CN111551084A - 一种大倾角煤层深孔爆破落煤方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例一种大倾角煤层无人工作面深孔爆破落煤方法，涉及采煤工程技术领域，包括：在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔；钻孔完毕后，在预定时间内将套管送入钻孔；根据预先计算得到的单孔装药量及确定的装药方式，将炸药卷装入炮孔中预定位置，引出传爆线连接至起爆点上，并用封堵炮泥将炮孔封堵；启动起爆器，将多个炮孔中的炸药卷同时引爆，利用多个爆破自由面引导单次爆破循环进尺深的煤体移动破坏，以实现落煤。可适用于对大倾角煤层的开采，并为后续大倾角煤层生产开采提供较全面的理论及实践指导依据。

Description

一种大倾角煤层深孔爆破落煤方法

技术领域

本发明涉及采煤工程技术领域，尤其涉及一种大倾角煤层深孔爆破落煤方法。

背景技术

煤层倾角是影响矿山采场压力的因素之一，大倾角煤层工作面的顶板不仅承受支承压力，而且受倾斜方向重力分力的作用，较容易破坏影响采煤的安全性，一旦出现矿压事件，采煤工作面的设备及人员将遭受重大威胁，损失较高。因此大倾角煤层开采一直是采矿领域的难题，但由于大倾角煤层占还比较大，如何安全回收这部分资源就成为矿井的一项重要工作。

因此，有必要提出一种适用于大倾角煤层无人工作面开采的爆破落煤方法，为后续大倾角煤层生产开采积累重要的理论及实践指导经验，也可供其他项目参考借鉴。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种大倾角煤层深孔爆破落煤方法，可以适用于对大倾角煤层的开采，并为后续大倾角煤层生产开采提供较全面的理论及实践指导依据。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明实施例提供一种大倾角煤层深孔爆破落煤方法，包括步骤：

在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔；多个预定深度炮孔上下平行设置；

钻孔施工完毕后，在预定时间内将套管送入钻孔，并配合进行扫风及清孔作业；

利用所述套管抵御钻孔内壁周围的围岩压力以防止塌孔；

根据预先计算得到的单孔装药量及确定的装药方式，将炸药卷装入炮孔中预定位置，引出传爆线连接至起爆点上，并用封堵炮泥将炮孔封堵；所述起爆点处设有起爆器；

启动起爆器，将多个炮孔中的炸药卷同时引爆，利用至少三个爆破自由面引导单次爆破循环进尺深的煤体移动破坏，以实现落煤。

可选地，所述方法还包括：据煤层厚度、采煤现场的钻孔机具的钻头规格、炸药种类及规格综合确定钻孔孔径，根据采煤现场的传爆器材种类及规格确定传爆方式；

根据钻孔孔径及所述炸药单卷质量计算得到装药密度；

根据钻孔孔深确定装药系数；

基于所述钻孔孔径、装药密度、装药系数及钻孔孔深计算得到单孔装药量。

可选地，所述在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔包括：根据现场爆破漏斗实验确定出炸药单耗量；

根据爆破块度要求确定炮孔密集系数；

基于所述炸药单耗量、钻孔孔径、装药密度、装药系数及炮孔密集系数，根据公式计算得到最小抵抗线，即炮孔排距；所述公式为

d为钻孔孔径，τ为装药系数，Δ为装药密度，q为炸药单耗量，m为炮孔密集系数，w为最小抵抗线；

根据所述最小抵抗线及炮孔密集系数计算得到炮孔间距；

根据得到的所述炮孔排距及炮孔间距，在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置斜向内钻设相应排距及间距布设的炮孔。

可选地，所述方法还包括：实地测量绘制煤层地质剖面图；

在根据得到的炮孔排距及炮孔间距布设炮孔时，结合所述煤层地质剖面图对计算得到的炮孔排距及间距进行调整；

在所述煤层地质条件中具有夹矸层及构造带地层变化区时，将孔位调整至避开夹矸层及构造带地层变化区的位置。

可选地，所述在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔还包括：利用钻机在上区段平巷与下区段平巷实体煤壁上同时斜向内钻设与煤层倾角一致的第一预定深度的炮孔；或者，

