CN109470100A - 一种煤矿顶板深孔预裂爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿顶板深孔预裂爆破方法，包括在顶板的深孔钻孔内安装若干装满炸药的聚能管步骤，所述步骤包括：S1，安装第一根聚能管；S2，安装聚能管连接装置；S3，安装下一根聚能管；S4，重复操作S2和S3，安装其余的中间的聚能管；S5，安装最后的带卡槽的聚能管，包括S2和S3，和安装雷管和连接导爆索；S6，用聚能管定向装置将带卡槽的聚能管推至钻孔孔底。本发明提供一种煤矿顶板切顶方法，可以有效解决顶板悬顶问题，将顶板悬顶变成冐落碎胀矸石，有效解决由于顶板悬顶造成的顶板旋转压力问题。

Description

一种煤矿顶板深孔预裂爆破方法

技术领域

本发明涉及煤矿井工开采领域，具体涉及到一种煤矿顶板深孔预裂爆破方法。

背景技术

煤矿垮落式开采过程中，靠近下一个工作面采空区边缘顶板冐落不充分，未冐落的顶板在采空区边缘形成顶板悬顶，顶板悬顶对下一个工作面的巷道及两侧煤柱形成顶板旋转压力，造成巷道及两侧巷道两侧煤柱压力及变形增大，增大了巷道支护难度，影响巷道使用安全。

为了减轻顶板悬顶对巷道和巷道两侧煤柱形成的顶板旋转压力，需要沿采空区边缘将一定高度范围的悬顶切落下来，切落的顶板变成碎胀矸石，上覆顶板压力部分由碎胀矸石承担，减小了巷道及护巷煤柱的压力。切顶的高度范围与开采煤层厚度和顶板岩性相关，切顶的高度范围一般需要十几米至几十米。

现有的定向爆破及顶板预裂方法存在以下问题：

①现采用聚能装置一般采用特殊聚能结构或聚能管两侧切缝或钻孔引导爆破方向，采用特殊聚能结构的聚能管加工复杂；采用两侧切缝或钻孔的聚能管在往聚能管内装炸药时，从切缝或钻孔内漏炸药；

②不能有效的解决安装聚能管时，聚能管在钻孔内的居中问题，造成每个聚能管的切槽不能保证在一条直线上，顶板预裂效果不好；

③不能有效解决安装聚能管时，由于重力作用聚能管下滑问题；

④不能有效的解决多个聚能管连接后切槽在一条直线上的问题，造成顶板预裂效果不好；

⑤爆破时多个聚能管之间有可能产生装药不连续，造成钻孔上部聚能管内炸药残爆问题。

发明内容

针对现有顶板预裂方法存在的问题，本发明提供一种煤矿顶板切顶方法，可以有效解决顶板悬顶问题，将顶板悬顶变成冐落碎胀矸石，有效解决由于顶板悬顶造成的顶板旋转压力问题。

具体如下：

一种煤矿顶板深孔预裂爆破方法，包括在顶板的深孔钻孔内安装若干装满炸药的聚能管步骤，所述步骤包括：

S1，安装第一根聚能管，包括安装导爆索和防止聚能管在钻孔内向下滑脱的聚能管定位装置；

S2，安装聚能管连接装置，用于连接聚能管与下一根聚能管；

S3，安装下一根聚能管，各个聚能管之间首尾相连且各个聚能管的切槽中心连线与钻孔连线一致；

S4，重复操作S2和S3，安装其余的中间的聚能管；

S5，安装最后的带卡槽的聚能管，包括S2和S3，和安装雷管和连接导爆索；

S6，用聚能管定向装置将带卡槽的聚能管推至钻孔孔底。

可选的，所述聚能管包括管体，所述管体的外侧设有两个对称的切槽，所述聚能管的所述管体上设有若干对穿定位孔；带卡槽的聚能管的所述管体的一端还设有若干卡槽；优选的，包括两组对穿定位孔；所述聚能管连接装置包括圆形套筒，所述圆形套筒内设有环向凸起和与所述切槽配合的纵向凸起；所述聚能管定位装置包括与所述对穿定位孔配合的定位钢丝和固定所述定位钢丝的卡片；所述聚能管定向装置包括连接杆和卡头套筒；所述卡头套筒包括圆筒，所述圆筒一端设有与所述卡槽配合的卡头，另一端设有与连接杆连接的接头，所述连接杆还设有标志线。

