CN107503747A - 一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，该方法包括如下步骤：在回风巷道和进风巷道顶板钻取垂直的弱化致裂钻孔组，在回风巷道和进风巷道侧壁和顶板处钻倾斜的弱化致裂钻孔组；将静态破碎剂药卷送入回风巷道的垂直弱化致裂钻孔组，使回风巷道顶板破裂跨落；将静态破碎剂药卷送入进风巷道的垂直弱化致裂钻孔组，使进风巷道顶板破裂跨落；将静态破碎剂药卷送入回风巷道和进风巷道倾斜的弱化致裂钻孔组内，使煤层顶板出现裂隙；回采工作面通过煤层顶板超前致裂区下方时，煤层顶板裂隙在弱化致裂钻孔组和地应力的耦合作用下进一步扩大并互相贯通，最终使煤层顶板跨落。本发明方法操作简单方便，施工安全可靠。

Description

一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法

技术领域

本发明涉及到一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，该方法适用于无煤柱开采过程中坚硬顶板有效垮落作业。

背景技术

采空区坚硬顶板的有效垮落是减少远地岩层对上覆悬空顶板的周期性冲击的有效措施。特别地，对于无煤柱开采而言，无预留煤柱支撑的采空区顶板垮落的安全性及高效性显得尤为重要。传统意义上的顶板跨落主要分为高压注水和深孔爆破方式，但是，两者存在着一些不足，比如，高压注水对钻孔密封性要求极高，对于硬度较高的顶板致裂则需要更大流量的高压水，而现有大型设备很难在采空区铺设开展工作；深孔爆破涉及雷管铺设及烈性炸药的使用，操作要求较高，且易存在着哑炮现象，形成新的安全隐患。

另外，在传统顶板跨落方式作用下，回风巷道上隅角处的顶板很难完成跨落，容易在该位置造成瓦斯积聚超限，为煤层开采带来不容忽视的安全隐患。因此，为了提高顶板致裂效果，实现顶板的可控性跨落，亟需开展新型的顶板致裂技术，在保证坚硬顶板断裂的前提下，实现顶板的双效弱化致裂。

发明内容

发明目的：本发明的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种方法简单、操作方便，施工安全可靠的坚硬煤层顶板致裂方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，该方法包括如下步骤：

a、在回风巷道的顶板上钻取垂直向上的弱化致裂钻孔组一，在回风巷道的侧壁和顶板结合处钻取朝煤层方向倾斜向上的弱化致裂钻孔组二，在进风巷道的顶板上沿着煤层走向标定若干条切顶导向线，沿着顶导向线钻取垂直向上的弱化致裂钻孔组三，在进风巷道的侧壁和顶板结合处钻取朝煤层方向倾斜向上的的弱化致裂钻孔组四，弱化致裂钻孔组四和弱化致裂钻孔组二位置相对应，所述弱化致裂钻孔组一、弱化致裂钻孔组二、弱化致裂钻孔组三和弱化致裂钻孔组四均由间隔布置的致裂孔和导向孔组成；

b、根据致裂孔尺寸制作静态破碎剂药卷，将若干浸泡后的静态破碎剂药卷依次送入弱化致裂钻孔组一的致裂孔内，利用推杆将静态破碎剂药卷压实，然后利用聚氨酯封堵弱化致裂钻孔组一的致裂孔，在静态破碎剂药卷的作用下使回风巷道的顶板大面积破裂跨落；

c、将若干浸泡后的静态破碎剂药卷依次送入弱化致裂钻孔组三的致裂孔内，利用推杆将静态破碎剂药卷捣实，然后利用聚氨酯封堵弱化致裂钻孔组三的致裂孔，在静态破碎剂药卷的作用下使进风巷道的顶板沿着切顶导向线整体跨落，形成较为完整的留巷，为后续下一煤层的有效开采提供回风巷道。

d、当回采工作面向前推进至距离弱化致裂钻孔组四和弱化致裂钻孔组二下方5～10m时，将若干浸泡后的静态破碎剂药卷依次送入弱化致裂钻孔组二和弱化致裂钻孔组四的致裂孔内，利用推杆将静态破碎剂药卷捣实，然后利用聚氨酯封堵弱化致裂钻孔组二和弱化致裂钻孔组四的致裂孔，在静态破碎剂药卷的作用下使煤层顶板出现裂隙，形成煤层顶板超前致裂区；

