CN111765820A - 一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法 - Google Patents

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于斌
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杨敬轩
付茂全
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Abstract

本发明属于煤矿坚硬顶板的定向爆破技术领域，具体为一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，解决了背景技术中的技术问题，本发明利用定向造孔弹形成孔道，同时激发定向高能造缝枪中的乳化炸药爆炸形成高压气体，高压气体沿着孔道，形成连续的孔缝融合的裂缝面，该方法对围岩扰动小，通过控制定向造孔弹的口径D、相邻定向造孔弹的间距S、以及乳化炸药的质量M和爆速v的大小实现切顶方向可控，而且切缝平整。

Description

一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法
技术领域
本发明属于煤矿坚硬顶板的定向爆破技术领域，具体为一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法。
背景技术
煤矿坚硬顶板是影响矿井安全高效生产的主要因素之一。以煤矿在石炭系20m特厚煤层开采过程中为例，上覆多层坚硬顶板逐次垮落，造成液压支架安全频繁开启，巷道变形严重，甚至出现液压支架压死和巷道闭合等强矿压问题。针对坚硬顶板问题，一般采用水压致裂或者聚能爆破手段。然而水压致裂的裂缝扩展方向受到采场应力的影响，难以控制扩展方向，而聚能爆破对坚硬顶板的扰动大，造成岩层垮落后破碎、自稳性差。因此，目前急需一种弱扰动、定向的爆破造缝方法。
发明内容
本发明旨在解决背景技术中的技术问题，提供了一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法。
本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，包括以下步骤：
步骤一：将口径为D的定向造孔弹以一定间距S按正反向顺序依次放入定向高能造缝枪中；
步骤二：通过定向高能造缝枪上的孔洞，向定向高能造缝枪的相邻定向造孔弹之间的部分注入质量为M、爆速为v的乳化炸药；
步骤三：采用导爆索将定向高能造缝枪中的定向造孔弹触发点依次串联在一起，备用：
步骤四：在临空巷道的采空区侧钻取倾角为β、深度为H的钻孔；
步骤五：将步骤三准备好的定向高能造缝枪推入钻孔内；
步骤六：引出导爆索后封孔，然后引爆导爆索；
步骤七：向临空巷道的另一端平移一定距离L，重复步骤一至步骤六，进行下一轮爆破造缝。
本发明利用定向造孔弹形成孔道，同时激发定向高能造缝枪中的乳化炸药爆炸形成高压气体，高压气体沿着孔道，形成连续的孔缝融合的裂缝面，该方法对围岩扰动小，通过控制定向造孔弹的口径D、相邻定向造孔弹的间距S、以及乳化炸药的质量M和爆速v的大小实现切顶方向可控。本发明中定向造孔弹以及定向高能造缝枪均为现有技术，故对其结构不做详细介绍。
优选的，步骤一中，定向造孔弹的口径D与坚硬顶板的单轴抗压强度σ相关：其中当0<σ<50MPa时，D为25mm；当50MPa≤σ<90MPa时，D为36mm；当σ≥90MPa时，D为45mm。因为岩石越坚硬，需要的炸药越多，因此，需要直径越大的钻孔来容纳越大尺寸的定向造孔弹。定向造孔弹的口径D与坚硬顶板的单轴抗压强度σ相关是为了定向造孔弹的爆破力适应坚硬顶板的强度，同时通过定向造孔弹的尺寸为定向高能造逢枪的选型提供依据。
优选的，步骤一中，相邻定向造孔弹的间距S与定向造孔弹的口径D相关：其中当D为25mm时，S为200mm；当D为36mm时，S为150mm；当D为45mm时，S为100mm。这是为了保证相邻的射孔孔道能够贯穿形成裂缝，钻孔直径与坚硬顶板相关，坚硬顶板强度越高，钻孔直径越大，定向造孔弹越密，相邻射孔越容易贯穿，形成裂缝。
优选的，步骤二中，乳化炸药注入质量M与坚硬顶板的普氏系数f存在函数关系：即M＝M0f，式中M0为炸药对坚硬顶板的普氏系数f的敏感系数，M0为8g。将乳化炸药注入质量M与坚硬顶板的普氏系数f相关，这是为了保证乳化炸药质量与坚硬顶板相匹配，避免压不开或者爆炸围岩损伤大，进而保证二次劈裂的效果。
优选的，步骤二中，乳化炸药爆速v在3000m/s以上。这样限定为了保证乳化炸药的二次劈裂效果好。
优选的，步骤四中，钻孔的倾角β在60°～70°之间。这是为了控制临空巷道的悬臂梁垮落时对煤柱动载荷。
优选的，步骤七中，平移距离L与坚硬顶板的普氏系数f相关：其中当0<f<4时，平移距离L为1.5m；当4≤f<9时，平移距离L为1.0m；当9≤f<12时，平移距离L为0.8m；当f≥12MPa时，平移距离L为0.5m。定向高能造逢枪形成的裂缝与坚硬顶板的普氏系数f相关，坚硬顶板的普氏系数f越大，定向高能造逢枪能够形成的裂缝越短，因此，相邻钻孔间距小。按照上述相关关系限定平移距离L的大小，能够保证相邻钻孔间相互贯穿，保证了压裂效果。
优选的，步骤四中，钻孔深度H保证钻孔的末端位于坚硬岩层上层面。这是为了保证对坚硬顶板进行均匀爆破造缝。
本发明的有益效果是：操作方便简单，成本较低，爆破效果好；本发明利用定向造孔弹形成孔道，同时激发定向高能造缝枪中的乳化炸药爆炸形成高压气体，高压气体沿着孔道，形成连续的孔缝融合的裂缝面，该方法对围岩扰动小，通过控制定向造孔弹的口径D、相邻定向造孔弹的间距S、以及乳化炸药的质量M和爆速v的大小实现切顶方向可控，而且切缝平整。