利用钻机在下区段平巷实体煤壁上斜向内钻设与煤层倾角一致的第二预定深度的炮孔。

可选地，所述套管为具有挠性材料制作的防静电管子；

在将套管送入钻孔的过程中，利用所述套管的防静电特性避免药卷在装入过程中摩擦产生静电，并利用套管的挠性弯曲变形自适应孔壁的不平整，以使套管顺利送入钻孔中。

可选地，所述将炸药卷装入炮孔中预定位置中包括：

根据炸药卷的直径取一根适配直径的防静电管子，所述管子的中空部分为装药部；

在所述管子周向上设置倒刺结构，形成爆破装药管；

根据计算确定的单孔装药量将所述炸药卷根据确定的装药方式轴向装入所述管子的装药部中；

将所述爆破装药管推入钻孔中，并利用所述倒刺结构的支撑作用支撑装药部中的炸药卷，使其不至于下落，完成装药。

可选地，所述管子一端具有开口，一端封闭，在所述封闭端轴心设有通孔，在所述管子轴向上预留引线孔；

所述引出传爆线连接至起爆点上包括：将矿用传爆线通过所述引线孔沿装药全长敷设，穿过所述通孔引出连接至起爆点处起爆器上。

本发明实施例一种大倾角煤层深孔爆破落煤方法，通过在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔，钻孔施工完毕后，在预定时间内将套管送入钻孔，并配合进行扫风及清孔作业；利用所述套管抵御钻孔内壁周围的围岩压力以防止塌孔；根据预先计算得到的单孔装药量及确定的装药方式，将炸药卷装入炮孔中预定位置，引出传爆线连接至起爆点上，并用封堵炮泥将炮孔封堵；启动起爆器，将多个炮孔中的炸药卷同时引爆，利用至少三个爆破自由面引导单次爆破循环进尺深的煤体移动破坏，从而可实现落煤。由于创造性地在上、下区段平巷实体煤壁上斜向内钻设多个与煤层倾角一致的炮孔，可以增加深孔爆破自由面，从而减轻顶、底板及周边煤体对煤层实现深孔爆破落煤的夹制作用，提高爆破落煤效果。进一步地，通过创造性地采用深孔爆破落煤工艺，解决了在采煤工作面布设采煤机等综采设备的复杂性、安全性及成本的问题，作业人员不需要进入工作面，即使出现矿压事件，也不会出现较大的损失。因此，本发明实施例提供的深孔爆破落煤方法，可以较好地适用于对大倾角煤层的开采。从而还可为后续大倾角煤层生产开采提供较全面的理论及实践指导依据。

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为本发明大倾角煤层无人工作面深孔爆破落煤方法一实施例流程示意图；

图2为本发明中一实施例采煤工作面巷道布置图；

图3为本发明中一实施例深孔爆破落煤方法中的炮孔布设三维示意图；

图4为图2中I-I剖切位置展示上下区段平巷沿煤层倾向炮孔布置图；

图5为图2中II-II剖切位置展示下区段平巷沿煤层走向炮孔布置图；

图6为本发明中提供的爆破筒中节一实施例结构示意图；

图7为本发明中提供的爆破筒首节一实施例结构示意图。

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。

如背景技术部分所述，大倾角煤层开采一直是采矿领域的难题。为了研究探索适合大倾角煤层的开采工艺，本申请的发明人及其团队在工程实践中提出了大倾角煤层无人工作面开采工艺，该工艺是在工作面上、下区段平巷端头实体煤帮布置钻孔，平行于工作面打眼爆破，现场人员不进入工作面，工作面内不设支护，煤体爆落后，经引煤装置扒落至下区段平巷，完成资源的开采。上述环节中，深孔爆破落煤是整个工艺的关键，爆破效果的好坏将直接影响该工艺的生产效率。

其中，深孔爆破技术源于露天采矿，在井工开采中，深孔爆破多用于煤层卸压、瓦斯抽放、切顶预裂爆破等领域，在煤体爆破方面应用较少，现有文献关于其爆破参数的设计也鲜有介绍。

参看图1至图4所示，本发明实施例提供的大倾角煤层深孔爆破落煤方法，创造性地将深孔爆破技术应用于井下煤层爆破，适用于大倾角煤层井工开采工程作业中，可以降低采煤工作面布设综采设备及支护装置的成本、减少安全事故，且工艺简单。

在煤层开采前，勘探测量采场煤层所在区域地质条件；在一些可实现的实施例中，所述煤层倾角为25～55度，节理裂隙不发育，上、下分层，中部为砂岩夹矸，所述砂岩夹矸厚0.15m～0.6m，上分层厚度平均1.2m，煤层有益厚度3.50m，总体厚度4.25m；煤层直接顶为一层2.85m厚的灰岩，基本顶为9.75m厚的泥岩。

