CN103206903A - 一种坚硬顶板定向承压爆破控制方法 - Google Patents

Abstract

一种坚硬顶板定向承压爆破控制方法，主要是根据顶板自身赋存条件，选择特定的钻孔布置、装药结构及封孔方式，通过承压传爆介质充分赶出孔裂隙内的空气介质，利用传爆介质压缩性能小，炸药能量利用率高的特点，对割缝钻孔或完整钻孔进行定向或非定向控制爆破，并利用传爆介质的扩容与脉冲对孔壁围岩进行二次松动弱化，加速顶板孔裂隙的发展与贯通，加强对坚硬顶板的预裂弱化。它主要包括钻孔的对齐并列打设与交替间隔装药；钻孔割槽处理与炸药及传爆介质选择原则；钻孔装药形式及药量确定；孔口封孔方式及传爆介质承压设定；爆破安全防护措施。该发明工艺实施方便、操作简单、成本低廉、适用范围广，可推广用于普通顶板或顶煤及煤层的松动弱化。

Description

一种坚硬顶板定向承压爆破控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿生产中的顶板或顶煤以及煤层的松动预裂弱化问题，特别是涉及一种坚硬厚层顶板条件的定向爆破控制方法。

背景技术

煤矿坚硬顶板问题一直是困扰工作面安全高效生产的重要难题。由于顶板赋存完整，岩性坚硬，随着工作面的推进，坚硬顶板大面积悬而不垮，从而导致采空区空间逐渐增大，工作面支架阻力也不断增加，加之坚硬顶板下方直接顶冒落矸石不能充满整个采空区空间，当大范围悬露顶板突然垮断时，会造成工作面矿压显现加剧，工作面顶板来压强度大，甚至形成“飓风”，冲击工作面生产支护设备，影响工作面正常生产，严重威胁井下人员的生命安全。

目前，坚硬顶板控制措施主要有3种：超前深孔爆破是随着回采工作面的推进，工作面顶板受爆破冲击与采场采动应力影响，在工作面控顶区以及附近的顶板岩层中形成压缩区、拉伸区和剪切区，以实现对煤层顶板整体性的处理与控制，但对于坚硬顶板尤其是坚硬厚层顶板的爆破控制效果显著性较低，坚硬顶板条件下钻孔完整性较好，装药不耦合空间较大，钻孔内炸药能量利用率较低，粉尘及有害气体量大，顶板破坏范围相对集中，工作面顶板整体控制效果较差；煤岩体水压致裂弱化技术是利用钻孔水压力的作用改变孔边煤岩体的应力状态，导致孔边起裂和裂缝扩展，进而利用裂隙水压力控制水压裂缝的扩展，弱化煤岩体的整体力学特性，增加煤岩体的渗透性，使煤岩体充分吸水湿润，进一步软化煤岩体，通过压裂和软化作用改变煤岩体强度，但受现有技术及设备的限制，高压注水条件下设备要求条件较高且存在一定的安全隐患，故坚硬顶板条件下的水压致裂弱化技术控制效果并不显著；滞后工作面煤壁步距式爆破放顶与超前深孔爆破机理基本一致，同样存在装药不耦合空间大，钻孔内炸药能量利用率低，工作面顶板整体控制效果差的特点。

总之，对于坚硬顶板实施常规爆破控顶措施，始终存在炸药能量利用率低，粉尘及有害气体量大，顶板弱化破坏程度不均匀，局部破坏严重，整体控制效果差的特点，而实施水压致裂弱化技术又受到技术装备条件限制，现有高压水设备难以满足坚硬顶板弱化破裂要求。

因此，为了克服上述现有技术的不足，这里提出了一种坚硬顶板定向承压爆破控制方法，充分利用钻孔炸药爆炸能量及炸药周围介质的扩容做功能力，炸药用量少，降尘效果好，有害气体生成量少。

发明内容

本发明提供了一种坚硬顶板定向承压爆破控制方法，对于煤矿生产中一般顶板或顶煤、煤层的松动预裂弱化以及坚硬厚层顶板条件下的顶板控制具有显著效果。

本发明所采用的技术方案是：首先确定工作面坚硬顶板钻孔布置方式，并对坚硬厚层顶板钻孔预先进行割槽处理；其次在钻孔内装置炸药，并初步封孔，并在装药孔口安置爆破防护措施；通过专用输运装置往钻孔内注入液体、固体或固液混合传爆介质直至达到预定压力值，二次检查封孔情况；最后对钻孔内全部炸药进行连线起爆。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）对坚硬顶板钻孔实施割槽技术，可以满足坚硬顶板特别是坚硬厚层顶板的大范围深度定向爆破控制要求；

