CN111043925B - 一种采空区爆破方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开一种采空区爆破方法，涉及爆破技术领域，为提高采空区塌陷爆破效果而发明。所述采空区爆破方法，包括：根据由采空区的大小确定的爆破孔的数量及直径以及采空区的位置确定爆破孔的钻设位置；基于钻设位置向下钻设相应数量及直径的爆破孔；当钻机钻设爆破孔孔底至采空区顶板预定距离时，完成爆破孔的钻设；向爆破孔内放入工程塑料套管，并使工程塑料套管外壁与爆破孔内壁接触；根据确定的采空区顶板上方的土层量及土层岩性确定爆破药卷的用量；将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中；爆破药卷的导爆索连接于引爆控制器，引爆控制器设置于远离爆破孔的安全区域；利用引爆控制器引爆所述爆破药卷。本发明适用于爆破采空区。

Description

一种采空区爆破方法

技术领域

本发明涉及爆破技术领域，尤其涉及一种采空区爆破方法。

背景技术

我国自然资源丰富，有些资源蕴藏在地下的资源不仅种类多，数量也非常巨大，通常，在地下对这类资源进行开采，开采完毕，会形成采空区，而有些珍贵的矿物资源蕴藏在地表，这时，需对这类资源进行露天采矿，但是，在露天开采区域，前期可能存在的一些煤窑无序开采，造成露天开采区域下方可能存在的大量的采空区，由于采空区的存在会对上方的作业人员及设备的产生安全隐患，为保证露天采矿作业的正常进行，需对采空区进行塌陷爆破处理。

目前，对于采空区的塌陷爆破处理，通常都是根据工程经验大概确定爆破用药量、炮孔设置等具体爆破工艺，由于具体的露天采区中存在的采空区有所不同，致使采空区塌陷爆破效果不够理想。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种采空区爆破方法，可以提高采空区塌陷爆破效果。

本发明实施例提供一种采空区爆破方法，包括：确定采空区的位置及大小和采空区顶板上方的土层量及土层岩性；根据采空区的大小确定爆破孔的数量及直径；根据确定的爆破孔的数量及直径与采空区的位置确定爆破孔的钻设位置；将钻机的钻头移位至对准所述钻孔位置，启动钻机，基于所述钻设位置向下钻设相应数量及直径的爆破孔；当所述钻机钻设爆破孔孔底至采空区顶板预定距离时，完成爆破孔的钻设，移出钻头；向所述爆破孔内放入工程塑料套管，并使所述工程塑料套管外壁与爆破孔内壁接触，以防止爆破孔侧方土层向爆破孔中心塌陷；根据确定的采空区顶板上方的土层量及土层岩性确定爆破药卷的用量；将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中；所述爆破药卷的导爆索连接于引爆控制器，所述引爆控制器设置于远离爆破孔的安全区域；利用所述引爆控制器引爆所述爆破药卷，以使采空区顶板上方的土层向采空区中塌陷。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述确定采空区的位置及大小包括：根据搜集的当前采区及其方圆预定距离区域的历史开采数据，预估当前采区地下可能存在采空区的多个位置点；在预估的多个位置点附近分别设置钻机，将钻机的钻头移位至对准所述位置点钻设探孔；在钻设探孔初始阶段，采用轻压低速钻进，当钻头全部进入钻孔中时，则加速钻进，在钻进过程中向钻孔中泵入预定量泥浆，采用泥浆护壁钻进；钻孔中泥浆的量深度至少大于钻头长度；监测多个位置点钻孔中的泥浆是否发生泄漏；若监测到第一位置点钻孔中泥浆发生泄漏，则确定第一位置点土层下方存在采空区，并停止钻孔，将钻头提升至钻孔外；在吊装设备的吊杆端部安装激光测距仪，将所述激光测距仪沿所述探孔下放至采空区顶板处，测量采空区高度值；继续下放激光测距仪，转动吊杆，通过激光测距仪测出不同高度的多个长、宽方向的尺寸值；基于所述多个长、宽方向的尺寸值确定出多个不同高度的平均长、宽值基于测量的采空区的高度值及所述平均长、宽值确定出采空区的大小。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，在确定出采空区的大小之后，所述方法还包括：将激光测距仪从探孔中提升至探孔外，通过所述探孔向采空区中放入防水爆破药卷；所述防水爆破药卷的导爆索连接至引爆控制器。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述爆破孔包括中心爆破孔及第一爆破孔；根据采空区的大小确定爆破孔的数量及直径包括：判断采空区的中心点到采空区长边边界距离所处的阈值范围；若所述距离小于10m，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，在所述中心爆破孔两侧第一预定距离处分别设置1～2个第一爆破孔；所述第一爆破孔与中心爆破孔直径相同；若所述距离在10～15m，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，在所述中心爆破孔两侧第二预定距离处分别设置1～2个第一爆破孔；所述第一爆破孔的直径为中心爆破孔直径的2～3倍；若所述距离在15m以外，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，以所述中心爆破孔为环形阵列基准，在径向第三预定距离处环形阵列设置3～6个第一爆破孔；所述第一爆破孔的直径为中心爆破孔直径的2～3倍。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述第一预定距离为2～3m；所述第二预定距离为4～5m；所述第三预定距离为5～6m。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述预定距离为4～6m。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中包括：将第一预定量爆破药卷输送至所述爆破孔孔底；在爆破药卷上表面填埋预定深度的土层；在所述土层上放置第二预定量爆破药卷；重复上述步骤对所述爆破孔分层装药，直至将预定用量的爆破药卷输送至爆破孔中。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，当所述爆破孔为多个时，所述将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中还包括：在多个爆破孔对应分别分层装药，每层装药高度相等，且处于相同深度处；在处于相同深度处的炸药层中装入相同段位的爆破药卷；所述爆破药卷为电子雷管。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，在根据确定的采空区顶板上方的土层量及土层岩性确定爆破药卷的用量之后还包括：根据爆破安全规程结合爆源周边的建筑物位置确定安全振动距离及安全振动速度；根据爆源安全振动距离及安全振动速度计算出安全爆破用药量；基于所述安全爆破用药量确定所述爆破药卷的用量是否在安全范围内；若是，则根据所述爆破药卷的用量装药；若否，则根据所述安全爆破用药量装药。