所述深孔爆破落煤方法包括步骤：S110、在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔；其中，多个预定深度炮孔上下平行设置。

在一些实施例中，所述预定深度炮孔的个数为3个，也可能是4个、5个等，还可能是2个。具体需要根据现场煤层厚度、钻孔孔径等参数计算得到炮孔间排距综合确定。比如煤层厚度大，相应布置的炮孔数就相对可以多些，例如有可能会布置4个；而钻孔直径大，相应单孔装药量增大，相应布置的炮孔数就相对可以少些，例如有可能布置2个就能满足爆破要求。

可以理解的是，钻孔精度是影响爆破效果的一个因素，本实施例中，由于是在大倾角煤层中，自上、下区段平巷(也称为上、下顺槽，或进、回风巷)煤壁斜向内钻孔，其钻孔具有一定难度，而衡量钻孔精度的一个标准就是钻孔轨迹，因此，钻孔轨迹的控制就显得尤为重要。

本申请的发明人及其团队在工程实践中发现，在上、下平巷煤壁上斜向内钻孔时，造成钻孔轨迹偏差的原因主要有如下三点：

1)现场地质条件。大倾角煤层中钻孔，煤体厚度、硬度、交界面情况、构造等均会对钻孔轨迹造成影响。地层的非均匀性将导致钻头在钻进过程中不平衡受力，钻头倾向于受力较小的一侧钻进。此外，均匀地层中，硬度大、完整性好的地层对钻头的约束作用更强，钻孔精度也更高。

2)设计钻孔的深径比。深径比指钻孔深度与孔径的比值，这个值越大，钻孔轨迹偏移量也越大。这是因为钻孔深度越大，孔径越小，钻杆的截面抗弯刚度也越小，钻进过程中钻杆的挠曲位移也越大。因此，在钻孔设计计算时，就要考虑到深径比对钻孔轨迹的影响，以利于钻孔轨迹精度的控制。

3)钻机钻头的校准及控制。如钻机架设、孔位校正、钻杆接头安装，以及钻孔偏斜后的处理等。

另外，衡量钻孔精度的另一个因素是钻孔深度，而钻孔深度也较容易出现偏差。经过实践发现，造成钻孔深度偏差主要表现在实际深度小于设计深度，主要受钻机功率和扭矩的影响。因此，钻机功率及扭矩的选择就是钻孔前需要考虑的因素。

所述单次爆破循环进尺可以简单理解为沿煤层走向单次爆破煤体的深度，单次爆破循环进尺的值可以根据爆破参数，同时考虑爆破后松散煤体不至于充满巷道导致放煤或通风不畅确定，在本发明一些实施例中，所述单次循环进尺为1m。

S120、钻孔施工完毕后，在预定时间内将套管送入钻孔，并配合进行扫风及清孔作业；利用所述套管抵御钻孔内壁周围的围岩压力以防止塌孔；

如前所述，传统的深孔爆破技术多应用于切顶、预抽瓦斯等岩体爆破，由于岩体完整性好，强度高，钻孔后孔壁内岩体可在一定时间内保持稳定，不发生塌孔现象。

但本申请中是在井工开采煤层中进行钻孔以实现爆破落煤，与现有的爆破钻孔不同的是，煤体完整性差、强度低、裂隙构造发育，突出煤层或冲击地压煤层中围岩压力集中系数较高，钻进容易导致钻孔上方煤体失稳，出现塌孔、掉渣等现象。即使成孔质量较好，在矿山压力作用下，稳定时间也很难满足装药所需的最短时间。装药时，常因炮孔堵塞而造成药卷装入困难、装药中断，甚至压断传爆器材，出现盲炮、瞎炮等爆破事故。

因此，处理塌孔及掉渣问题就是本发明实施例中较为重要的一个环节，目前处理塌孔及掉渣常用的手段主要有反复扫孔、注浆、采用三棱钻杆配合小直径钻头钻进等方法，但上述方法耗时、费力，对于整体性、强度尚可的煤层，既不经济也不实用。

在本申请的一个可适用的实施例中，煤体普氏系数约为2，裂隙中等发育，成孔后孔壁有一定自稳时间。因此可在预定时间内采用一定强度的套管对孔壁进行支撑抵御钻孔内壁周围的围岩压力。其中，根据炮孔直径选择适配直径的套管，在一些实施例，炮孔直径为

