CN113339071A - 一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法 - Google Patents

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Abstract

一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，先确定爆破孔的位置以及相应参数，再对爆破孔进行封孔，当封孔质量合格后，注入高压水至出现破坏，记录注水参数；然后对封孔区域重新钻开、放置炸药、封孔、爆破；在预测的爆破破坏半径范围基础上，设置若干位置不等的探测孔，重新对爆破孔进行封孔、注水，并记录相应的注水参数、探测孔的出水参数；最后根据爆破前后注水参数的变化、探测孔的出水参数评估顶板预裂爆破损伤程度和范围。本探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，简单易操作，不仅对爆破损伤程度的定量评价，而且实现对爆破损伤范围的探测，探测成本低，避免传统方法易受到井下复杂条件影响。

Description

一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采和煤矿安全技术领域，具体涉及一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法。
背景技术
近年来，我国煤炭资源开采逐渐向深部发展，面临的冲击矿压问题越来越严重，厚硬顶板是许多矿井发生冲击矿压灾害的主控因素。
顶板预裂爆破能够改变岩体物理和力学性质，使顶板能够及时垮落，有效降低冲击地压危险，因此被广泛应用于各冲击矿压矿井。但目前对于顶板预裂爆破措施的参数设计主要依靠经验为主，然而影响预裂爆破效果的因素众多，包括岩石性质、炸药参数、装药参数和装药结构等。因此仅凭经验设计顶板预裂爆破参数不能满足现场需求，需要对顶板预裂爆破损伤程度和范围进行现场探测。
目前对顶板预裂爆破损伤程度和范围的探测手段单一，其中钻孔窥视技术为常用技术之一，但该技术仅能观察孔壁周围裂隙发育，而对岩石在爆破作用下内部产生的裂缝无法探测，并且该技术容易受到井下复杂条件影响，比如在高温、窥视孔径大、孔内未清理干净等条件下，窥视效果较差，因此该方法具有一定的局限性。
发明内容
本发明提供一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，简单易操作，不仅对爆破损伤程度进行定量评价，而且实现对爆破损伤范围的探测，探测成本低，结果可靠，避免传统方法易受到井下复杂条件影响。
为实现上述目的，本一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，具体包括以下步骤：
S1，首先确定顶板预裂爆破孔的位置、爆破孔参数以及装药参数；
S2，对顶板进行爆破孔施工，将高压水管的一端布置在爆破孔的孔底位置、高压水管的另一端与高压注水系统连接，再对爆破孔进行封孔，使其与孔底形成隔离段，启动高压注水系统，高压水注入至隔离段内检测封孔质量；
S3，当封孔质量合格后，继续注入高压水，观察注水压力变化情况，当顶板岩层在高压水作用开始出现破坏时，停止注水，并记录注水参数；
S4，采用钻孔设备对封孔区域重新钻开，先将炸药装入爆破孔的隔离段，再重新进行封孔并完成爆破；
当完成对顶板预裂爆破后，采用钻孔设备对封孔重新钻开并清理干净；
S5，预测爆破破坏半径，并在爆破破坏半径范围的基础上，在爆破孔的周围区域设置若干位置不等的用于爆破损伤探测的探测孔，探测孔的钻孔参数与爆破孔参数保持完全一致；
S6，对爆破后的爆破孔重复步骤S2和步骤S3，记录相应的注水参数、探测孔的出水参数；
S7，根据爆破前后注水参数的变化、探测孔的出水参数评估顶板预裂爆破损伤程度和范围。
进一步的，步骤S1中爆破孔参数主要包括爆破孔长度L、爆破孔直径D、爆破孔倾角θ；装药参数主要包括炸药类型、装药半径、装药长度和封孔长度。
进一步的，步骤S2中封孔长度为从装药底端向着孔口处的为2-3m，封孔的方式采用水泥药卷；
步骤S4中封孔长度为从装药底端至孔口。
进一步的，步骤S5中的爆破破坏半径为120-150倍的装药半径。
进一步的，步骤S5中若干探测孔以爆破孔为中心逆时针角度均匀旋转布置，并且每个探测孔到爆破孔的距离依次均匀增加。
进一步的，所述探测孔为7个，分别为Z1-Z7；
Z1位于爆破孔B的正左方，Z2相对Z1逆时针旋转30°，并到爆破孔B的距离为0.9m，Z3相对Z1逆时针旋转60°，并到爆破孔B的距离为1.2m，直至最后一个Z7相对Z1逆时针旋转180°位于爆破孔位置B点正右方，并且到爆破孔B的距离为2.4m。
进一步的，所述步骤S7中注水参数包括最大注水压力、注水流量和注水时间；
所述出水参数包括出水时间、出水水速和流量；
进一步的，步骤S7中用爆破损伤系数K评价爆破损伤程度，其计算公式为：
Figure BDA0003149819100000031
式中，P1为爆破前最大注水压力，P2为爆破后注水压力波动值。
与现有技术相比，本一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，由于通过对爆破前与爆破后隔离段中注入高压水相关参数的变化进行对比，实现对爆破损伤程度的定量评价；通过以爆破孔为中心逆时针角度均匀旋转布置多个探测孔，并且每个探测孔到爆破孔的距离依次均匀增加，利用注水时每个探测孔内的出水参数，实现对爆破损伤范围的探测；