可选的，所述S1的安装导爆索步骤为：

准备好足够长度的导爆索，在聚能管推入钻孔孔口之前，在聚能管上钻一对穿孔，导爆索一端穿过对穿孔，另一端顺着聚能管向下，导爆索与下一根聚能管固定；优选的，导爆索一端穿过对穿孔20-50cm。

可选的，所述S1的安装聚能管定位装置步骤为：

将缠有导爆索的聚能管推入钻孔内，聚能管两侧的切槽中心线连线方向与钻孔连线一致；

在聚能管定位孔位置推送到钻孔孔口之前，将准备好的定位钢丝穿入聚能管的定位孔内；

优选的，安装两次定位装置，即将定位钢丝的断面推入钻孔内，向上推动聚能管，在第二个聚能管定位孔位置推送到钻孔孔口之前，将准备好的定位钢丝穿入第二组聚能管的定位孔内；

其中，定位钢丝在聚能管两侧露出的长度相等；定位钢丝安装完成后，在定位钢丝上卡上卡片。

可选的，所述S2的安装连接聚能管与下一根聚能管的聚能管连接装置的步骤为：

在聚能管下端进入钻孔孔口之前安装聚能管连接装置，在聚能管连接装置的上部套筒内壁涂满粘接剂，安装时聚能管连接装置两侧的纵向凸起插入聚能管两侧切槽，聚能管顶到环向凸起，两侧纵向凸起中心线连线方向与钻孔连线的方向一致，聚能管切槽与聚能管连接装置的纵向凸起对应，粘接剂将聚能管与连接装置粘接在一起，导爆索顺聚能管连接装置往下。

可选的，所述步骤5的安装最后的带卡槽的聚能管的步骤，包括以下步骤：

S51，将带卡槽的聚能管与粘接在第n-1根聚能管的聚能管连接装置粘在一起；

S52，安装定位钢丝及安装卡片；

S53，将带卡槽的聚能管推入钻孔内，导爆索顺带卡槽的聚能管下，与带卡槽的聚能管固定；

S54，安装雷管、连接导爆索：

将导爆索缠在雷管上插入带卡槽的聚能管内，用雷管母线连接雷管脚线，顺带卡槽的聚能管引出，将雷管母线固定在带卡槽的聚能管内上，引出钻孔外；优选的，使用2只雷管，将导爆索缠在雷管上插入聚能管内，将两只雷管脚线并联，用雷管母线连接并联脚线；

S55，安装定位钢丝及卡片；

S56，将带卡槽的聚能管推入钻孔内，雷管母线顺带卡槽的聚能管下，与带卡槽的聚能管固定；优选的所述导爆索或雷管母线与聚能管或带卡槽的聚能管的固定为通过胶带缠绕固定。

可选的，所述步骤S6的将用聚能管定向装置将带卡槽的聚能管推至钻孔孔底的步骤，包括以下步骤：

S61，将聚能管导向装置的圆筒套在连接好的n根的带卡槽的聚能管上，卡头卡在带卡槽的聚能管的卡槽内，保证两侧卡槽中心线的方向与钻孔连线成90°；

S62，将聚能管导向装置一节、一节接上连接杆，向钻孔内推送连接好的n根聚能管，直至将连接好的n根聚能管送到孔底，在推送连接好的n根聚能管的过程中将雷管母线保护好并引出钻孔外。

可选的，还包括在在顶板的深孔钻孔内安装若干装满炸药的聚能管步骤

之前的步骤：

S01，测量和计算，在施工之前在顶板取芯，根据岩芯测试不同层位岩石的力学参数：岩芯的单向抗压强度、抗剪强度、内摩擦角、内聚力、弹性模量、泊松比、矸石碎胀系数、矸石残余碎胀系数，根据采高、矸石碎胀系数、矸石残余碎胀系数，计算初始顶板冐落高度H1及需要达到的顶板冐落高度H2，H2为顶板切顶高度，H1为装炮泥长度，H2-H1为装药长度；