相应选择

或

的PVC管作为套管，由于PVC管具有一定的柔性，可满足井下现场切割的需要，通过人工送入炮孔。

为保证炮孔质量，一个钻孔施工完毕后，可立即送入套管，送进过程可配合扫风、清孔等工序。在套管的保护下，孔壁稳定时间大大延长，同时也保证了孔壁的连续、光滑，为后续装药创造了有利条件，可极大减少了由于塌孔而导致的断孔、废孔等问题。

S130、根据预先计算得到的单孔装药量及确定的装药方式，将炸药卷装入炮孔中预定位置，引出传爆线连接至起爆点上，并用封堵炮泥将炮孔封堵；所述起爆点处设有起爆器。

具体地，所述方法还包括：根据煤层厚度、采煤现场的钻孔机具的钻头规格、炸药种类及规格综合确定钻孔孔径，根据采煤现场的传爆器材种类及规格确定传爆方式；

在一些实施例中，选用钻机型号为ZQJL-80\2.0S气动架柱式钻机，配套钻设的钻孔孔径为

由于炮孔直径与最小抵抗线和孔间距相关，也与爆破效果和钻孔效率等有关。随着钻孔孔径的增大，大块率也会相应增大。综合考量后，选择钻孔孔径d为42mm。

根据钻孔孔径及所述炸药单卷质量计算得到装药密度。

原则上炸药直径应与炮孔直径(即钻孔孔径)相匹配，但还应考虑装药工艺的可行性及便捷性，及受现场火工品条件的制约，因此，在一些实施例中，炸药选择二级煤矿许用水胶炸药T-320，炸药参数如表1所示。

表1

单卷炸药质量与其所占炮孔体积的比值称为装药密度。装药密度愈小，炸药的威力也愈小，爆破中应设法保证最大的装药密度。在该实施例中，受现场火工品条件的制约，T-320水胶炸药药卷长度L为400mm，单卷质量m₁为0.32kg，确定的炮孔直径为φ42mm，根据装药密度计算公式

计算得到炮孔装药密度Δ。

根据钻孔孔深确定装药系数。

装药系数是指装药长度与炮孔长度之比，根据经验，若是深孔爆破装药，系数一般取0.7～0.85，根据钻孔孔深确定设计中装药系数τ取0.8。

基于所述钻孔孔径、装药密度、装药系数及钻孔孔深计算得到单孔装药量。

其中，根据钻孔孔深及装药系数可以确定出装药长度，根据钻孔孔径、装药长度与装药密度计算出单孔装药量。

在一些实施例中，所述在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔包括步骤：根据现场爆破漏斗实验确定出炸药单耗量。

其中，炸药单耗就是每爆破1m³矿岩所需要耗费的炸药量。在一些可适用的采区，煤普氏系数f约为2，根据现场爆破漏斗试验，计算单耗q为0.25kg/m³。

另外，考虑到煤层爆破自由面较少时，受顶底板夹制作用较大，因此，需适当增加单耗取值，为保证爆破效果，设计单耗q取0.5kg/m³，该值在后续爆破中可根据爆破块度及爆堆分布情况对单耗进行调整。

根据爆破块度要求确定炮孔密集系数。炮孔密集系数是指孔距a与最小抵抗线W的比值。根据经验，深孔爆破密集系数一般取0.8～1.4，本申请根据爆破块度要求设计炮孔密集系数m取1.2。

基于所述炸药单耗量、钻孔孔径、装药密度、装药系数及炮孔密集系数，根据公式计算得到最小抵抗线，即炮孔排距；所述公式为

d为钻孔孔径，τ为装药系数，Δ为装药密度，q为炸药单耗量，m为装炮孔集系数，W为最小抵抗线。

根据所述最小抵抗线及炮孔密集系数计算得到炮孔间距。

可以理解的是，抵抗线和孔距是影响爆破效果和爆破安全最重要的参数，在确定出炸药单耗量后，根据公式a＝m*W计算出孔间距，a为炮孔间距，该处未提及参数与前述同样字母表示的参数表示的物理意义一致，就不再赘述。

在本申请的一些实施例中，计算得到得到的爆破参数如表2所示。

表2

根据得到的所述炮孔排距及炮孔间距，在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置斜向内钻设相应排距及间距布设的炮孔。

