CN113218261A - 一种顶板爆破断顶方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种顶板爆破断顶方法，涉及煤矿开采技术领域。该顶板爆破断顶方法包括以下步骤：根据顶板条件确定高位断顶高度和低位断顶高度；确定爆破孔组中爆破孔的数目，且数目至少为两个；根据顶板条件确定爆破孔组中各爆破孔的爆破倾角；在爆破区自顺槽顶部向顶板打孔得到爆破孔组，爆破孔组中高度最高的为高位爆破孔，高度最低的为低位爆破孔，且高位爆破孔的高度与高位断顶高度一致，低位爆破孔的高度与低位断顶高度一致；向爆破孔组内的各爆破孔内装入炸药；起爆炸药。该爆破断顶方法对顶板的破断效果较好。

Description

一种顶板爆破断顶方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体而言，涉及一种顶板爆破断顶方法。

背景技术

在煤矿开采中，采煤工作面后方采空区的顶板随采煤工作面的推进而逐渐垮落，为了减少大块顶板未垮落而悬空于采空区对采煤工作面造成的压力过大，以及大块顶板垮落时引起的剧烈震动，需要在回采工作面超前区对顶板进行爆破断顶处理，由于顶板通常为复合结构，顶板岩层分层较多，不同顶板的差异也较大，对于不同的顶板条件采用单一的爆破方法很容易出现爆破破断不足，顶板破断效果较差，破断来压依然较为明显；或爆破破断过量，顶板过于破碎，工作面回采至该区域时容易冒顶。

即现有爆破断顶方法对顶板的破断效果较差。

发明内容

本发明的目的包括提供一种顶板爆破断顶方法，以解决现有爆破断顶方法对顶板的破断效果较差的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供一种顶板爆破断顶方法，包括以下步骤：

根据顶板条件确定高位断顶高度和低位断顶高度；

确定爆破孔组中爆破孔的数目，且数目至少为两个；

根据所述顶板条件确定所述爆破孔组中各所述爆破孔的爆破倾角；

在爆破区自顺槽顶部向所述顶板打孔得到所述爆破孔组，所述爆破孔组中高度最高的为高位爆破孔，高度最低的为低位爆破孔，且所述高位爆破孔的高度与所述高位断顶高度一致，所述低位爆破孔的高度与所述低位断顶高度一致；

向所述爆破孔组内的各爆破孔内装入炸药；

起爆炸药。

可选地，所述根据所述顶板条件确定所述爆破孔组中各所述爆破孔的爆破倾角的步骤中，包括：

确定各所述爆破孔的底端均位于所述顺槽靠近回采工作面超前区一侧的顶壁，且各所述爆破孔的爆破倾角随高度的增大而增大。

可选地，确定每组所述爆破孔组中爆破孔的数目为三个，且高度位于所述高位爆破孔与所述低位爆破孔之间的所述爆破孔为中位爆破孔，所述低位爆破孔、所述中位爆破孔和所述高位爆破孔沿所述顺槽的走向间隔排布，且所述低位爆破孔与所述中位爆破孔以及所述中位爆破孔与所述高位爆破孔的间距范围均为8cm～12cm。

可选地，所述中位爆破孔的高度取所述高位断顶高度与所述低位断顶高度的中位值。

可选地，根据所述顶板条件确定所述爆破孔组中各所述爆破孔的爆破倾角的步骤中，包括：

所述低位爆破孔的爆破倾角范围为0°～5°；

所述中位爆破孔的爆破倾角范围为20°～30°；

所述高位爆破孔的爆破倾角范围为45°～55°。

可选地，所述根据顶板条件确定高位断顶高度和低位断顶高度的步骤中，包括：

确定顶板的直接顶和基本顶，且所述低位断顶高度与所述直接顶的顶部高度一致，所述高位断顶高度与所述基本顶的顶部高度一致。

可选地，所述自顺槽顶部向所述顶板打孔得到所述爆破孔组的步骤前，根据所述顶板条件确定相邻两组爆破孔组的间距，且所述顶板的厚度及硬度越大，相应区域的所述爆破孔组的间距越小。