根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述工程塑料管为螺纹状工程塑料套管；所述向所述爆破孔内放入工程塑料套管包括：在将所述工程塑料套管放入爆破孔的过程中，当下放受到爆破孔内壁阻碍时，旋转所述工程塑料套管，使工程塑料套管的螺纹嵌入爆破孔内壁中。

本发明实施例提供的一种采空区爆破方法，通过根据采空区的大小确定爆破孔的数量及直径，再根据确定的爆破孔的数量及直径与采空区的位置确定爆破孔的钻设位置，将钻机的钻头移位至对准所述钻孔位置，启动钻机，钻设相应数量及直径的爆破孔，当所述钻机钻设爆破孔孔底至采空区顶板预定距离时，完成爆破孔的钻设，移出钻头，并向爆破孔内放入工程塑料套管，使所述工程塑料套管外壁与爆破孔内壁接触，再根据确定的采空区顶板上方的土层量及土层岩性确定的爆破药卷用量，将爆破药卷用量输送至所述爆破孔中，利用所述引爆控制器引爆所述爆破药卷，以使采空区顶板上方的土层向采空区中塌陷。这样，对于不同的采空区的塌陷爆破处理，基于上述提供的具体爆破步骤，对爆破过程中的用药量及炮孔设置方式等具体工艺实施较为精细的量化控制，可以提高采空区塌陷爆破效果。进一步地，由于在爆破孔钻设完成后，在爆破孔内放入工程塑料套管，并使工程塑料套管外壁与爆破孔内壁接触，对爆破孔内壁周围的土体起到一定的支护阻挡作用，可以防止爆破孔周围的土体向孔内塌陷而作废，提高了爆破孔的有效利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一实施例采空区爆破方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例中，各爆破孔内的装药结构示意图；

图3为本发明一实施例中确定采空区的位置及大小的流程示意图；

图4为本发明一实施例中中心爆破孔与第一炮孔布置示意图；

图5为本发明又一实施例中中心爆破孔与第一炮孔布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例的主要目的在于提供一种采空区爆破方法，适用于对采空区塌陷处理，可以对爆破过程中的用药量及炮孔设置方式等具体工艺实施较为精细的量化控制，从而可以提高采空区塌陷爆破效果；进一步地，可以防止钻孔完成后出现塌孔作废，提高了爆破孔的有效利用率。

图1为本发明一实施例采空区爆破方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的方法可以包括：

步骤101、确定采空区的位置及大小和采空区顶板上方的土层量及土层岩性。

本实施例中，采空区是在前期地下开采中，例如煤窑的无序开采，由人为采掘在地表下面产生的“空洞”，采空区的存在使得矿山的安全生产面临很大的安全问题，在一些场景中，例如，露天开采中，建筑物施工中等，位于其上的人员与机械设备都可能因采空区塌陷而掉入采空区受到伤害；采空区顶板也可称为采空区临空面；采空区的大小可以指采空区的体积，也可以指采空区横断面的面积，也就是采空区面积；为便于叙述及理解，如果没有特别说明，下文统一使用采空区面积这一概念；土层量一般用体积的大小来表示；土层岩性包括：松软、坚硬、密实、风化破碎、较完整层面闭合等等，不同岩性的土层其硬度或称为坚固性也有所不同，其硬度或坚固性大小用硬度系数f来表征。