本实施例中，根据装药量平衡原理，计算出满足现场实际条件的爆破参数，据此提出炮孔布置及装药方案，根据爆破落煤试验证明，爆堆分布集中，爆破块度适宜，验证了深孔爆破参数的合理性，该爆破参数设计成果可为后续生产积累重要的实践经验，也可供其他项目参考借鉴可以得到较好的爆破效果。

另外，从爆破效果等考虑，堵塞长度最少应等于最小抵抗线，考虑到煤层爆破的安全性，堵塞长度的设计不应小于2m，即封堵炮泥至少2m长。

基于前述的各影响钻孔精度因素的分析，在一些实施例中，所述方法还包括：实地测量绘制煤层地质剖面图；在根据得到的炮孔排距及炮孔间距布设炮孔时，结合所述煤层地质剖面图对计算得到的炮孔排距及间距进行调整；在所述煤层地质条件中具有夹矸层及构造带地层变化区时，将孔位调整至避开夹矸层及构造带地层变化区的位置。这样，可以在一定程度解决夹矸层与构造带底层变化影响钻头钻进受力不平衡的问题，从而提高钻孔轨迹线的精度。

另外，如前分析可知，深径比越小，钻孔偏差越小；基于此，在本发明的一可选实施例中，所述孔径选择42～50mm，孔深则控制在30m以内。

进而，钻机功率与扭矩应当与孔深和孔径相匹配，对于孔深在10～15m的钻孔，可选择轻型气动手持式钻机；当孔深超过15m时，改用带有钻架和给进机构的钻机进行钻设。

再者，由于钻孔位于上、下区段平巷端头处，钻孔前，需对底板进行适当卧底，钻机应架设牢固，并在钻头上加配钻孔定位器、激光定向仪等纠偏装置，以保证定位及纠偏准确度。

在本发明的又一些实施例中，所述在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔还包括：利用钻机在上区段平巷与下区段平巷实体煤壁上同时斜向内钻设与煤层倾角一致的第一预定深度的炮孔。

该方案从上区段及下区段平巷分别向各自实体煤侧打对穿炮孔，炮孔长度不大于15m，上下区段平巷同时起爆。

在另一种可替代钻孔方式中，利用钻机在下区段平巷实体煤壁上斜向内钻设与煤层倾角一致的第二预定深度的炮孔。

本钻孔方案从下区段平巷向实体煤侧打单向炮孔，炮孔长度不大于30m，下区段平巷单独起爆。

本申请中，对于前述两种钻孔方案，分别进行了参数的设计，如表3所示。

表3

参看图4所示，已知煤层倾角为30°，通过余弦定理可确定炮孔在煤壁纵向的投影位置。

S140、启动起爆器，将多个炮孔中的炸药卷同时引爆，利用至少三个爆破自由面引导单次爆破循环进尺深的煤体移动破坏，以实现落煤。

从开展的爆破落煤试验的落煤情况来看，整体爆破效果比较理想，爆堆分布集中，大部分煤体抛掷距离不超过1m，适宜耙斗扒煤；爆破块度较均匀，基本分布在100～300mm，扒煤顺畅。爆破落煤后，工作面不会出现爆落煤体将工作面下部端头堵塞造成通风不畅的问题，后续爆破循环可改为两排或三排同时起爆，以提高爆破效率。

从一个现场施工实验情况来看，一个循环的钻孔可在6小时内完成，按照试验速度，每天可推进1～2个循环，预计工作面月产量能够达到1万吨左右，满足生产预期，为进一步提高钻孔工效，后续可采用第二种从一侧单向钻孔的炮孔布置方案。

本发明实施例一种大倾角煤层深孔爆破落煤方法，通过在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔，钻孔施工完毕后，在预定时间内将套管送入钻孔，并配合进行扫风及清孔作业；利用所述套管抵御钻孔内壁周围的围岩压力以防止塌孔；根据预先计算得到的单孔装药量及确定的装药方式，将炸药卷装入炮孔中预定位置，引出传爆线连接至起爆点上，并用封堵炮泥将炮孔封堵；启动起爆器，将多个炮孔中的炸药卷同时引爆，利用至少三个爆破自由面引导单次爆破循环进尺深的煤体移动破坏，从而可实现落煤。由于创造性地在上、下区段平巷实体煤壁上斜向内钻设多个与煤层倾角一致的炮孔，可以增加深孔爆破自由面，从而减轻顶、底板及周边煤体对煤层实现深孔爆破落煤的夹制作用，提高爆破落煤效果。进一步地，通过创造性地采用深孔爆破落煤工艺，解决了在采煤工作面布设采煤机等综采设备的复杂性、安全性及成本的问题，作业人员不需要进入工作面，即使出现矿压事件，也不会出现较大的损失。因此，本发明实施例提供的深孔爆破落煤方法，可以较好地适用于对大倾角煤层的开采。从而还可为后续大倾角煤层生产开采提供较全面的理论及实践指导依据。