S02，根据所述位置信息和高度信息计算施工参数，所述施工参数包括钻孔深度、直径、角度、装药范围、装药量；

S03，根据测量的顶板切顶位置信息及所述施工参数中的钻孔角度确定钻孔连线；

S04，根据施工参数施工钻孔；

和之后的步骤：

S10，封炮泥；

S11，爆破；

S13，进行下一个孔爆破直至完成。

可选的，还包括在步骤S13进行下一个孔爆破之前的步骤：

S12，检查预裂效果、优化爆破参数。

可选的，所述步骤S12检查预裂效果、优化爆破参数，包括以下步骤：

S121，钻孔爆破后，在钻孔连线上，两个钻孔中间施工检查孔，检查孔的角度与爆破孔的角度一致；

S122，冲洗检查孔，将孔内的杂物清洗干净；

S123，采用钻孔窥视仪检查检查孔的顶板预裂效果，效果好，采用施工参数，不好，调整施工参数，直到达到满意效果。

有益效果：

①根据采高、顶板岩层力学参数计算钻孔深度、钻孔间距、装药长度、装药量。

②解决聚能管的装药时漏药问题

③解决聚能管两侧切槽对齐问题，保证每根聚能管切槽在一条直线上，

④解决了聚能管与聚能管内炸药的连接问题，采用导爆索，防止炸药出现残爆问题。

⑤解决了安装聚能管时聚能管的下滑问题并能保证聚能管居中；

⑥解决了在往孔底推送聚能管时聚能管的转动问题，保证聚能管的切槽中心线与钻孔连线一致。

附图说明

图1为在顶板的深孔钻孔内安装若干装满炸药的聚能管的流程图；

图2为预裂钻孔布置结构示意图；

图3为钻孔内装置结构示意图；

图4为钻孔结构示意图；

图5为钻孔装药结构图；

图6为图5的A部放大图；

图7为定位钢丝装配示意图；

图8为连接装置装配示意图；

图9为图8的A-A线的剖视图；

图10为图8的B-B线的剖视图；

图11为导向装置装配示意图；

图12为图11的C-C线的剖视图；

图13为图11的D-D线的剖视图；

图14为导爆索连接示意图；

图中，1—钻孔连线，2—钻孔，3—顶板岩层，4—顶板切缝，5—聚能管，6 —切槽，7—定位钢丝，8—卡片，9—导爆索，10—炸药，11—定位孔，12—雷管，13—雷管脚线，14雷管母线，15—炮泥，17—连接装置套筒，18—连接装置纵向凸起，19—连接装置环向凸起，20—卡槽，21—定向装置卡头，22定向装置套筒， 23—连接杆。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但本领域技术人员将会理解，下列实施例仅于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

实施例1

沁和能源集团中村煤业有限公司煤层厚度3.1m，一次采全高，由于顶板强度较大，在没采取切顶措施前，采煤工作面推过之后，相邻巷道顶底板移进量大，压力大，巷道部分破坏，需返修后才能使用；

决定采用切顶减小巷道顶板压力，首先顶板钻孔取芯，测得顶板往上0～30m 范围内分别为泥岩、砂岩，强度高、不易断裂的岩层为顶板向上15.6m～28.1m，测得的力学参数如下：

单轴抗压强度R＝62.3Mpa；抗拉强度Rm＝9.07Mpa；剪切强度τ＝36.86Mpa，内聚力c＝13.29Mpa；内摩擦角φ＝28.65°；弹性模量E＝4845Mpa；泊松比μ＝0.27；平均碎胀系数K＝1.32，平均残余碎胀系数Kp＝1.1。

根据采高、碎胀系数、残余碎胀系数计算切顶高度范围：9.4m～30m

根据顶板岩石力学参数及选用的二级许用乳化炸药确定施工参数：

钻孔参数：

钻孔直径：Φ75；钻孔深度：30m；钻孔倾角81°；钻孔间距：2m。

聚能管参数：

单根聚能管长度：2m；累计聚能管长度：20m；单孔需聚能管根数：10根，其中带切槽的聚能管1根；聚能管直径：50mm；聚能管壁厚：2mm；聚能管切槽宽度：5mm，聚能管切槽深度1.5mm。

其他施工参数：

钻孔封炮泥长度：9.4m；每米钻孔炸药用量1.86kg；每孔炸药用量：37.2kg。

结合图1-13所示，步骤如下：

(1)在顶板上画出钻孔连接线1，并按钻孔间距标出钻孔位置。

(2)按钻孔倾角施工钻孔2，保证钻孔在同一个平面上。

(3)安装放置聚能管前探孔，保证孔内无杂物，并将10根聚能管装满炸药备用，其中1根带卡槽的聚能管。

(4)在第一根聚能管上钻一对穿孔，直径略大于导爆索9直径，导爆索9一端穿过对穿孔20-50cm，另一端顺着聚能管向下，用胶带纸缠紧。

(5)将第一根聚能管的四个定位孔11穿入定位钢丝7，钢丝两端伸出聚能管的长度相等，在定位钢丝7穿出出口处卡上卡片8，将聚能管推入钻孔2内，在安装带卡槽的聚能管过程中保证切槽6中心线连线与钻孔连线1一致。