步骤102、根据采空区的大小确定爆破孔的数量及直径。

本实施例中，采空区面积大，则对应于采空区上方需要塌陷的土层就相对较多，为了使采空区上方的土层能够一次性较多的向采空区中塌陷，相应所需的爆破孔数量也较多；另外，爆破孔的直径与爆破孔数量相关，在一定的采空区面积限定的区域中，若爆破孔均匀设置，则爆破孔直径设置的大，相应爆破孔数量就少些，反之亦然；因此，根据采空区面积大小确定了爆破孔数量，相应也就可以确定爆破孔直径。

由于根据采空区面积确定爆破数量及直径这一爆破工艺参数，对采空区塌陷爆破中的爆破孔这一设置方式进行了精细量化控制，在一定程度上可以提高采空区塌陷爆破效果。

步骤103、根据确定的爆破孔的数量及直径与采空区的位置确定爆破孔的钻设位置。

本实施例中，当采空区的位置确定、爆破孔的数量及直径也确定，即可确定爆破孔的钻设位置。

步骤104、将钻机的钻头移位至对准所述钻孔位置，启动钻机，基于所述钻设位置向下钻设相应数量及直径的爆破孔。

本实施例中，钻机可为KQG150mm潜孔钻机、TY370钻机或DPP100型钻机；根据确定的爆破孔的数量、直径及钻设位置，通过钻机的钻头向下钻设爆破孔；爆破孔为竖直孔。

钻孔期间采取综合安全措施：(1)在采空区地表放置纵横交叉的钢管，具体可贴近地面放两根长钢管，在这两根长钢管上再垂直码放数根短钢管以支撑其上的设备、钻孔；(2)采取安全网安全绳立体防护措施，安全网面积要大于采空区勘探给定面积，中间用两根50米麻绳交替穿过，并在采空区范围外，用地锚固定，铺设安全网时设备防护不在其中，应检查到位，防止设备陷落时挂住安全网。如发生事故，安全网可兜住人员，保证人员安全；(3)施工现场架设高为3米的安全绳作为安全索道，安全绳保证在采空区范围外，一般要求大于采空区给定直径15米，施工人员佩带安全带挂在安全绳上，防止人员陷落。

步骤105、当所述钻机钻设爆破孔孔底至采空区顶板预定距离时，完成爆破孔的钻设，移出钻头。

本实施例中，预定距离即为最小抵抗线的距离，具体可以根据采空区大小及采空区顶板上方覆盖土层的岩性确定，若采空区较大，则所述预定距离相应选大一些；若采空区顶板上方覆盖土层为两种或两种以上岩性的岩层，则比较相邻岩层的岩性大小，若下层比上层大，则在该相邻岩层接触面作为所述爆破孔底；由于下层岩层岩性较大，充分利用炸药爆破产生的爆炸力、高温、高压爆生气体直接作用于较硬的岩层上，改变其内部结构，使其产生碎裂，最终使岩体沿强度较低的方向产生更大的破坏，以促使采空区自由面的垮塌，使上方的土体向采空区中塌陷；在一些例子中，所述预定距离可为4～6m。可以理解的是，爆破孔孔底至采空区顶板的距离存在预定距离，即爆破孔为盲孔；当达到预定距离时，完成爆破孔的钻设，将钻头从爆破孔中移出。

步骤106、向所述爆破孔内放入工程塑料套管，并使所述工程塑料套管外壁与爆破孔内壁接触，以防止爆破孔侧方土层向爆破孔中心塌陷。

本实施例中，工程塑料可做工程材料和代替金属制造机器零部件等的塑料，具有优良的综合性能，刚性大，蠕变小，机械强度高，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用，可替代金属作为工程结构材料使用；工程塑料套管可为由工程塑料制成的套管；将工程塑料套管发放入爆破孔，并使工程塑料套管外壁与爆破孔内壁接触，可防止爆破孔侧方土层向爆破孔中心塌陷。

可以理解的是，在爆破孔中设置钢管，也可以用于对爆破孔周围土体进行支护，但是钢管的设置相对于工程塑料套管而言，在爆破时，不容易被破坏，对爆破效果会产生不利影响，不利于周围土体最终的塌陷爆破。因此，在可以基本防止周围土体向中心垮落的基础上，套管应尽可能容易被破坏。本实施例通过在爆破孔中设置工程塑料套管，相当于爆破孔结构这一爆破工艺参数进行改进，既避免了爆破孔钻设后塌陷作废，又可以提高塌陷爆破效果。