可选地，所述爆破区位于回采工作面超前区的前端，且与所述回采工作面超前区的距离不小于30m。

可选地，所述向所述爆破孔组内的各爆破孔内装入炸药的步骤中，所述低位爆破孔采用单向聚能爆破方式，爆破方向沿所述低位爆破孔的径向向外，且背离所述顺槽；

其他所述爆破孔采用双向聚能爆破方式，其中一个爆破方向沿所述爆破孔的径向向外，且朝向所述顺槽；另一个爆破方向沿所述爆破孔的径向向外，且背离所述顺槽。

可选地，正式爆破前，先进行爆破试验，且爆破试验过程中，向所述爆破孔组内的各爆破孔内装入炸药的量逐渐增大。

本发明提供的顶板爆破断顶方法能够根据顶板的结构、厚度和硬度等确定爆破孔组中爆破孔的高度、数目以及爆破倾角，相应能够对顶板厚度、顶板爆破后的破碎程度以及顶板的爆破范围进行确定，从而确保对顶板的破断效果，当回采工作面回采至该爆破区时，顶板冒顶几率较小，且该爆破区位于采空区时，能够顺畅垮落卸压。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的顶板爆破断顶方法中采空区、回采工作面、回采工作面超前区、爆破区、爆破孔组以及顺槽的俯视分布示意图；

图2为图1中爆破区沿顺槽走向的剖视图；

图3为图1中爆破区沿顺槽宽度方向的剖视图。

附图标记说明：

10-采空区；20-回采工作面；30-回采工作面超前区；40-爆破区；50-顺槽；60-煤层；100-顶板；110-直接顶；120-基本顶；130-岩层分界线；200-爆破孔组；210-高位爆破孔；220-中位爆破孔；230-低位爆破孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供一种顶板爆破断顶方法，包括以下步骤：根据顶板100条件确定高位断顶高度和低位断顶高度；确定爆破孔组200中爆破孔的数目，且数目至少为两个；根据顶板100条件确定爆破孔组200中各爆破孔的爆破倾角；在爆破区40自顺槽50顶部向顶板100打孔得到爆破孔组200，爆破孔组200中高度最高的为高位爆破孔210，高度最低的为低位爆破孔230，且高位爆破孔210的高度与高位断顶高度一致，低位爆破孔230的高度与低位断顶高度一致；向爆破孔组200内的各爆破孔内装入炸药；起爆炸药。

对回采工作面超前区30前端区域的顶板100进行爆破断顶前，需要对顶板100中岩层的成分、厚度和硬度等进行检测，然后确定爆破孔组200中高位爆破孔210的爆破高度以及低位爆破孔230的爆破高度，其中爆破高度直接决定爆炸孔组能够爆破的顶板100厚度；确定爆破孔组200内爆破孔的数目，且爆破孔的数目大于两个时，其他爆破孔为中位爆破孔220，中位爆破孔220的爆破高度位于低位爆破孔230与高位爆破孔210之间，其中，爆破孔的数目决定爆破孔组200对顶板100的爆破强度以及爆破范围；根据顶板100中岩层的成分、厚度和硬度等确定爆破孔组200中各爆破孔的爆破倾角，具体地，爆破孔的底端位于顺槽50的顶壁，且向上延伸的同时朝向爆破区40延伸，则爆破孔相对其底端所在竖直线朝向爆破区40的倾斜角度为爆破倾角，其中，爆破孔的爆破倾角决定了爆破孔组200对顶板100的爆破范围以及顶板100爆破后的岩块分布，且爆破倾角的设置，能够使爆破孔的爆破范围均位于顶板100上方，避开顺槽50的上方区域，从而提高对顶板100的爆破效果并能够有效减少爆破对顺槽50原有支护造成的破坏。爆破孔组200中爆破孔的数目、高度、爆破倾角确定后，可以对顶板100进行打孔操作，打孔完成后，在各爆破孔内装入炸药，起爆炸药，炸药在爆破孔内爆炸对顶板100产生切割冲击力，从而完成对顶板100的爆破断顶。

则该爆破断顶方法能够根据顶板100的结构、厚度和硬度等确定爆破孔组200中爆破孔的高度、数目以及爆破倾角，相应能够对顶板100厚度、顶板100爆破后的破碎程度以及顶板100的爆破范围进行确定，从而确保对顶板100的破断效果，当回采工作面20回采至该爆破区40时，顶板100冒顶几率较小，且该爆破区40位于采空区10时，能够顺畅垮落卸压。

