煤岩体局部应力集中超 过煤岩体强度极限是随处可见的，如采掘工作面、巷道和煤柱等，但并不是都发生冲击地 压，强度理论无法解释这些事实。因此强度理论是判断冲击地压发生的必要条件而不是充 分条件，它只能判断煤岩体是否发生破坏，但并不能断定是静态破坏还是动态破坏。 2、刚度理论 刚度理论源于刚性压力机试验，上世纪 60 年代，Cook[5,6]等人在普通试验机上对大理 岩进行压缩时，与大理岩试件并联一个铜管以加大试验机刚度。通过实验发现，试验机刚 度大于试件后期变形刚度时，大理岩在达到强度峰值后将不发生突然破坏，且可以得到应 力应变全程曲线。若是试验机刚度小于试件后期变形刚度时，则试件发生突然猛烈破坏， 并将此结论解释井下矿柱与围岩的冲击问题。上世纪 70 年代，Brake[716]将此理论进一步 完善，认为矿山结构矿体的刚度大于矿山负荷系统围岩的刚度，是产生冲击地压的必要 条件。 刚度理论用于判断煤柱稳定性具有简单直观的特点，但是刚度理论只在矿柱冲击地压 情况下较适用，对于巷道和采场等其它冲击地压情况，很难用刚度理论进行解释，而且即 使是矿柱情况，对于多个矿柱时也很难用刚度理论进行计算。刚度理论没有正确地反映煤 体本身在煤岩系统中不但可以积蓄能量而且可以释放能量的这一基本事实，且矿山结构刚 度定义也不十分明确。 3 3、能量理论 Cook[16]等人在上世纪 60 年代对南非 15 年来冲击地压的防治情况进行了总结， 提出了 冲击地压发生的能量理论，指出当煤体围岩体系在力学平衡状态受到破坏时，所释放的 能量大于消耗的能量，就会发生冲击地压。 能量理论较全面和完善地揭示了冲击地压发生时的能量过程，从能量的角度来解释冲 击地压形成的原因， 是对冲击地压机理认识的一个重大突破， 但它把煤岩体看成纯弹性的， 没有说明平衡状态是如何被打破的，也没有给出围岩释放能量的条件，因此能量理论的判 据缺乏必要条件。 4、冲击倾向性理论 Bieniawski[17,18]等通过实验室实验，测得煤的应力应变结果，并结合现场调查发现，相 同地质条件和开采条件下，煤层是否发生冲击地压有很大差异，他们认为这是煤岩固有的 物理力学性质差异造成的，将煤岩的这种固有性质称为冲击倾向性，并提出了两个冲击倾 向性指标弹性能指数、冲击能量指数。认为当这两个冲击倾向性指标大于某个值时，就 会发生冲击地压， 这一理论称为冲击倾向性理论。 我国学者在这方面作了大量的研究工作， 提出了煤样动态破坏时间Dt、弹性能指数WET和冲击能量指数KE三项指标综合判别 煤的冲击倾向性的指标。 冲击地压的发生不仅与煤岩自身属性有关，还与地质环境和采掘方式等因素有关，而 且煤岩物理力学性质会随地质开采条件的不同而存在很大差异，因此实验室测定的结果往 往不能代表不同环境下的煤岩物理力学性质，这是冲击倾向性理论在应用中存在的局限 性。 5、三准则理论 我国学者李玉生等[20]在强度理论、能量理论、冲击倾向性理论的基础上，考虑到冲击 地压发生的充分必要条件，将不同的判据有机的组合到一起，提出了冲击地压的“三准则” 机理模型。该准则将强度准则视为煤岩体的破坏准则，作为冲击地压发生的必要条件；把 能量准则和冲击倾向性准则，作为冲击地压发生的充分条件。当三个准则同时满足，才是 判定冲击地压发生的充要条件。 该理论模型比较全面地揭示了冲击地压的发生机理，相对来说是比较完善的，但理论 没有给出三个准则的具体形式，特别是强度准则和能量准则，由于影响因素众多，各参数 几乎无法确定，因此该模型的实际应用难度很大，这正是目前预测方法和冲击地压机理之 间脱节的重要原因。 4 6、失稳理论 章梦涛等[2125]根据煤岩变形破裂的机理，提出冲击地压失稳理论。认为冲击地压是煤 岩材料的失稳破坏现象，煤岩受应力集中影响局部应力超过峰值强度变成应变软化材料， 当处于非稳定状态时，在外界扰动下发生冲击地压。并且采用了平衡状态非稳定判别准则 及动力失稳过程准则，来作为冲击地压发生的判定准则。 失稳理论提出，只有当煤岩体内的集中应力超过煤岩体强度后才能发生冲击地压，这 与强度理论一致，并指出了只满足强度准则却不一定发生冲击地压的原因；提出煤岩体变 形系统若处于非稳定平衡状态，在扰动下失稳释放的能量大于克服阻力所消耗的能量，且 多余能量转换为动能时，将发生冲击地压，这里给出了自行释放能量的条件；指出系统失 稳与煤岩体极限强度前后的物理力学性质都有关系。 