为了避免了钢管在爆破孔中的设置，另外一种解决方案是仅在孔口段中设置钢管，尽管这样设置可以有利于塌陷爆破效果，但是对于爆破孔孔深较大的工况，难以有效防止爆破孔未设置钢管的深部周围土体向中心垮落，从而使钻设的爆破孔作废，还需要重新钻孔，影响塌陷爆破效率。

可以理解的是工程塑料套管直径与爆破孔直径有关，在一些例子中，工程塑料管直径为Φ220或Φ325mm；工程塑料管为螺纹状工程塑料套管；所述向所述爆破孔内放入工程塑料套管包括：在将所述工程塑料套管放入爆破孔的过程中，当下放受到爆破孔内壁阻碍时，旋转所述工程塑料套管，使工程塑料套管的螺纹嵌入爆破孔内壁中。这样，通过对套管结构的改变，即可以提高对爆破孔内壁周围土体的支护效果，又不影响最终塌陷爆破效果。

步骤107、根据确定的采空区顶板上方的土层量及土层岩性确定爆破药卷的用量。

本实施例中，不同的岩石对应不同的土层岩性，同时也对应的单位耗药量不同，由土层岩性可得到对应的单位耗药量，本发明一实施例中的各种岩石爆破及单位耗药量的对应关系如下表所示。

可根据如下公式确定爆破药卷的用量：

Q＝q*V

其中，Q为爆破药卷的用量，单位可为kg；q为单位耗药量，单位可为kg/m³； V为采空区顶板上方的土层量，单位可为m³。

步骤108、将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中；所述爆破药卷的导爆索连接于引爆控制器，所述引爆控制器设置于远离爆破孔的安全区域。

本实施例中，引爆控制器可对爆破药卷的起爆时间及起爆顺序进行控制；安全区域可为爆破产生的冲击波对该区域的生命和财产没有破坏的区域。

其中，为了便于将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中，本实施例专门设计一种爆破药卷输送装置，包括工作架，所述工作架上端设有承重板，所述承重板上设有控制器，所述承重板中心设有第一通孔，在所述第一通孔中设有液压缸筒，所述液压缸筒固定连接于所述承重板上，所述液压缸筒上端连接于液压系统的液压管路，所述液压缸筒下端设有第二通孔，所述液压缸筒中设有输送杆，所述输送杆一端穿设于所述第二通孔中，在所述液压缸筒下端位于所述第二通孔处设有限位部，用于防止输送杆从液压缸筒中脱离出，所述液压系统用于控制液压缸筒中的输送杆轴向滑动，以伸长或缩短，在所述输送杆另一端设有药卷抓取组件安装座，在所述安装座上设有所述药卷抓取组件，所述药卷抓取组件包括第一电机及连接于第一电机轴上第一夹持爪、第二电机及连接于第二电机轴上的第二夹持爪，其中，所述第一电机与第二电机分别连接于所述控制器，所述第一电机与第二电机为双向输出轴电机，所述第一电机及第二电机对称设置于所述安装座上，第一夹持爪与第二夹持爪相对设置以形成夹持空间，在所述安装座底部设有测距传感器，所述测距传感器与所述控制器电连接。

具体地，将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中包括：将所述爆破药卷输送装置的工作架支设于爆破孔孔口地面上，调整工作架的位置，使输送杆的轴线与爆破孔的中心线重合；

通过所述控制器控制第一电机及第二电机分别向中心方向旋转，使连接于第一电机上的第一夹持爪与第二电机上的第二夹持爪形成夹持空间，将爆破药卷放入所述夹持空间中；

启动所述液压系统，控制液压压油管路中的液压油进入液压缸筒中，推动液压缸筒中的输送杆向下滑动，伸入爆破炮孔中；

实时利用输送杆端部安装座底部的测距传感器测量到孔底的距离，并以电信号的形式发送距离信息至所述控制器；

所述控制器基于所述距离信息判断是否控制第一电机及第二电机背向旋转，以使第一夹持爪与第二夹持爪松开爆破药卷，将爆破药卷放入爆破孔底。

在一些例子中，所述将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中包括：

108a、将第一预定量爆破药卷输送至所述爆破孔孔底。

本实施例中，根据预先设定的装药方案，确定装药层数以及每层装药量，将确定的预定用量的爆破药卷，按照装药层数以及每层装药量分成一份或多份；第一预定量数值或第二预定量数值小于预定用量。