如图1-图3所示，可以确定每组爆破孔组200中爆破孔的数目为三个，且高度位于高位爆破孔210与低位爆破孔230之间的爆破孔为中位爆破孔220，低位爆破孔230、中位爆破孔220和高位爆破孔210沿顺槽50的走向间隔排布，且低位爆破孔230与中位爆破孔220以及中位爆破孔220与高位爆破孔210的间距范围均为8cm～12cm。爆破孔的数目为三个，且三个爆破孔的长度各不相同，从而对顶板100不同厚度的位置进行爆破，既能够实现对顶板100的有效破断，还能够减少爆破孔较多时对顶板100破断过量情况的发生，且能够减少爆破孔较多对炸药的耗费；此外，三个爆破孔沿顺槽的走向以8cm～12cm间隔排布，从而增大爆破孔组200的爆破范围，且能够减少不同高度的爆破孔之间的干涉。

具体地，本实施例中，上述根据顶板100条件确定爆破孔组200中各爆破孔的爆破倾角的步骤中，包括：确定各爆破孔的底端均位于顺槽50靠近回采工作面超前区一侧的顶壁，且各爆破孔的爆破倾角随高度的增大而增大。如图3所示，三个爆破孔能够对顶板100不同高度、不同层位进行爆破，在爆破孔数目一定的基础上，能够对顶板100的指定区域进行定向爆破，从而提高爆破孔组200对顶板100的爆破充分性；此外，高位爆破孔210的高度最高，相应朝向爆破区40的倾斜角度越大，则三个爆破孔中，高位爆破孔210更靠近顶板100的底壁，顶板100位于高位爆破孔210下方的区域的范围较大，相应地，爆破孔组200对顶板100爆破后，顶板100位于高位爆破孔210下方的区域的完整性较高，从而有效对其上方的碎石等进行支撑，相应较少回采工作面20到达该爆破区40的冒顶灾害，进而提高煤层60回采的安全性。

具体地，图1中仅示出位于左侧的顺槽50相关的爆破区40，且爆破区40内仅示出一组爆破孔组200作为示例，实际操作中，左右两侧的顺槽50相关的区域均能够采用上述顶板100爆破方法，且左右两侧的爆破孔组200的设置可以左右对称设置，也可以沿顺槽的走向依次交错排布。

可选地，本实施例中，根据顶板100条件确定爆破孔组200中各爆破孔的爆破倾角的步骤中，包括：低位爆破孔230的爆破倾角范围可以为0°～5°；中位爆破孔220的爆破倾角范围可以为20°～30°；高位爆破孔210的爆破倾角范围可以为45°～55°。当爆破孔的顶端高度确定后，爆破孔的爆破倾角决定了爆破孔的长度，上述不同爆破孔的爆破倾角范围的设定，在实现不同爆破孔对顶板100的不同高度、顶板100长度方向的不同位置以及顶板100宽度方向的不同位置爆破的基础上，还能够减少爆破倾角过大导致爆破孔长度过长，经济型较低情况的发生，以及高位爆破孔210爆破倾角过大对顶板100的底壁区域爆破过量，导致工作面冒顶情况的发生；此外，还能够减少爆破孔的爆破倾角过小，导致对顶板100宽度方向的爆破范围较小，且对顺槽50原有支护造成破坏情况的发生。较佳地，如图3所示，低位爆破孔230的爆破倾角可以近似为0°；中位爆破孔220的爆破倾角α可以近似为25°；高位爆破孔210的爆破倾角β可以近似为50°。

具体地，中位爆破孔220的高度可以取高位断顶高度与低位断顶高度的中位值。爆破时，高位爆破孔210、中位爆破孔220和低位爆破孔230能够对顶板100的不同高度进行爆破切断，且不同爆破孔的高度差一致，从而提高对顶板100爆破的均匀度，减少局部爆破过量或局部爆破不足现象的发生。

具体地，本实施例中，如图2和图3所示，根据顶板100条件确定高位断顶高度和低位断顶高度的步骤中，包括：确定顶板100的直接顶110和基本顶120，且低位断顶高度与直接顶110的顶部高度一致，高位断顶高度与基本顶120的顶部高度一致。根据顶板100岩层的结构、厚度等确定顶板100的直接顶110和基本顶120(属于现有技术)，其中，直接顶110相较基本顶120质软且厚度较小，低位爆破孔230容纳炸药量较少，爆破能量较低，因此，可以设定高度最低的低位爆破孔230的顶端高度与直接顶110的顶部高度一致，低位爆破孔230内的炸药即可实现对直接顶110所在岩层的爆破；设定高位爆破孔210的顶端高度与直接顶110的顶部高度一致，高位爆破孔210内的炸药能够沿高度方向倾斜贯穿整个顶板100，从而实现对顶板100的有效爆破。此外，中位爆破孔220的高度取低位爆破孔230的高度以及高位爆破孔210高度的中位值，则中位爆破孔220的高度位于基本顶120的中部位置，则能够辅助高位爆破孔210对基本顶120进行爆破处理，从而提高爆破孔组200内炸药对顶板100的充分爆破。具体地，如图2和图3所示，基本顶可以包括多层不同结构的岩层，且不同岩层之间通过岩层分界线130分隔。