前述为了防塌孔设置的套管，在一些实施例中，所述套管为具有挠性材料制作的防静电管子。在将套管送入钻孔的过程中，利用所述套管的防静电特性避免药卷在装入过程中摩擦产生静电，并利用套管的挠性弯曲变形自适应孔壁的不平整，以使套管顺利送入钻孔中。

具体可采用防静电PPR管材作为套管，外径40mm，内径约32mm，此管材具有合适的刚度和柔性，适于弯曲便于井下运输。钻孔施工完毕后，立即将套管送入钻孔，并配合扫风、清孔等相关工作，孔外留设20cm截断。

可以理解的是，深孔爆破装药工艺可分为机械装药与手工装药两种。机械装药多用于露天开采或金属矿开采，目前已研发了多种型号的装药车及风动装药器。装药车可分为单一装药功能的装药车和集炸药原料运输、炸药混制、炸药填装三项功能于一体的混装车两种；风动装药器则是利用风压通过防静电导管将炸药压入炮孔的装药设备。机械装药具有快速、高效，装药质量好的特点，由于煤矿井工开采中涉及到的深孔上行装药情况较少，因此机械装药还未大规模采用。

手工装药则是通过人工将炸药逐卷送入炮孔再利用炮棍将炸药压入孔底。在本发明的装药操作中，随着炮孔深度的增加，装药难度也逐渐增大，主要体现在以下几个方面：

(1)药包卡塞。煤矿井工开采所使用的炸药均为柔性药卷，在药包送入炮孔过程中，会受到孔内煤岩渣、凹凸孔壁的阻挡，由于炮孔不光滑，药包很容易在孔内卡塞。在本发明的一些实施例中，通过在炮孔内压入套管，可以较好地解决这个问提。

(2)药包重量大导致送入困难。深孔爆破时，炮孔通常较深，考虑到钻孔吐粉，本发明中由于钻设的炮孔具有一定倾角，因此，装药过程中随着药包的增加，重量也越来越大，药包在套管中容易下滑，无法固定，给药包的送入带来很大困难，导致孔底附近的药包常常无法安设到预定位置。

(3)无法实现不连续装药。孔径较大时，为满足炸药能量在煤体内均匀分布，或者部分炮孔的装药参数调整时，常常要采用不连续装药方式，显然，这对于上行装药的深孔而言，由于具有倾角会滑动，也是较难实现的。

参看图6及图7所示，为了解决在本申请中才会出现或遇到的上述技术问题，作为一可选实施例，本发明专门设计了一种能够满足药包在炮孔内自稳的装药爆破筒，所述爆破筒采用防静电PVC管材加工而成，其直径与炮孔或套管直径相匹配，包括多节，单节长度应能装入2卷炸药；在一些较佳实施例中，根据现场试验确定，综合考虑钻杆长度，太长易在折点发生堵塞，单节长度设计为800mm。爆破筒一端封口，用于阻挡前一节中的炸药卷下滑，实现定位，另一端开口。封口中心开设有通孔，在所述管子轴向上预留引线孔，供传爆引线出入，两端分别车内外螺纹，方便爆破筒的节与节之间联接；在爆破筒外部根据实际情况安设一定数量的倒刺，所述爆破筒的首节的封口端没有所述小孔，当爆破筒放入炮孔中时，首节封口端位于孔底。

装药前，钻孔已压入套管，因此可保证孔壁光滑无异物，装药时按设计计算确定的装药量将药卷对应装入爆破筒中，利用所述封口端阻挡炸药卷下滑，在孔口手动或用机械将爆破筒推入孔内，在倒刺的支撑作用下，爆破筒可在孔内自固定，大大减轻了孔口装药人员的装药难度。