在一实施例中，当装药层数可为3层、3层的装药量分别为1/4、1/2、1/4 的预定用量。将1/4的预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔孔底。

108b、在爆破药卷上表面填埋预定深度的土层。

本实施例中，预定深度的土层，可根据爆破方案中，计算得到的两层装有爆破药卷之间的距离确定；或者，根据爆破方案中，计算得到的每层爆破药卷所处的位置具体确定。

108c、在所述土层上放置第二预定量爆破药卷。

本实施例中，在步骤108b中的土层上放置1/2的预定用量的爆破药卷。

108d、重复上述步骤对所述爆破孔分层装药，直至将预定用量的爆破药卷输送至爆破孔中。

在本实施例中，当利用所述爆破药卷输送装置将所述预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中时，在将爆破药卷放入爆破孔底之后，所述方法还包括：重复上述利用所述爆破药卷输送装置将所述预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔底的步骤，直至将所述预定用量的爆破药卷输送至爆破孔相应层位置处。

在一些例子中，步骤108d具体可以包括：

108d0、在步骤108c中的爆破药卷上表面填埋第一预定深度的土层。

108d1、在步骤108d0中的第一预定深度的土层上放置第三预定量爆破药卷。

本实施例中，在步骤108d0中的第一预定深度的土层上放置1/4的预定量爆破药卷。

作为一可选实施方式，当所述爆破孔为多个时，所述将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中还包括：在多个爆破孔对应分别分层装药，每层装药高度相等，且处于相同深度处；在处于相同深度处的炸药层中装入相同段位的爆破药卷；所述爆破药卷为电子雷管。图2为本发明一实施例中，三个爆破孔时，各爆破孔内的装药结构示意图，本实施例中，爆破孔数量为三个，每个爆破孔在孔底装第一层电子雷管1a，经过中间间隔层1b，装第二层电子雷管1c，之后进行孔口填充，每个孔内第一层电子雷管1a的装药高度相等，且处于相同深度处，在第一层电子雷管1a的段位相同；在第二层电子雷管1c的段位相同。

每个爆破孔对应层的装药高度相等，且处于相同深度处，在处于相同深度处的炸药层中装入相同段位的爆破药卷；所述爆破药卷为电子雷管，这样，能够发挥所装爆破药卷的共同作用。

步骤109、利用所述引爆控制器引爆所述爆破药卷，以使采空区顶板上方的土层向采空区中塌陷。

本实施例中，引爆控制器用于引爆爆破药卷及控制爆破时间，为现有的引爆装置，具体结构及引爆原理不再赘述；利用引爆控制器通过导爆索引爆爆破孔内的爆破药卷，使采空区顶板上方的土层向采空区中塌陷。

具体地，可以通过引爆控制器控制各层的爆破药卷按一定时序进行爆破，例如对爆破孔进行微差爆破方式爆破，以更好的发挥塌陷爆破效果。

这样，对于不同的采空区的塌陷爆破处理，基于上述提供的具体爆破步骤，对爆破过程中的用药量及炮孔设置方式等具体工艺实施较为精细的量化控制，可以提高采空区塌陷爆破效果。进一步地，由于在爆破孔钻设完成后，在爆破孔内放入工程塑料套管，并使工程塑料套管外壁与爆破孔内壁接触，对爆破孔内壁周围的土体起到一定的支护阻挡作用，可以防止爆破孔周围的土体向孔内塌陷而作废，提高了爆破孔的有效利用率。

另外，现有技术中，在确定采空区位置及大小时，一般是通过走访当地居民，或者参加过预采区附近曾经煤窑开采的工作人员，根据上述相关知情人对当时开采情况的介绍来大概地估计确定采空区位置及大小，有些因为年代久远、记忆模糊，基于该了解的情况不能较为准确定确定采空区位置及大小。

为了准确确定采空区的位置及大小，本发明实施例提供了一种确定采空区的位置及大小的具体方法。图3为本发明一实施例采空区的位置及大小的具体方法流程示意图，如图3所示，确定采空区的位置及大小包括：

101a、根据搜集的当前采区及其方圆预定距离区域的历史开采数据，预估当前采区地下可能存在采空区的多个位置点。

本步骤中，确定可疑采空区位置点的方式与现有技术类似，可通过寻访附近居民或相关人员，搜集的当前采区及其方圆预定距离区域的历史开采数据；根据经验预估当前采区地下可能存在采空区的多个位置点；即疑似采空区位置点。

与现有技术确定采空区不同的是，本实施例在确定出可疑采空区后，并不是根据实地走访得出的资料大概预估确定采空区位置及大小，而是还要进一步准确确定采空区的准确位置所在及其大小，具体参看以下步骤。