(6)在连接装置套筒17的内壁涂抹粘接剂，将套筒17套在带卡槽的聚能管的下端头，将连接装置的纵向凸起18卡入切槽6内，直至带卡槽的聚能管的下端头顶到连接装置的环向凸起；将第二根聚能管的上端插入套筒17内，纵向凸起18 卡入第二根聚能管的切槽6内，保证两根聚能管连接时不转动，连接装置的纵向凸起18中心线连线、聚能管切槽6中心线连线与钻孔连线1保持一致。同时将导爆索9顺聚能管向下延展，并用胶带纸缠绕固定在聚能管5上。

(7)第三根至第九根聚能管5的安装同第二根。

(8)安装至第十根聚能管时，选用一端带卡槽20的聚能管，在该聚能管中部插入雷管12，导爆索9缠绕在雷管上，雷管脚线13引出，接到雷管母线11上。

(9)将聚能管导向装置的圆筒22套在带卡槽20的聚能管上，卡头21卡在聚能管的卡槽20内，保证两侧卡槽中心线的方向与钻孔连线成90°。

(10)将聚能管导向装置一节、一节接上连接杆23，向钻孔内推送聚能管，直至将聚能管送到孔底，在推送聚能管的过程中将雷管母线14保护好并引出钻孔 2外。

(11)将准备好的炮泥一节、一节顶入孔内，并捣实，在捣实炮泥的过程中，注意保护好雷管母线，防止碰断，直到将雷管母线引出钻孔外；

(12)将雷管母线14连接放炮器后爆破，雷管引燃炸药10，同时引燃导爆索9，导爆索引燃孔底炸药10，炸药10爆炸后在两个切槽6部位的钻孔2孔壁上产生拉应力集中，沿钻孔连线方向1劈裂。

(13)检查爆破效果，优化施工参数

(14)在多个钻孔的钻孔连线上，每个钻孔的两侧在爆破位置形成劈裂缝。岩层深部多条劈裂缝在钻孔连线上形成一道规则的结构弱面，顶板岩层在矿压作用下沿结构弱面切断、冒落。

切顶效果进行评估(见下表1)：

表1切顶效果

尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述，本领域技术人员将会理解。根据已经公开的所有教导，可以对那些细节进行各种修改和替换，这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。

Claims (10)

1.一种煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，包括在顶板的深孔钻孔内安装若干装满炸药的聚能管步骤，所述步骤包括：

S1，安装第一根聚能管，包括安装导爆索和防止聚能管在钻孔内向下滑脱的聚能管定位装置；

S2，安装聚能管连接装置，用于连接聚能管与下一根聚能管；

S3，安装下一根聚能管，各个聚能管之间首尾相连且各个聚能管的切槽中心连线与钻孔连线一致；

S4，重复操作S2和S3，安装其余的中间的聚能管；

S5，安装最后的带卡槽的聚能管，包括S2和S3，和安装雷管和连接导爆索；

S6，用聚能管定向装置将带卡槽的聚能管推至钻孔孔底。

2.如权利要求1所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，所述聚能管包括管体，所述管体的外侧设有两个对称的切槽，所述聚能管的所述管体上设有若干对穿定位孔；带卡槽的聚能管的所述管体的一端还设有若干卡槽；优选的，包括两组对穿定位孔；

所述聚能管连接装置包括圆形套筒，所述圆形套筒内设有环向凸起和与所述切槽配合的纵向凸起；

所述聚能管定位装置包括与所述对穿定位孔配合的定位钢丝和固定所述定位钢丝的卡片；

所述聚能管定向装置包括连接杆和卡头套筒；所述卡头套筒包括圆筒，所述圆筒一端设有与所述卡槽配合的卡头，另一端设有与连接杆连接的接头，所述连接杆还设有标志线。

3.如权利要求1所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，所述S1的安装导爆索步骤为：

准备好足够长度的导爆索，在聚能管推入钻孔孔口之前，在聚能管上钻一对穿孔，导爆索一端穿过对穿孔，另一端顺着聚能管向下，导爆索与下一根聚能管固定；优选的，导爆索一端穿过对穿孔20-50cm。

4.如权利要求1所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，所述S1的安装聚能管定位装置步骤为：