其中，所述爆破筒外部倒刺可根据炸药重量间隔设置。

当装药方式为不连续装药时，可根据装药结构图在不连续位置接入空爆破筒，即可简单方便地实现不连续装药。

例如，在另一些现场为连续装药的实施例中，单孔装药量为9.6kg，使用的T-320水胶炸药药卷长度为400mm，单卷质量0.32kg，即每孔需装药卷30卷。上区段平巷炮孔装药相对容易，下区段平巷炮孔由于是斜向上装药，其难度较大。在不使用本实施例的装药辅助工具，即爆破筒时，当装至20卷药卷时，药卷在重力作用下都集聚在孔口，随着药卷重量的增加，工人用炮棍向炮孔中推送药卷的强度就会增加，装药效率将显著降低。

此时，若采用本实施提供的装药爆破筒进行辅助装药，将药卷预先装入设计好的装药爆破筒中，在倒刺的支撑作用下，爆破筒可承担上覆药卷的重量，而且利用每节封口端的阻挡限位，这样就可以减轻工人的劳动强度。另外，也可以此后根据装药难易程度可每隔一定药卷安设爆破筒，递进装药，也可以对剩余药卷全部使用爆破筒装药，以提高装药效率。

从现场装药情况来看，采用本实施例的爆破筒辅助装药后，装药难度大为降低，效率显著提高。

另外，在压入套管后，爆破筒装药效率大幅提高，同时由于设置倒刺起到支撑作用，减轻了孔口药包重量，使得炮棍不要太重就可以推动药卷，因此，炮棍也可采用具有一定柔性、质量较轻的材质。

当然前述的爆破筒也可以制作成一整根，所述将炸药卷装入炮孔中预定位置中可以包括：根据炸药卷的直径取一根适配直径的管子，所述管子的中空部分为装药部；在所述管子周向上设置倒刺结构，形成爆破装药管；根据计算确定的单孔装药量将所述炸药卷根据确定的装药方式轴向装入所述管子的装药部中；将所述爆破装药管推入钻孔中，并利用所述倒刺结构的支撑作用支撑装药部中的炸药卷，完成装药。这样，不仅可以减轻工人一节一节向炮孔中装药的劳动强度，还可以提高装药效率。

需要说明的是，爆破筒单节长度越长，装药效率越高，但由于钻孔存在不平直的因素，可能无法装入，因此爆破筒也可采用具有挠性的材料制作；而爆破筒单节长度越短，装药成功率越高，但装药效率相对较低。基于此，在钻孔质量较高的前提下，爆破筒单节长度可相应增长。反之，则爆破筒单节长度可相应缩短。

其中，所述引出传爆线连接至起爆点上包括：将矿用传爆线通过所述引线孔沿装药全长敷设，通过所述通孔引出连接至起爆点处起爆器上。

本实施例通过设计可以使用矿用导爆索沿装药全长敷设，若现场不具备使用导爆索的条件，亦可采用同段位5段以下8＃电雷管进行搭接传爆。

本发明实施大倾角煤层深孔爆破落煤方法，通过在上下区段平巷实体煤壁钻设炮孔，并实施深孔爆破落煤工艺还具有如下优点：

本申请的钻孔位置在上下区段平巷，相对安全，不存在煤壁片帮的危险；工作面内不需要设支护设施，实现无人工作面采煤目的。

而若采用工作面煤壁钻孔爆破的方案，在工作面煤壁钻孔时，经常出现煤壁片帮伤人事件，厚煤层中尤其突出。而且在工作面煤壁钻孔还需要支设部分支护设施。

由于爆破效果受到自由面的影响，自由面越多，爆破效果(主要为爆破块度、爆堆集中程度)越容易控制，爆破效率(单次爆破煤体量)越高，同时炸药单耗(即爆炸每立方米煤体所需炸药量)也越少。

本申请中钻孔位置在上下区段平巷，爆破自由面的个数为3个，即上下区段平巷与工作面煤壁。相比于采用工作面煤壁钻孔爆破：爆破自由面为个数为1个，即工作面煤壁。具有较多的自由面，爆破效果也较好。

本申请中采用上下区段平巷实体煤壁钻孔爆破工艺的爆破落煤效率更高，以煤厚4m，工作面长度30m，单循环距离1m来看，本申请中只需要上下区段平巷各打3个深孔(15m深)即可，而若采用工作面煤壁钻孔方案需要在工作面布置3排，每排约20个钻孔(1.5～2m深)，钻孔工作量较大。

另外，本申请中为防止爆破时煤体崩落飞散的措施主要是优化爆破设计，合理选取爆破参数，经过试验验证，本申请的落煤工艺中确定的爆破参数，可以做到煤体爆破后松动但不飞散，破碎但不抛掷，不要另外专门设置阻挡爆破时煤体飞散的装置，成本较低。