101b、在预估的多个位置点附近分别设置钻机，将钻机的钻头移位至对准所述位置点钻设探孔。

101c、在钻设探孔初始阶段，采用轻压低速钻进，当钻头全部进入钻孔中时，则加速钻进，在钻进过程中向钻孔中泵入预定量泥浆，采用泥浆护壁钻进；钻孔中泥浆的量深度至少大于钻头长度。

本实施例中，轻压低速钻进的钻压可为8～15t、钻速可为4～8r/min；加速钻进的速度可为6～10r/min、钻压可为20～40t；泥浆护壁钻进中，利用泥浆对爆破孔内壁产生的的静压力而在内壁上形成的泥皮，可以在一定程度上防止孔壁坍塌。

101d、监测多个位置点钻孔中的泥浆是否发生泄漏。

可以理解的是，如果钻孔中的泥浆发生泄漏，则钻孔中下方可能存在采空区，泥浆流入了采空区中。

101e、若监测到第一位置点钻孔中泥浆发生泄漏，则确定第一位置点土层下方存在采空区，并停止钻孔，将钻头提升至钻孔外。

本实施例中，泥浆泄漏，说明钻头穿透采空区顶板，孔内泥浆自动从孔底泄漏到采空区中，据此可以准确确定该位置点土层下方存在采空区。

作为一种可替换的方式，若采用水钻工艺则钻孔不反水或反水明显减少时即可确定下方有疑似采空区；若采用其它钻探工芤，则钻机钻进速度明显加快或漏风量增加即可确定下方有疑似采空区。

101f、在吊装设备的吊杆端部安装激光测距仪，将所述激光测距仪沿所述探孔下放至采空区顶板处，测量采空区高度值。

本实施例中，激光测距仪是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器，测量范围可为3.5～5000米；将激光测距仪沿探孔下放至采空区顶板处，测量采空区高度值。

可以理解的是，本实施例在通过钻孔，根据泥浆是否发生泄漏来确定采空区位置所在之后，创造性地利用钻透采空区顶板的钻孔，灵活地选择激光测距方式，根据上述方法对采空区大小的测定，提高了采空区大小确定的准确性。

101g、继续下放激光测距仪，转动吊杆，通过激光测距仪测出不同高度的多个长、宽方向的尺寸值。

本实施例中，可以理解的是，在同一高度处，可得到对应的长、宽方向的尺寸值；当激光测距仪处于不同高度时，能够得到不同高度对应的长、宽方向的尺寸值。

为了避免因采空区形状不规则导致的测定误差，尽可能提高测定的准确性，在全高度方向上进行了长、宽方向的尺寸测定，基于测定的多组数值，可以较为准确地确定出采空区的长、宽方向的尺寸值。

101h、基于所述多个长、宽方向的尺寸值确定出多个不同高度的平均长、宽值。

本实施例中，根据统计学的原理，统计的数据越多，基于该数据确定的结果就越接近真值，因此，本实施例基于测定的多组长、宽方向的尺寸值，求取平均长、宽值，可以较为准确地确定出采空区的长、宽方向的尺寸值。

还可以基于测定的多组数值，利用统计学上的离散方差值来作为最终的长、宽值，根据该长宽值可以较为准确定确定出采空区面积。

101j、基于测量的采空区的高度值及所述平均长、宽值确定出采空区的大小。

本步骤中，采空区大小采用的是采空区体积这一概念；由于基于多组数据确定出平均长宽值作为采空区大小计算的长、宽值，再将采空区的高度值乘以平均长值，再乘以平均宽值，可以较为准确地得到采空区的大小。

作为一可选实施方式，在步骤101j之后，所述方法，还包括：将激光测距仪从探孔中提升至探孔外，通过所述探孔向采空区中放入防水爆破药卷；所述防水爆破药卷的导爆索连接至引爆控制器。本实施例中，可以理解的是，为了提高塌陷爆破效果，所述防水爆破药卷的用量不可太大，主要在于起到震动作用，利用爆破药卷的震动作用将采空区上方的土体震塌，使其塌陷入采空区坑体中。防水爆破药卷具体的用量，本领域技术人员可以基于此处的描述的发明构思进行选择，以起到振动作用为用量标准。通过探孔，将防水爆破药卷放入采空区中，引爆控制器通过导爆索引爆该防水爆破药卷，可以提高塌陷爆破效率。