将缠有导爆索的聚能管推入钻孔内，聚能管两侧的切槽中心线连线方向与钻孔连线一致；

在聚能管定位孔位置推送到钻孔孔口之前，将准备好的定位钢丝穿入聚能管的定位孔内；

优选的，安装两次定位装置，即将定位钢丝的断面推入钻孔内，向上推动聚能管，在第二个聚能管定位孔位置推送到钻孔孔口之前，将准备好的定位钢丝穿入第二组聚能管的定位孔内；

其中，定位钢丝在聚能管两侧露出的长度相等；定位钢丝安装完成后，在定位钢丝上卡上卡片。

5.如权利要求1所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，所述S2的安装聚能管连接装置的步骤为：

在聚能管下端进入钻孔孔口之前安装聚能管连接装置，在聚能管连接装置的上部套筒内壁涂满粘接剂，安装时聚能管连接装置两侧的纵向凸起插入聚能管两侧切槽，聚能管顶到环向凸起，两侧纵向凸起中心线连线方向与钻孔连线的方向一致，聚能管切槽与聚能管连接装置的纵向凸起对应，粘接剂将聚能管与连接装置粘接在一起，导爆索顺聚能管连接装置往下。

6.如权利要求1所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，所述步骤5的安装最后的带卡槽的聚能管的步骤，包括以下步骤：

S51，将带卡槽的聚能管与粘接在第n-1根聚能管的聚能管连接装置粘在一起；

S52，安装定位钢丝及安装卡片；

S53，将带卡槽的聚能管推入钻孔内，导爆索顺带卡槽的聚能管下，与带卡槽的聚能管固定；

S54，安装雷管、连接导爆索：

将导爆索缠在雷管上插入带卡槽的聚能管内，用雷管母线连接雷管脚线，顺带卡槽的聚能管引出，将雷管母线固定在带卡槽的聚能管内上，引出钻孔外；优选的，使用2只雷管，将导爆索缠在雷管上插入聚能管内，将两只雷管脚线并联，用雷管母线连接并联脚线；

S55，安装定位钢丝及卡片；

S56，将带卡槽的聚能管推入钻孔内，雷管母线顺带卡槽的聚能管下，与带卡槽的聚能管固定；优选的所述导爆索或雷管母线与聚能管或带卡槽的聚能管的固定为通过胶带缠绕固定。

7.如权利要求1所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，

所述步骤S6的将用聚能管定向装置将带卡槽的聚能管推至钻孔孔底的步骤，包括以下步骤：

S61，将聚能管导向装置的圆筒套在连接好的n根的带卡槽的聚能管上，卡头卡在带卡槽的聚能管的卡槽内，保证两侧卡槽中心线的方向与钻孔连线成90°；

S62，将聚能管导向装置一节、一节接上连接杆，向钻孔内推送连接好的n根聚能管，直至将连接好的n根聚能管送到孔底，在推送连接好的n根聚能管的过程中将雷管母线保护好并引出钻孔外。

8.如权利要求1所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，还包括在在顶板的深孔钻孔内安装若干装满炸药的聚能管步骤之前的步骤：

S01，测量和计算，在施工之前在顶板取芯，根据岩芯测试不同层位岩石的力学参数：岩芯的单向抗压强度、抗剪强度、内摩擦角、内聚力、弹性模量、泊松比、矸石碎胀系数、矸石残余碎胀系数，根据采高、矸石碎胀系数、矸石残余碎胀系数，计算初始顶板冐落高度H1及需要达到的顶板冐落高度H2，H2为顶板切顶高度，H1为装炮泥长度，H2-H1为装药长度；

S02，根据所述位置信息和高度信息计算施工参数，所述施工参数包括钻孔深度、直径、角度、装药范围、装药量；

S03，根据测量的顶板切顶位置信息及所述施工参数中的钻孔角度确定钻孔连线；

S04，根据施工参数施工钻孔；

和之后的步骤：

S10，封炮泥；

S11，爆破；

S13，进行下一个孔爆破直至完成。

9.如权利要求8所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，还包括在步骤S13进行下一个孔爆破之前的步骤：

S12，检查预裂效果、优化爆破参数。

10.如权利要求9所述的煤矿顶板深孔预裂爆破方法，其特征在于，所述步骤S12检查预裂效果、优化爆破参数，包括以下步骤：

S121，钻孔爆破后，在钻孔连线上，两个钻孔中间施工检查孔，检查孔的角度与爆破孔的角度一致；

S122，冲洗检查孔，将孔内的杂物清洗干净；

S123，采用钻孔窥视仪检查检查孔的顶板预裂效果，效果好，采用施工参数，不好，调整施工参数，直到达到满意效果。