本实施例中，自顺槽50顶部向顶板100打孔得到爆破孔组200的步骤前，根据顶板100条件确定相邻两组爆破孔组200的间距，且顶板100的厚度及硬度越大，相应区域的爆破孔组200的间距越小。这里是确定相邻两组爆破孔组200间距的一种具体形式，当顶板100厚度较大或硬度较大时，顶板100的爆破难度增大，因此可以减小相邻两组爆破孔组200的间距，通过增大爆破孔组200数目以提高炸药密度，从而实现对顶板100的有效爆破，相应减少炸药过少导致顶板100爆破效果差情况的发生；当顶板100厚度较小或硬度较小时，顶板100的爆破难度降低，因此可以增大相邻两组爆破孔组200的间距，通过减小爆破孔组200数目以降低炸药密度，在实现对顶板100有效爆破的基础上，减少炸药过量导致顶板100过碎，回采工作面20回采至该区域时容易冒顶，且造成炸药浪费，导致经济型较差情况的发生。具体地，相邻两组爆破孔组200的间距范围可以为10m～30m，当顶板100的厚度较大或硬度较大时，相邻爆破孔组200的间距可以取10m～20m；当顶板100的厚度较小或硬度较小时，相邻爆破孔组200的间距可以取20m～30m。

可选地，本实施例中，正式爆破前，可以先进行爆破试验，且爆破试验过程中，向爆破孔组200内的各爆破孔内装入炸药的量逐渐增大。正式大规模爆破前，可以在爆破区40进行小范围爆破试验，如以单组爆破孔组200或两组爆破孔组200进行爆破试验，现在爆破孔内加入少量的炸药，爆破后对顶板100的爆破切断程度进行检测，若顶板100爆破切断程度较小，则继续进行爆破试验，并增大炸药的装入量，爆破完成后再次对顶板100的爆破切断程度进行检测，如此重复，直至顶板100的爆破切断程度适中，则取该次爆破试验的炸药量进行大范围爆破。

当然，在爆破试验中，还可以对爆破孔组200中爆破孔的爆破倾角以及相邻爆破孔组200的间距进行试验调节，且较佳地，以单变量方法进行试验，以得出适应该顶板100条件的最佳爆破条件；如确定相邻两组爆破孔组200的间距试验时，当爆破孔组200中爆破孔的数目、高度、爆破倾角以及炸药量确定后，相邻两组爆破孔组200的间距可以首先取20m，爆破完成后，检测顶板100爆破切断程度，若顶板100爆破切断程度不够，则缩小两组爆破孔组200的间距再次进行试验；若顶板100爆破切断程度过量，则增大两组爆破孔组200的间距再次进行试验，如此重复，直至顶板100的爆破切断程度适中。

可选地，爆破区40位于回采工作面超前区30的前端，且与回采工作面超前区30的距离不小于30m。将爆破区40设置在回采工作面超前区30前端30m以外的区域，在实现对回采工作面20前端顶板100爆破的基础上，能够有效减少爆破对回采工作面20以及回采工作面超前区30支护的破坏以及对回采工作面20采煤造成的不良影响。

可选地，本实施例中，如图3所示，向爆破孔组200内的各爆破孔内装入炸药的步骤中，低位爆破孔230可以采用单向聚能爆破方式，爆破方向沿低位爆破孔230的径向向外，且背离顺槽50；其他爆破孔采用双向聚能爆破方式，其中一个爆破方向沿爆破孔的径向向外，且朝向顺槽50；另一个爆破方向沿爆破孔的径向向外，且背离顺槽50。以爆破孔组200中设置三个爆破孔为例，其中，低位爆破孔230相对顺槽50的爆破倾角最小，其爆破对顺槽50的影响最大，低位爆破孔230内采用单向就能爆破方式，低位爆破孔230内的炸药爆破时，对顶板100施加背离顺槽50方向的爆破切割力，在实现对顶板100切缝爆破的基础上，有效减少爆破对顺槽50顶板100及其原有支护造成的破坏；中位爆破孔220和高位爆破孔210内均采用双向聚能爆破方式，且两个爆破方向相反，从而有效对顶板100进行沿爆破孔长度方向延伸且径向背离爆破孔的爆破切缝，相应提高对顶板100的切缝爆破效果。此外，采用聚能爆破能够增强定向切缝能力，且对炸药的需求量减少，具有较强的经济性。