另外，在采区所在地域的气温较低时，由于钻孔需要用水进行泥浆护壁，为了防止影响钻孔，可以对钻机采取穿钻衣、电暖保温等防寒施工措施，保证钻孔施工正常进行。

作为一可选实施方式，所述爆破孔包括中心爆破孔及第一爆破孔；

根据采空区的大小确定爆破孔的数量及直径(步骤102)包括：

判断采空区的中心点到采空区长边边界距离所处的阈值范围。

本实施例中，采空区可为长方体或近似长方体；阈值范围可为小于5m和大于等于5m，也可小于3m、大于等于3m小于10m以及大于等于10m。

采空区也可以为拱形或圆形，此时，判断采空区的中心点到采空区长边边界距离所处的阈值范围为：判断采空区的中心点到采空区边界的半径距离所处的阈值范围，其它步骤及涉及的数值不变，依然适用。

在一个例子中，阈值可为小于10m，若所述距离小于10m，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，在所述中心爆破孔两侧第一预定距离处分别设置1～2个第一爆破孔；所述第一爆破孔与中心爆破孔直径相同，在一个实施例中，中心爆破孔与第一爆破孔直径为250mm；其中，第一预定距离可为2～3m。

在又一个例子中，阈值可为10～15m，若所述距离在10～15m，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，在所述中心爆破孔两侧第二预定距离处分别设置1～2个第一爆破孔；所述第一爆破孔的直径为中心爆破孔直径的2～3倍，在一个实施例中，第一爆破孔直径为500mm；其中，第二预定距离为4～5m。

图4为本发明一实施例中中心爆破孔与第一炮孔布置示意图，如图4所示，在预先探测到的采空区范围3内，中心爆破孔1两侧分别设置一个爆破孔2，爆破孔2的直径为中心爆破孔1直径的3倍，第二预定距离为5m。

在另一个例子中，阈值可为15m以外，若所述距离在15m以外，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，以所述中心爆破孔为环形阵列基准，在径向第三预定距离处环形阵列设置3～6个第一爆破孔；所述第一爆破孔的直径为中心爆破孔直径的2～3倍，在一个实施例中，第一爆破孔直径为500mm；其中，第三预定距离为5～6m。

图5为本发明又一实施例中中心爆破孔与第一炮孔布置示意图，如图5所示，在预先探测到的采空区范围3内，以中心爆破孔1为环形阵列基准，在径向第三预定距离处环形阵列设置3个爆破孔2；爆破孔2的直径为中心爆破孔1 直径的3倍，其中，第三预定距离为5m。

作为一可选实施方式，在根据确定的采空区顶板上方的土层量及土层岩性确定爆破药卷的用量(步骤107)之后还包括：

1010、根据爆破安全规程结合爆源周边的建筑物位置确定安全振动距离及安全振动速度。

本实施例中，可根据《爆破安全规程》(GB6722-2003)及《煤矿安全规程》(2010)以及爆源周边的建筑物位置确定安全振动距离及安全振动速度，在一些例子中，确定得到的安全振动距离为100m、安全振动速度为2.0cm/s。

1011、根据爆源安全振动距离及安全振动速度计算出安全爆破用药量。

本实施例中，安全爆破用药量可按照下式进行计算：

Q1＝R³/(v/K)^3/α

其中，R为安全振动距离，单位为m；Q1为安全爆破用药量，单位为kg；v为安全振动速度，单位为cm/s；K、α与爆破地点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，具体见下表。

K、α与岩性的关系

1012、基于所述安全爆破用药量确定所述爆破药卷的用量是否在安全范围内；若是，则根据所述爆破药卷的用量装药；若否，则根据所述安全爆破用药量装药。

本实施例中，当步骤107中，确定的爆破药卷的用量小于等于安全爆破用药量时，则根据所述爆破药卷的用量装药；当确定的爆破药卷的用量大于安全爆破用药量时，则根据安全爆破用药量装药。

本实施例中，基于计算得到的安全爆破用药量确定所述爆破药卷的用量是否在安全范围内，并且，爆破药卷的用量在安全范围内，则爆破药卷的用量装药，当爆破药卷的用量不在安全范围内，则根据所述安全爆破用药量装药，这样，能够在保证塌陷爆破效果所需用药量的基础上，保证周边的建筑物位置处于安全范围内，从而避免生命财产的损失。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种采空区爆破方法，其特征在于，包括：