附图说明
图1为定向高能造缝枪的结构示意图(图1中I-I剖面图)。
图2为通过本发明所述一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法形成的临空巷道钻孔布置示意图。
图中：1-定向造孔弹，2-定向高能造缝枪，3-孔洞，4-乳化炸药，5-导爆索，6-触发点，7-临空巷道，8-采空区侧，9-钻孔。
具体实施方式
参照图1、2，对本发明所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法进行详细说明。
实施例1：以某矿临空巷道7为例，该巷道上方16m存在一层厚度为8m的坚硬顶板，且坚硬顶板的单轴抗压强度σ为85MPa，普氏系数f为8.5。那么通过本发明所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，如图1和2所示，具体步骤如下：
步骤一：将口径D为36mm的定向造孔弹1以一定间距S等于150mm按正反向顺序依次放入定向高能造缝枪2中；因为定向造孔弹1的口径D与坚硬顶板的单轴抗压强度σ相关：且本实施例中σ为85MPa，那么σ满足50MPa≤σ<90MPa的范围，故D为36mm；又因为相邻定向造孔弹1的间距S与定向造孔弹1的口径D相关：本实施例中D为36mm，故S为150mm；具体如图1所示；
步骤二：通过定向高能造缝枪2上的孔洞3，向定向高能造缝枪2的相邻定向造孔弹1之间的部分注入质量M为68g、爆速v为3100m/s的乳化炸药4；其中乳化炸药4注入质量M与坚硬顶板的普氏系数f存在函数关系：即M＝M0f，式中M0为炸药对坚硬顶板的普氏系数f的敏感系数，M0为8g，本实施例中坚硬顶板的普氏系数f为8.5，那么M＝M0f＝8*8.5＝68g；具体如图1所示；
步骤三：采用导爆索5将定向高能造缝枪2中的定向造孔弹1触发点6依次串联在一起，备用：具体如图1所示；
步骤四：在临空巷道7的采空区侧8钻取倾角β为60°、深度H为27.71m的钻孔9；具体如图2所示；
步骤五：将步骤三准备好的定向高能造缝枪2推入钻孔9内；具体如图2所示；
步骤六：引出导爆索5后封孔，然后引爆导爆索5；
步骤七：向临空巷道7的另一端平移一定距离L为1m，重复步骤一至步骤六，进行下一轮爆破造缝；其中平移距离L与坚硬顶板的普氏系数f相关：本实施例中，普氏系数f为8.5，则普氏系数f在4≤f<9的范围内，故平移距离L为1.0m；具体如图1所示。
以上具体结构和尺寸数据是对本发明的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或者替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将口径为D的定向造孔弹(1)以一定间距S按正反向顺序依次放入定向高能造缝枪(2)中；
步骤二：通过定向高能造缝枪(2)上的孔洞(3)，向定向高能造缝枪(2)的相邻定向造孔弹(1)之间的部分注入质量为M、爆速为v的乳化炸药(4)；
步骤三：采用导爆索(5)将定向高能造缝枪(2)中的定向造孔弹(1)触发点(6)依次串联在一起，备用；
步骤四：在临空巷道(7)的采空区侧(8)钻取倾角为β、深度为H的钻孔(9)；
步骤五：将步骤三准备好的定向高能造缝枪(2)推入钻孔(9)内；
步骤六：引出导爆索(5)后封孔，然后引爆导爆索(5)；
步骤七：向临空巷道(7)的另一端平移一定距离L，重复步骤一至步骤六，进行下一轮爆破造缝。
2.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，其特征在于，步骤一中，定向造孔弹(1)的口径D与坚硬顶板的单轴抗压强度σ相关：其中当0<σ<50MPa时，D为25mm；当50MPa≤σ<90MPa时，D为36mm；当σ≥90MPa时，D为45mm。
3.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，其特征在于，步骤一中，相邻定向造孔弹(1)的间距S与定向造孔弹(1)的口径D相关：其中当D为25mm时，S为200mm；当D为36mm时，S为150mm；当D为45mm时，S为100mm。
4.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，其特征在于，步骤二中，乳化炸药(4)注入质量M与坚硬顶板的普氏系数f存在函数关系：即M＝M0f，式中M0为炸药对坚硬顶板的普氏系数f的敏感系数，M0为8g。
5.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，其特征在于，步骤二中，乳化炸药(4)爆速v在3000m/s以上。
6.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，其特征在于，步骤四中，钻孔(9)的倾角β在60°～70°之间。
7.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，其特征在于，步骤七中，平移距离L与坚硬顶板的普氏系数f相关：其中当0<f<4时，平移距离L为1.5m；当4≤f<9时，平移距离L为1.0m；当9≤f<12时，平移距离L为0.8m；当f≥12MPa时，平移距离L为0.5m。
8.根据权利要求1所述的一种坚硬顶板弱扰动定向爆破造缝方法，其特征在于，步骤四中，钻孔(9)深度H保证钻孔(9)的末端位于坚硬岩层上层面。
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