最后，还需要说明的是，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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种顶板爆破断顶方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据顶板(100)条件确定高位断顶高度和低位断顶高度；

确定爆破孔组(200)中爆破孔的数目，且数目至少为两个；

根据所述顶板(100)条件确定所述爆破孔组(200)中各所述爆破孔的爆破倾角；

在爆破区(40)自顺槽(50)顶部向所述顶板(100)打孔得到所述爆破孔组(200)，所述爆破孔组(200)中高度最高的为高位爆破孔(210)，高度最低的为低位爆破孔(230)，且所述高位爆破孔(210)的高度与所述高位断顶高度一致，所述低位爆破孔(230)的高度与所述低位断顶高度一致；

向所述爆破孔组(200)内的各爆破孔内装入炸药；

起爆炸药。

2.根据权利要求1所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，所述根据所述顶板(100)条件确定所述爆破孔组(200)中各所述爆破孔的爆破倾角的步骤中，包括：

确定各所述爆破孔的底端均位于所述顺槽(50)靠近回采工作面超前区(30)一侧的顶壁，且各所述爆破孔的爆破倾角随高度的增大而增大。

3.根据权利要求1所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，确定每组所述爆破孔组(200)中爆破孔的数目为三个，且高度位于所述高位爆破孔(210)与所述低位爆破孔(230)之间的所述爆破孔为中位爆破孔(220)，所述低位爆破孔(230)、所述中位爆破孔(220)和所述高位爆破孔(210)沿所述顺槽(50)的走向间隔排布，且所述低位爆破孔(230)与所述中位爆破孔(220)以及所述中位爆破孔(220)与所述高位爆破孔(210)的间距范围均为8cm～12cm。

4.根据权利要求3所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，所述中位爆破孔(220)的高度取所述高位断顶高度与所述低位断顶高度的中位值。

5.根据权利要求3所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，根据所述顶板(100)条件确定所述爆破孔组(200)中各所述爆破孔的爆破倾角的步骤中，包括：

所述低位爆破孔(230)的爆破倾角范围为0°～5°；

所述中位爆破孔(220)的爆破倾角范围为20°～30°；

所述高位爆破孔(210)的爆破倾角范围为45°～55°。

6.根据权利要求1所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，所述根据顶板(100)条件确定高位断顶高度和低位断顶高度的步骤中，包括：

确定顶板(100)的直接顶(110)和基本顶(120)，且所述低位断顶高度与所述直接顶(110)的顶部高度一致，所述高位断顶高度与所述基本顶(120)的顶部高度一致。

7.根据权利要求1所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，所述自顺槽(50)顶部向所述顶板(100)打孔得到所述爆破孔组(200)的步骤前，根据所述顶板(100)条件确定相邻两组爆破孔组(200)的间距，且所述顶板(100)的厚度及硬度越大，相应区域的所述爆破孔组(200)的间距越小。

8.根据权利要求1所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，所述爆破区(40)位于回采工作面超前区(30)的前端，且与所述回采工作面超前区(30)的距离不小于30m。

9.根据权利要求1所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，所述向所述爆破孔组(200)内的各爆破孔内装入炸药的步骤中，所述低位爆破孔(230)采用单向聚能爆破方式，爆破方向沿所述低位爆破孔(230)的径向向外，且背离所述顺槽(50)；

其他所述爆破孔采用双向聚能爆破方式，其中一个爆破方向沿所述爆破孔的径向向外，且朝向所述顺槽(50)；另一个爆破方向沿所述爆破孔的径向向外，且背离所述顺槽(50)。

10.根据权利要求1所述的顶板爆破断顶方法，其特征在于，正式爆破前，先进行爆破试验，且爆破试验过程中，向所述爆破孔组(200)内的各爆破孔内装入炸药的量逐渐增大。

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