（2）通过预设钻孔内传爆介质的压力改变炸药爆炸性能，充分赶出孔裂隙内空气介质，提高炸药爆炸能量利用率；

（3）对于厚度较大，岩性较硬的的顶板岩层，钻孔内分段炸药，炸药爆炸冲击波多次作用于钻孔围岩，保证坚硬顶板的充分松动与弱化；

（4）钻孔内炸药爆炸后，传爆介质的扩容使得围岩进一步松动破坏，导致工作面顶板钻孔间孔裂隙广泛贯通，从而扩大顶板整体的松动弱化控制范围；

（5）炸药在钻孔装药周围液体、固体或固液混合传爆介质环境中爆炸，降尘效果好，有害气体生成量也相对较少。

附图说明

图1为顶板钻孔并列布置与交错装药结构平面；

图2为坚硬薄顶板完整钻孔与厚层顶板割槽钻孔剖面；

图3为坚硬厚层顶板割槽钻孔装药封孔剖面；

图4为坚硬厚层顶板割槽钻孔装药封孔注液联线剖面。

图中：1－顶板平面，2－装药钻孔平面，3－临界导向孔平面，4－坚硬厚层顶板剖面，5－钻孔割槽，6－炸药引线，7－专用封孔装置，8－排液管，9－注液管，10－炸药固定装置，11－炮泥，12－过滤网，13－铺网或隔爆水袋固定丝,14－铺网，15－蓄能器，16－排液管压力表，17－排液管阀门，18－排液端，19－注液单向阀，20－注液管阀门，21－注液端，22－传爆介质。

具体实施方式

下面结合附图中坚硬厚层顶板分段顺序起爆定向爆破控制，对本发明进行说明。

对于坚硬厚层顶板的控制，首先应根据顶板自身赋存特点，确定钻孔间的行排距，其尺寸一般在5～15m，顶板钻孔并列布置，如图1所示，装药孔2与导向孔3间隔交替装药；其次视顶板厚度及钻孔深度决定是否对坚硬顶板钻孔进割槽5处理及割槽数量，如图2所示，对于厚度大于5m的坚硬顶板要采用高压水或专用割缝钻头实施钻孔割槽，且顶板厚度越大、强度越高，钻孔割槽数目也相应增多，钻孔割槽间距平均约3m左右，对于厚度小于5m的钻孔不进行割槽处理；根据炸药与孔内装药周围液体、固体或固液混合传爆介质的相容性，尽量选择不相容的炸药与承压传爆介质，对于相容的炸药应采取塑料包裹或封蜡等密封隔离措施，在钻孔内进行单药包或多药包不耦合装药，药包通过固定装置10安置在孔内相应位置，并顺序将炸药引线6标记后贴近孔壁引向孔外；对孔口进行炮泥11填塞，填塞长度一般10～20cm左右，采用带有注液管9与排液管8的专用封孔装置7对孔口进行封孔，封孔长度一般为孔深度的1/3左右，排液管8深入孔底，为防止管路堵塞，排液管末端带有过滤网12，而注液管长度要大于炮泥填塞长度，一般为15～25cm；在装药孔口位置安置爆破防护措施，进行铺网14或安置隔爆水袋或两者联合采用，圆形钢丝网或塑料网中部开孔，容许封孔装置注液管与排液管穿过，同时采用六枚固定丝13将圆形网环向固定于距离孔口中心5m位置处；最后连接药包引线及传爆介质输运管路，打开注液管阀门20，同时微量打开排液管阀门17，通过专用输运装置往钻孔内注入传爆介质22，充分排出孔内空气介质，为防止孔内承压传爆介质回流，在注液端21管路上装设有注液单向阀19；孔内注液过程中，待排液管压力表16示数有持续增加趋势时关闭排液管阀门17，待孔内传爆介质达到预先设定的压力时，关闭注液管阀门20，为防止孔内爆破压力冲击压力表16，特在排液端18管线上压力表16安装位置前方装设蓄能器15；二次检查孔口封孔情况保证孔内介质不外渗，当孔内传爆介质围压有所降低时，微量打开注液管阀门20进行补压；最后对工作面顶板钻孔顺序起爆，检查顶板爆破控制效果，拆除管线，取出专用封孔装置7回收利用。