e、回采工作面继续向前推进并通过煤层顶板超前致裂区下方时，煤层顶板裂隙在导向孔和地应力的耦合作用下进一步扩大并互相贯通，最终使煤层顶板跨落。

进一步的，所述弱化致裂钻孔组一、弱化致裂钻孔组二、弱化致裂钻孔组三和弱化致裂钻孔组四均穿过煤层的直接顶和老顶。

进一步的，所述致裂孔和导向孔的深度一致，致裂孔直径为40～50mm，导向孔直径为70～80mm。

进一步的，所述弱化致裂钻孔组二和弱化致裂钻孔组四的倾角为45°。

进一步的，所述切顶导向线之间间距为0.5～0.8m，所述弱化致裂钻孔组三的致裂孔和导向孔之间间距为80～100mm；回风巷道内弱化致裂钻孔组一的致裂孔和导向孔之间间距为50～60mm；弱化致裂钻孔组二和弱化致裂钻孔组四的致裂孔和导向孔之间间距为70～90mm。

进一步的，所述静态破碎剂药卷的尺寸要求为：

浸泡后的单个静态破碎剂药卷直径为d2、长度为h2，压实后的单个静态破碎剂药卷长度为h1，致裂孔直径为d1，d2＝0.8d1，h2＝(1.8-2)h1，压实后的所有静态破碎剂药卷总长度为L1，致裂孔长度为L2，L1＝L2×0.9。

进一步的，单个静态破碎剂药卷长度为200mm。

进一步的，相邻两个静态破碎剂药卷端头之间采用水性复合胶水进行黏结。

进一步的，所述推杆为不锈钢材质，采用常规快速插头进行分段连接。

有益效果：本发明适用于无煤柱开采中采空区坚硬顶板致裂跨落等工作中，通过向坚硬顶板分别垂直或斜向上45°钻取致裂孔和导向孔组，依靠线性与非线性耦合方式实现整体致裂，增加顶板岩层裂隙分布与数量，实现跨落岩层块度的可控性。静态破碎剂药卷浸泡水后会发生化学反应，可产生40-60MPa的膨胀应力，并伴随着大量的热量(释放温度可达170℃)产生。一方面，释放的热量不断与钻孔周围岩层发生热传导，并与钻孔周围形成高温辐射圈，能够使得岩石内部具有不同热膨胀系数的颗粒之间发生拉伸，诱发热应力的形成，进而弱化岩石强度；另一方面，反应产生的较高膨胀应力能够持续挤压钻孔壁，在钻孔缝槽尖端形成应力集中区，所产生的张拉应力容易超过岩层自身强度，从而在缝槽尖端产生裂隙并不断延伸贯通，最终实现顶板的线性致裂。该方法能够利于实现裂隙的定向线性连通，提高致裂有效性。该方法操作简单，施工方便安全，具有广泛的适用性。

附图说明

图1是本发明静态爆破双效致裂弱化顶板方法的俯视示意图；

图2是本发明静态爆破双效致裂弱化顶板方法的侧视示意图；

图3是本发明的垂直钻孔装药示意图；

图4是本发明的倾斜钻孔装药示意图；

图5是本发明的致裂孔与导向孔布局示意图；

图中：1—进风巷道；2—回风巷道；3—切顶导向线；4-弱化致裂钻孔组一，5-弱化致裂钻孔组二；6-弱化致裂钻孔组三；7-弱化致裂钻孔组四；8-致裂孔；9-导向孔；10-静态破碎剂药卷；11-推杆；12-聚氨酯；13-回采工作面；14-煤层顶板超前致裂区；15-煤层；16-直接顶；17-老顶。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