7、突变理论 潘岳、谭云亮、尹光志、潘一山[1]等学者建立了岩体结构失稳的突变模型，对围岩压 力、刚度和煤岩体损伤扩展耗散能量进行分析，定性地解释发生冲击地压的机理。突变理 论目前大都采用尖角突变模型，建立岩体的势函数，分析分叉集，得出突变判据。突变理 论发展了刚度理论和强度理论。 这一理论的研究刚刚起步， 离解决实际问题还有相当距离。 8、分形理论 谢和平[27]利用分形几何学的方法来研究冲击地压，对冲击地压的分形特征及微震活动 的时空变化的分形特征进行了试验研究，建立了冲击地压的分形理论。这一理论的主要成 果是使用分形的数目与半径的关系来分析微震事件的空间分布，发现微震事件具有集聚分 形结构。当临近冲击地压发生时，微震事件的集聚程度明显增加，并出现分形维数的减少。 最低的分形维数通常出现在一个主冲击地压临近发生时。分形理论对冲击地压发生更多地 是从现象的角度给予定性描述，在定量描述冲击地压发生的原因和破坏过程方面还需要做 大量的研究工作。 9、其他理论 齐庆新[28]等在研究冲击地压的发生与煤岩体摩擦滑动破坏的关系时提出了“三因素” 理论。将代数学中的分叉理论和混沌动力学应用于研究和分析井下煤岩体发生冲击地压， 用非线性分叉理论和混沌动力学来研究煤岩体冲击地压的发生；潘立友在研究冲击地压的 预测预报时提出了冲击地压的扩容理论。众多学者从不同侧面提出了对冲击地压形成机理 的新认识，提出新的理论，对于深入揭示冲击地压的形成机制发挥了重要的作用。 目前的各种冲击地压理论中，强度理论、能量理论、冲击倾向性理论是基本理论，其 余理论都是这三种理论的总结和发展，且各个理论都有其自身的特点和局限性。由于目前 5 对煤岩体在受外载作用下发生的细观断裂和破坏的机理研究不够深入，同时也对煤岩体内 部微裂纹的扩展与冲击过程之间的关系尚未明确，所以对冲击地压发生的研究未达到机理 清晰、规律明确的程度。 1.2.2 冲击地压预测研究现状 1.2.2 冲击地压预测研究现状 冲击地压的预测是指对冲击地压潜在危险程度的预先判断，是防治冲击地压灾害的基 础，冲击地压的预测包括对冲击地压发生的时间、空间和规模的预测，即预测某个区域或 某个局部有无冲击危险性及冲击危险可能发生的时间、空间和破坏程度[2931]。 冲击地压预测方法可按不同原则进行不同的分类。从预测的范围与时间来分，大致可 分为两类区域预测和局部预测。前者的任务是确定矿井、煤层和煤层区域的危险性，这 类预测也可称为长期预测；后者的任务是在前者的基础上，及时预测局部地点即采掘工作 面的冲击危险性，这种预测又可称为日常预测或工作面预测。根据预测过程及其连续性， 日常预测又可分为静态（或不连续）和动态（或连续）两类预测方法[29]。静态法指从现场 工作面提取煤体在某一时刻所处状态的某种量化指标而确定危险性的方法。动态法是指通 过动态连续地监测能够综合反映煤体所处的应力或变形状态的某种指标来确定工作面附 近煤层危险性的方法。 静态法指从现场工作面提取煤体在某一时刻所处状态的某种量化指标而确定危险性 的方法。静态方法包括钻屑法、围岩变形法、常规矿压观测法、顶板动态法等。 钻屑法是向煤体钻小直径钻孔，根据钻孔过程中单位孔深排粉量的变化规律和动力现 象，根据钻孔过程中单位孔深排粉量的大小及其变化规律和钻孔过程中的动力现象来检测 煤体应力集中程度、峰值大小及位置，以判定冲击地压的危险等级，达到冲击地压预测的 目的， 是一种应用最多且简便易行的煤层冲击地压检测方法， 已经有一套成熟的预测标准。 围岩变形法是根据采掘活动引起了围岩的变形与移动，来判断冲击危险性的。生产实 践表明，煤体松软，煤体刚度小，巷道变形量大，不容易形成冲击破坏；如果煤体的刚度 大，巷道变形量小，则很容易发生脆性破坏，强度发生突变，形成冲击破坏。 常规矿压观测法是根据采掘活动在煤层和顶底板中将引起各种形式的矿山压力显现， 如工作面支架压力、立柱压缩量，判断工作面顶板来压规律，同时对巷道的变形及其围岩 应力分布进行观测，来预测冲击地压发生的危险性及其区域。 顶板动态法是根据冲击地压发生前的一系列征兆，如煤岩层向采空区运动加剧，顶板 岩层断裂声加剧，采空区有雷声，顶板下沉，煤壁片帮，有炮声；打煤层眼时，钻杆卡住 6 不易拔出，出现支柱折断、柱帽压缩、金属支柱卸锁等；采煤工作面和巷道压力有明显的 增大现象，来预测冲击地压的方法。 