值得指出的是，在煤矿生产中实现本发明的最佳方案是采用水介质作为钻孔内装药周围的传爆介质，利用矿井下水源充足、降尘降温效果显著、成本低廉、流动能力强以及输运方便等特点，可以取得较高的社会及经济效益。但根据特殊环境条件下的特殊要求，孔内装药周围的传爆介质亦可选取其他液体、固体或固液混合物。

以上实施例仅用以说明本发明技术方案而并非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种坚硬顶板定向承压爆破控制方法，其特征在于包括以下步骤： 

1)根据顶板赋存情况，确定钻孔是否进行割槽，并在顶板上布孔装药； 

2)选择承压传爆介质与炸药类型，确定孔内炸药分段装药形式； 

3)确定钻孔内承压传爆介质补给方式及孔口安全防护措施； 

4)确定孔内承压传爆介质初始压力； 

所述步骤1）中的钻孔割槽，根据坚硬顶板的厚度，对于厚度大于5m的坚硬顶板采用高压水或专用割缝钻头实施钻孔割槽，且顶板厚度越大、强度越高，钻孔割槽数目也相应增多，钻孔割槽间距平均约3m左右，对于厚度小于5m的钻孔不进行割槽处理； 

所述步骤1）中的布孔装药，应根据顶板控制爆破弱化效果将钻孔布置方式分为并列与交错布置两种方式，根据钻孔布置及装药形式确定钻孔装药量大小，药量计算公式为Q=kr³，式中，Q为单孔炸药用量，kg；k为单位耗药量，kg/m³，其一般取值在1～2之间；r为药包中心至临界导向孔壁面距离； 

所述步骤2）中的传爆介质类型，尽量选择不与炸药相混溶的承压传爆介质，对于与传爆介质相容的炸药应采取塑料包裹或封蜡等密封隔离措施； 

所述步骤2）中的炸药分段装药形式，应根据顶板厚度与硬度大小，对于岩石坚固性系数f>5的顶板岩层，当顶板厚度大于5m左右时，钻孔装药采用多药包分段装药，对于顶板厚度小于5m的岩层，当岩石坚固性系数f>15时，也进行多药包分段装药；对于岩石坚固性系数f<5的岩层，顶板厚度小于10m时，可采用单药包独立装药形式，当顶板厚度大于10m，要采用多药包分段装药，但药包分段数一般在2～3之间； 

所述步骤3）中的承压传爆介质补给方式与孔口安全防护措施，应根据坚硬顶板渗透能力大小，对传爆介质一次或连续补给，同时在装药孔口进行铺网或安置隔爆水袋或两者联合采用，防止爆破破碎顶板块体崩落。 

所述步骤4）中的传爆介质压力确定，应根据顶板岩性及炸药爆炸特性预设传爆介质初始压力，承压大小一般控制在0～2MPa左右，且对于压力小于0.1MPa的钻孔，选取炮泥进行封孔，当初始压力在0.1～2MPa左右时，选取强力水泥或专用塑胶注水封孔装置进行封孔。 

2.根据权利要求1所述的并列布孔、交错装药，其特征在于：根据顶板岩性特征及孔内装药量大小，确定钻空行排距尺寸为5～20m，对坚硬顶板打设对齐并列钻孔，钻孔行列间进行间隔交替装药。 

3.根据权利要求1所述的炸药选择，其特征在于：尽量选取制造简单、运输存储方便安全、价格低廉且与传爆介质不相容的炸药，如浆状炸药、水胶炸药、乳化炸药或其它混合炸药等。 

4.根据权利要求1所述的传爆介质选择，其特征在于：尽量选择原料充足、制取方便、运输存储安全且价格低廉的液体、固体或固液混合物，如水、水泥浆、沙子等。 

5.根据权利要求1所述的传爆介质补给方式，其特征在于：根据顶板岩石对传爆介质的渗透性不同，对于渗透能力强的顶板进行连续补给，对于渗透性较低的顶板一次性补给，快速爆破。 

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