综上，本申请通过现场试验，系统研究了大倾角煤层深孔爆破落煤工艺，提出了包含钻孔纠偏、防塌孔及深孔装药等的整套工艺。可有效提高爆破施工进度，大大减小了实际执行过程中与原设计间的偏差，可以较好地适用于对大倾角煤层的开采，为后续大倾角煤层生产开采提供较全面的理论及实践指导依据，并对于大倾角煤层无人工作面开采工艺起到了积极的推动作用。

需要说明的是，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它实施例的不同之处。另外，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”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系排要素的过程、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排出的其它要素，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。

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 (8)

1.一种大倾角煤层无人工作面深孔爆破落煤方法，其特征在于，包括步骤：

在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔；多个预定深度炮孔上下平行设置；

钻孔施工完毕后，在预定时间内将套管送入钻孔，并配合进行扫风及清孔作业；

利用所述套管抵御钻孔内壁周围的围岩压力以防止塌孔；

根据预先计算得到的单孔装药量及确定的装药方式，将炸药卷装入炮孔中预定位置，引出传爆线连接至起爆点上，并用封堵炮泥将炮孔封堵；所述起爆点处设有起爆器；

启动起爆器，将多个炮孔中的炸药卷同时引爆，利用至少三个爆破自由面引导单次爆破循环进尺深的煤体移动破坏，以实现落煤。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据煤层厚度、采煤现场的钻孔机具的钻头规格、炸药种类及规格综合确定钻孔孔径，根据采煤现场的传爆器材种类及规格确定传爆方式；

根据钻孔孔径及所述炸药单卷质量计算得到装药密度；

根据钻孔孔深确定装药系数；

基于所述钻孔孔径、装药密度、装药系数及钻孔孔深计算得到单孔装药量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔包括：根据现场爆破漏斗实验确定出炸药单耗量；

根据爆破块度要求确定炮孔密集系数；

基于所述炸药单耗量、钻孔孔径、装药密度、装药系数及炮孔密集系数，根据公式计算得到最小抵抗线，即炮孔排距；所述公式为

d为钻孔孔径，τ为装药系数，Δ为装药密度，q为炸药单耗量，m为炮孔密集系数，W为最小抵抗线；

根据所述最小抵抗线及炮孔密集系数计算得到炮孔间距；

根据得到的所述炮孔排距及炮孔间距，在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置斜向内钻设相应排距及间距布设的炮孔。

4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述方法还包括：实地测量绘制煤层地质剖面图；

在根据得到的炮孔排距及炮孔间距布设炮孔时，结合所述煤层地质剖面图对计算得到的炮孔排距及间距进行调整；

在所述煤层地质条件中具有夹矸层及构造带地层变化区时，将孔位调整至避开夹矸层及构造带地层变化区的位置。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在距离采煤工作面单次爆破循环进尺深处的上、下区段平巷实体煤壁位置，自所述煤壁斜向内钻设与煤层倾角一致的多个预定深度炮孔还包括：利用钻机在上区段平巷与下区段平巷实体煤壁上同时分别斜向内钻设与煤层倾角一致的第一预定深度的炮孔；或者，

利用钻机在下区段平巷实体煤壁上斜向内钻设与煤层倾角一致的第二预定深度的炮孔。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述套管为具有挠性材料制作的防静电管子；

在将套管送入钻孔的过程中，利用所述套管的防静电特性避免药卷在装入过程中摩擦产生静电，并利用套管的挠性弯曲变形自适应孔壁的不平整，以使套管顺利送入钻孔中。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将炸药卷装入炮孔中预定位置中包括：

根据炸药卷的直径取一根适配直径的防静电管子，所述管子的中空部分为装药部；

在所述管子周向上设置倒刺结构，形成爆破装药管；

根据计算确定的单孔装药量将所述炸药卷根据确定的装药方式轴向装入所述管子的装药部中；

将所述爆破装药管推入钻孔中，并利用所述倒刺结构的支撑作用支撑装药部中的炸药卷，使其不至于下落，完成装药。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述管子一端具有开口，一端封闭，在所述封闭端轴心设有通孔，在所述管子轴向上预留引线孔；

所述引出传爆线连接至起爆点上包括：将矿用传爆线通过所述引线孔沿装药全长敷设，通过所述通孔引出连接至起爆点处起爆器上。

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