动态法是指通过动态连续地监测能够综合反映煤体所处的应力或变形状态的某种指 标来确定工作面附近煤层危险性的方法。动态法包括电磁辐射法、声发射法、微震系统监 测法，电荷辐射法等。 煤岩电磁辐射法[30]是通过煤岩体受载变形破裂过程中煤体各部分的非均匀变速变形 引起的电荷迁移和裂纹扩展过程中形成的带电粒子变速运动而形成的向外辐射电磁能量， 反映煤岩体的受载程度、变形破裂强度、及煤岩体变形和微破裂的频次，综合反映了煤与 瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害现象的一种方法。大量的研究发现，在煤岩动力灾害 等发生前都有明显的电磁辐射异常，发现了煤岩变形破裂时电磁辐射的一些规律，在部分 矿井上得到了应用，并取得了一定的效果。 声发射法是根据煤岩在外力作用下，会发射出音频和超音频范围内的弹性波，即声发 射现象，通过声发射的强弱来反映煤岩体破坏的能量释放过程，作为评价煤岩体破坏的信 息。早在 20 世纪 40 年代初，美国就利用声发射技术监测金属矿井的岩爆；20 世纪 70 年 代，前苏联在顿巴斯煤田进行了声发射技术用于煤与瓦斯突出预测的研究；20 世纪 80 年 代，加拿大研制出了多种声发射监测系统，用于岩爆预测。我国利用声发射法预测冲击地 压的研究起步较晚，煤炭科学研究总院抚顺分院和重庆分院进行了声发射法预测煤与瓦斯 突出基础理论及应用研究，研究成果在现场得到了初步应用。 微震系统监测的原理是通过监测由采矿活动引起岩体中应力重新分布过程中伴随岩 石破裂时发出的地震波，对地震波信息进行处理获取微震活动事件发生的位置、大小、能 量、非弹性微震体应变和震源机制等并由此计算出所伴随的岩体中应力场、位移及流变等 参数的改变，从而达到判断岩体稳定性的目的。波兰在微震监测方面研究具有代表性，其 思想和理论来源于地震监测的理论和实践。国内的微震监测系统有姜福兴等研制的微地震 定位监测系统；潘一山等研制的矿震监测定位系统，该系统可计算矿震发生时刻、矿震震 级、矿震发生位置，并可对未来的矿震发生趋势进行预测。 电荷辐射法[29]是基于煤岩体变形破裂过程有电荷产生，且煤岩变形破裂过程产生的电 信号与煤岩动力过程密切相关，包含着煤岩变形破裂力学过程的大量信息，电荷感应信息 能综合反映冲击地压等煤岩动力灾害现象过程中各阶段的破坏特征，用于监测预报冲击地 压等煤岩动力灾害的方法。 7 1.2.3 钻屑温度研究现状 1.2.3 钻屑温度研究现状 钻屑法就是向煤层中打直径 4250mm 的小直径钻孔，根据钻孔过程中单位孔深排粉 量的变化规律和有关动力效应，了解煤体应力集中程度、峰值大小及位置，鉴别冲击危险 等级的一种方法。 钻屑法的基本理论和最初试验是 20 世纪 60 年代由德国和苏联的学者实现的，我国从 20 世纪 70 年代开始了钻屑法的试验研究。该方法基于受压煤层中钻小直径钻孔，当钻孔 进入煤体高应力区域时，钻进过程呈现动态特征，孔壁煤体部分可能突然挤入孔内，并伴 有振动、声响或微冲击等钻孔效应，单位长度上排出的煤屑量大于正常排粉量，钻屑粒度 增大，以及随之出现的卡钻现象。当单位长度的排粉率增大到标定值时，表示高应力和冲 击危险状态。 目前世界上所有有冲击地压的国家都在应用和研究钻屑法。我国几个冲击地压严重的 矿井，如北京矿务局门头沟矿、开滦矿务局唐山矿以及重庆大学、北京煤科总院开采所等 单位也都进行了试验，辽宁工程技术大学在这个方面开展研究也比较早，处于国内领先地 位。 钻屑法是一种应用技术， 尽管国外早已开始研究和应用， 但由于开采地质条件的差异， 特别是冲击地压问题的复杂性，以及在理论上和实践上尚不完善，所以国外经验难于直接 引用。尤其是冲击危险的检测标准，必须因矿而异，具体条件具体确定。 王宏图等[32,33]认为煤层在受到高地应力和高瓦斯压力的作用下，煤体受到挤压和吸附 瓦斯，煤体温度要上升，同时，煤体聚集高应变能，在打钻时将会出现顶钻、夹钻、卡钻 和喷孔等突出危险性的前兆现象，并使钻孔进尺速度减慢，钻孔孔底煤壁与钻头摩擦时间 增长，从而钻屑温度上升。并确定了钻屑温度和煤体温度作为预测突出危险性的指标。通 过现场预测预报的统计结果和实