如图1至5所示，本发明的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，该方法包括如下步骤：

a、在回风巷道2的顶板上钻取垂直向上的弱化致裂钻孔组一4，在回风巷道2的侧壁和顶板结合处钻取朝煤层15方向倾斜向上的弱化致裂钻孔组二5，在进风巷道1的顶板上沿着煤层15走向标定若干条切顶导向线3，沿着顶导向线3钻取垂直向上的弱化致裂钻孔组三6，在进风巷道1的侧壁和顶板结合处钻取朝煤层15方向倾斜向上的的弱化致裂钻孔组四7，弱化致裂钻孔组四7和弱化致裂钻孔组二5位置相对应，所述弱化致裂钻孔组一4、弱化致裂钻孔组二5、弱化致裂钻孔组三6和弱化致裂钻孔组四7均由间隔布置的致裂孔8和导向孔9组成，所述致裂孔8和导向孔9的深度一致，并且所述弱化致裂钻孔组一4、弱化致裂钻孔组二5、弱化致裂钻孔组三6和弱化致裂钻孔组四7均穿过煤层15的直接顶16和老顶17。

b、根据致裂孔8尺寸制作静态破碎剂药卷10，将若干浸泡后的静态破碎剂药卷10依次送入弱化致裂钻孔组一4的致裂孔8内，利用推杆11将静态破碎剂药卷10压实，然后利用聚氨酯12封堵弱化致裂钻孔组一4的致裂孔8，在静态破碎剂药卷10的作用下使回风巷道2的顶板大面积破裂跨落；

c、将若干浸泡后的静态破碎剂药卷10依次送入弱化致裂钻孔组三6的致裂孔4内，利用推杆11将静态破碎剂药卷10捣实，然后利用聚氨酯12封堵弱化致裂钻孔组三6的致裂孔8，在静态破碎剂药卷10的作用下使进风巷道1的顶板沿着切顶导向线3整体破裂跨落；

d、当回采工作面向前推进至距离弱化致裂钻孔组四和弱化致裂钻孔组二下方5～10m时，将若干浸泡后的静态破碎剂药卷10依次送入弱化致裂钻孔组二5和弱化致裂钻孔组四7的致裂孔8内，利用推杆11将静态破碎剂药卷10捣实，然后利用聚氨酯12封堵弱化致裂钻孔组二5和弱化致裂钻孔组四7的致裂孔8，在静态破碎剂药卷10的作用下使煤层15顶板出现裂隙，形成煤层顶板超前致裂区14；

e、回采工作面13继续向前推进并通过煤层顶板超前致裂区14下方时，煤层2顶板裂隙在导向孔9和地应力的耦合作用下进一步扩大并互相贯通，最终使煤层顶板跨落。

本实施例，优选的，弱化致裂钻孔组二5和弱化致裂钻孔组四7的倾角为45°。致裂孔4直径为40～50mm，导向孔9直径为70～80mm。所述切顶导向线3为两条，切顶导向线3之间间距为0.5～0.8m，所述弱化致裂钻孔组三6的致裂孔8和导向孔9之间间距l为80～100mm。回风巷道2内弱化致裂钻孔组一4的致裂孔8和导向孔9之间间距为50～60mm；弱化致裂钻孔组二5和弱化致裂钻孔组四7的致裂孔8和导向孔9之间间距为70～90mm。

所述静态破碎剂药卷9的尺寸要求为：浸泡后的单个静态破碎剂药卷9直径为d2、长度为h2，压实后的单个静态破碎剂药卷9长度为h1，致裂孔4直径为d1，d2＝0.8d1，h2＝(1.8-2)h1，压实后的所有静态破碎剂药卷9总长度为L1，致裂孔4长度为L2，L1＝L2×0.9。单个静态破碎剂药卷9h1长度为200mm。相邻两个静态破碎剂药卷9端头之间采用水性复合胶水进行黏结。

所述推杆为不锈钢材质，采用常规快速插头进行分段连接。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a、在回风巷道(2)的顶板上钻取垂直向上的弱化致裂钻孔组一(4)，在回风巷道(2)的侧壁和顶板结合处钻取朝煤层(15)方向倾斜向上的弱化致裂钻孔组二(5)，在进风巷道(1)的顶板上沿着煤层(15)走向标定若干条切顶导向线(3)，沿着顶导向线(3)钻取垂直向上的弱化致裂钻孔组三(6)，在进风巷道(1)的侧壁和顶板结合处钻取朝煤层(15)方向倾斜向上的的弱化致裂钻孔组四(7)，弱化致裂钻孔组四(7)和弱化致裂钻孔组二(5)位置相对应，所述弱化致裂钻孔组一(4)、弱化致裂钻孔组二(5)、弱化致裂钻孔组三(6)和弱化致裂钻孔组四(7)均由间隔布置的致裂孔(8)和导向孔(9)组成；