确定采空区的位置及大小和采空区顶板上方的土层量及土层岩性；

根据采空区的大小确定爆破孔的数量及直径；所述爆破孔包括中心爆破孔及第一爆破孔；根据采空区的大小确定爆破孔的数量及直径包括：判断采空区的中心点到采空区长边边界距离所处的阈值范围；若所述距离小于10m，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，在所述中心爆破孔两侧第一预定距离处分别设置1～2个第一爆破孔；所述第一爆破孔与中心爆破孔直径相同；若所述距离在10～15m，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，在所述中心爆破孔两侧第二预定距离处分别设置1～2个第一爆破孔；所述第一爆破孔的直径为中心爆破孔直径的2～3倍；若所述距离在大于15m，则以采空区竖直中心线为基准钻设中心爆破孔，以所述中心爆破孔为环形阵列基准，在径向第三预定距离处环形阵列设置3～6个第一爆破孔；所述第一爆破孔的直径为中心爆破孔直径的2～3倍；

根据确定的爆破孔的数量及直径与采空区的位置确定爆破孔的钻设位置；

将钻机的钻头移位至对准所述钻设位置，启动钻机，基于所述钻设位置向下钻设相应数量及直径的爆破孔；

当所述钻机钻设爆破孔孔底至采空区顶板预定距离时，完成爆破孔的钻设，移出钻头；

向所述爆破孔内放入工程塑料套管，并使所述工程塑料套管外壁与爆破孔内壁接触，以防止爆破孔侧方土层向爆破孔中心塌陷；

根据确定的采空区顶板上方的土层量及土层岩性确定爆破药卷的用量；

将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中；所述爆破药卷的导爆索连接于引爆控制器，所述引爆控制器设置于远离爆破孔的安全区域；

利用所述引爆控制器引爆所述爆破药卷，以使采空区顶板上方的土层向采空区中塌陷。

2.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述确定采空区的位置及大小包括：

根据搜集的当前采区及其方圆预定距离区域的历史开采数据，预估当前采区地下可能存在采空区的多个位置点；

在预估的多个位置点附近分别设置钻机，将钻机的钻头移位至对准所述位置点钻设探孔；

在钻设探孔初始阶段，采用轻压低速钻进，当钻头全部进入钻孔中时，则加速钻进，在钻进过程中向钻孔中泵入预定量泥浆，采用泥浆护壁钻进；钻孔中泥浆的量深度至少大于钻头长度；

监测多个位置点钻孔中的泥浆是否发生泄漏；

若监测到第一位置点钻孔中泥浆发生泄漏，则确定第一位置点土层下方存在采空区，并停止钻孔，将钻头提升至钻孔外；

在吊装设备的吊杆端部安装激光测距仪，将所述激光测距仪沿所述探孔下放至采空区顶板处，测量采空区高度值；

继续下放激光测距仪，转动吊杆，通过激光测距仪测出不同高度的多个长、宽方向的尺寸值；

基于所述多个长、宽方向的尺寸值确定出多个不同高度的平均长、宽值，

基于测量的采空区的高度值及所述平均长、宽值确定出采空区的大小。

3.根据权利要求2所述的爆破方法，其特征在于，在确定出采空区的大小之后，所述方法还包括：

将激光测距仪从探孔中提升至探孔外，通过所述探孔向采空区中放入防水爆破药卷；所述防水爆破药卷的导爆索连接至引爆控制器。

4.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述第一预定距离为2～3m；所述第二预定距离为4～5m；所述第三预定距离为5～6m。

5.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述预定距离为4～6m。

6.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中包括：

将第一预定量爆破药卷输送至所述爆破孔孔底；

在爆破药卷上表面填埋预定深度的土层；

在所述土层上放置第二预定量爆破药卷；

重复上述步骤对所述爆破孔分层装药，直至将预定用量的爆破药卷输送至爆破孔中。

7.根据权利要求6所述的爆破方法，其特征在于，当所述爆破孔为多个时，所述将预定用量的爆破药卷输送至所述爆破孔中还包括：在多个爆破孔对应分别分层装药，每层装药高度相等，且处于相同深度处；

在处于相同深度处的炸药层中装入相同段位的爆破药卷；所述爆破药卷为电子雷管。

8.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，在根据确定的采空区顶板上方的土层量及土层岩性确定爆破药卷的用量之后还包括：根据爆破安全规程结合爆源周边的建筑物位置确定安全振动距离及安全振动速度；

根据爆源安全振动距离及安全振动速度计算出安全爆破用药量；

基于所述安全爆破用药量确定所述爆破药卷的用量是否在安全范围内；

若是，则根据所述爆破药卷的用量装药；

若否，则根据所述安全爆破用药量装药。

9.根据权利要求1所述的爆破方法，其特征在于，所述工程塑料管为螺纹状工程塑料套管；

所述向所述爆破孔内放入工程塑料套管包括：在将所述工程塑料套管放入爆破孔的过程中，当下放受到爆破孔内壁阻碍时，旋转所述工程塑料套管，使工程塑料套管的螺纹嵌入爆破孔内壁中。

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