b、根据致裂孔(8)尺寸制作静态破碎剂药卷(10)，将若干浸泡后的静态破碎剂药卷(10)依次送入弱化致裂钻孔组一(4)的致裂孔(8)内，利用推杆(11)将静态破碎剂药卷(10)压实，然后利用聚氨酯(12)封堵弱化致裂钻孔组一(4)的致裂孔(8)，在静态破碎剂药卷(10)的作用下使回风巷道(2)的顶板大面积破裂跨落；

c、将若干浸泡后的静态破碎剂药卷(10)依次送入弱化致裂钻孔组三(6)的致裂孔(4)内，利用推杆(11)将静态破碎剂药卷(10)捣实，然后利用聚氨酯(12)封堵弱化致裂钻孔组三(6)的致裂孔(8)，在静态破碎剂药卷(10)的作用下使进风巷道(1)的顶板沿着切顶导向线(3)整体跨落，形成较为完整的留巷，为后续下一煤层的有效开采提供回风巷道。

d、当回采工作面(13)向前推进至距离弱化致裂钻孔组四(7)和弱化致裂钻孔组二(5)下方5～10m时，将若干浸泡后的静态破碎剂药卷(9)依次送入弱化致裂钻孔组二(5)和弱化致裂钻孔组四(7)的致裂孔(8)内，利用推杆(11)将静态破碎剂药卷(10)捣实，然后利用聚氨酯(12)封堵弱化致裂钻孔组二(5)和弱化致裂钻孔组四(7)的致裂孔(8)，在静态破碎剂药卷(10)的作用下使煤层(15)顶板出现裂隙，形成煤层顶板超前致裂区(14)；

e、回采工作面(13)继续向前推进并通过煤层顶板超前致裂区(14)下方时，煤层(2)顶板裂隙在导向孔(9)和地应力的耦合作用下进一步扩大并互相贯通，最终使煤层顶板跨落。

2.根据权利要求书1所述的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于，所述弱化致裂钻孔组一(4)、弱化致裂钻孔组二(5)、弱化致裂钻孔组三(6)和弱化致裂钻孔组四(7)均穿过煤层(15)的直接顶(16)和老顶(17)。

3.根据权利要求书1所述的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于，所述致裂孔(8)和导向孔(9)的深度一致，致裂孔(4)直径为40～50mm，导向孔(9)直径为70～80mm。

4.根据权利要求书1所述的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于，所述弱化致裂钻孔组二(5)和弱化致裂钻孔组四(7)的倾角为45°。

5.根据权利要求书1所述的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于：所述切顶导向线(3)之间间距为0.5～0.8m，所述弱化致裂钻孔组三(6)的致裂孔(8)和导向孔(9)之间间距为80～100mm；回风巷道(2)内弱化致裂钻孔组一(4)的致裂孔(8)和导向孔(9)之间间距为50～60mm；弱化致裂钻孔组二(5)和弱化致裂钻孔组四(7)的致裂孔(8)和导向孔(9)之间间距为70～90mm。

6.根据权利要求书1所述的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于，所述静态破碎剂药卷(9)的尺寸要求为：

浸泡后的单个静态破碎剂药卷(9)直径为d2、长度为h2，压实后的单个静态破碎剂药卷(9)长度为h1，致裂孔(4)直径为d1，d2＝0.8d1，h2＝(1.8-2)h1，压实后的所有静态破碎剂药卷(9)总长度为L1，致裂孔(4)长度为L2，L1＝L2×0.9。

7.根据权利要求书6所述的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于：单个静态破碎剂药卷(9)长度为200mm。

8.根据权利要求书1所述的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于：相邻两个静态破碎剂药卷(9)端头之间采用水性复合胶水进行黏结。

9.根据权利要求书1所述的一种静态爆破双效致裂弱化顶板方法，其特征在于：所述推杆(11)为不锈钢材质，采用常规快速插头进行分段连接。