由于采用高压水作为探测材料，容易获取且价格便宜，探测成本低，结果可靠，避免传统方法易受到井下复杂条件影响，并且在顶板预裂爆破后对爆破孔注入高压水的过程中，利用高压水的冲击作用有效清除爆破孔内粉碎区的碎石，同时促进爆破孔周围岩石的裂隙区域在高压水重复冲击作用下进一步扩展和发育，增强爆破孔周围岩石的损伤程度和范围，提高顶板预裂爆破效果，更适用于冲击矿压矿井中爆破损伤程度的评价。
附图说明
图1是本发明中爆破孔封孔和向隔离段注高压水示意图；
图2是本发明中爆破前爆破孔注水压力变化示意图；
图3是本发明中爆破后爆破孔注水压力变化示意图；
图4是本发明中爆破损伤探测孔布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，具体包括以下步骤：
S1，首先确定顶板预裂爆破孔的位置、爆破孔参数以及装药参数；
如图1所示，爆破孔的位置可根据实际试验顶板预裂的爆破位置进行选择；
其中，爆破孔参数主要包括爆破孔长度L、爆破孔直径D、爆破孔倾角θ；装药参数主要包括炸药类型、装药半径、装药长度L1和封孔长度L2。
S2，对顶板进行爆破孔施工，并且将一条高压水管布置在爆破孔内，高压水管的一端位于爆破孔的孔底位置、另一端与高压注水系统连接，再对爆破孔进行封孔，使其与孔底形成隔离段，启动高压注水系统，高压水注入至隔离段内检测封孔质量；
优选的，封孔的位置为爆破孔装药底端距离孔口L2位置处，具体的为从装药底端向着孔口处的为2-3m，封孔的方式采用水泥药卷；
当检测封孔质量时，即保障隔离段处于相对密封状态，高压注水系统将高压水通过高压水管注入至爆破孔的孔底(终点)位置，观察爆破孔口是否流水，确定封孔质量。比如发现爆破孔口有流水，说明封孔质量不合格，需重新封孔或者相应加大封孔长度；如果孔口没有流水，说明封孔质量合格，则进行下一步；
S3，当封孔质量合格后，继续注入高压水，观察注水压力变化情况，隔离段注满水前，注水压力处于稳定波动状态，隔离段注满水后，注水压力快速增加，当顶板岩层在高压水作用开始出现破坏时，主要表现为注水压力突然下降或者现场可以听到顶板岩层有微破裂声响，此时停止注水，并记录注水参数，如图2所示；
S4，采用钻孔设备对封孔区域重新钻开，先将炸药装入爆破孔的隔离段，再重新进行封孔并完成爆破；当完成对顶板预裂爆破后，采用钻孔设备对封孔重新钻开并清理干净；
优选的，此时封孔需从装药底端封至孔口，有效避免因爆破时爆轰波强度大造成爆破时对巷道较大的破坏程度；
S5，在爆破孔的位置周围区域设置若干位置不等的爆破损伤探测孔，探测孔的钻孔参数与爆破孔参数保持完全一致，包括钻孔长度、钻孔直径和钻孔倾角；
进一步的，预测爆破破坏半径，其数值一般为120-150倍的装药半径，因此可根据实际爆破参数大概确定爆破破坏半径范围；
在爆破破坏半径范围的基础上，在爆破孔的位置周围区域设置若干位置不等的用于爆破损伤探测的探测孔，比如在爆破孔下半区(水平向下位置)设置探测孔；
优选的，若干探测孔以爆破孔为中心逆时针角度均匀旋转布置，并且每个探测孔到爆破孔的距离依次均匀增加。
S6，对爆破后的爆破孔重复步骤S2和步骤S3，记录相应的注水参数，观察并记录探测孔的出水参数，如图3所示；
S7，根据爆破前后注水参数的变化、探测孔的出水参数评估顶板预裂爆破损伤程度和范围。
如图4所示，爆破孔的位置周围区域为180°的区域，即在爆破孔的正左方(180°)开始逆时针旋转角度均匀变化的布置一个探测孔，直至爆破孔的正右方(0°)，并且探测孔到爆破孔的距离依次均匀增加，可以理解为相邻探测孔到爆破孔的距离变化相同；
爆破孔的位置为B点，探测孔Z点的位置可选择为7处，分别为Z1-Z7，Z1位于爆破孔B的正左方，并且其之间距离为0.6m，Z2相对Z1逆时针旋转30°，并到爆破孔B的距离为0.9m，Z3相对Z1逆时针旋转60°，并到爆破孔B的距离为1.2m，直至最后一个Z7相对Z1逆时针旋转180°位于爆破孔位置B点正右方，并且到爆破孔B的距离为2.4m；
上述实施例1为一般性方案，可根据理论计算结果进行调整相应的参数，比如旋转角度、到爆破孔位置的距离，但设计方案中探测孔和爆破孔的间距应该覆盖理论计算爆破破坏半径的范围。
如图2、图3所示，对于顶板预裂爆破损伤程度和范围的评价具体如下；
在爆破前进行步骤S3中，当顶板岩层在高压水作用开始出现破坏时，记录的注水参数包括最大注水压力P1、注水流量Q1和注水时间T1。
在爆破后进行步骤S2和步骤S3中，记录注水参数包括最大注水压力P2，注水流量Q2和注水时间T2，此时由于爆破的作用，顶板将出现预裂痕迹，最大注水压力P2趋向于稳定的注水压力波动值；
对比爆破前后注水压力变化，此时可以用爆破损伤系数K评价爆破损伤程度；
Figure BDA0003149819100000051
式中，P1为爆破前最大注水压力，P2为爆破后注水压力波动值。
当K值较大时，说明爆破损伤程度较大，K值较小时，爆破损伤程度较小；
并且当爆破完成后时，爆破孔周围存在探测孔出水现象，则说明爆破孔与探测孔存在宏观裂隙且相互贯通，观察各个探测孔出水情况，比如在步骤S6中，统计各个探测孔的出水参数，包括每个探测孔的出水时间t、出水水速v和流量q，可以判断爆破孔周围不同方向的岩石破坏程度，探测孔出水时间t越早，出水水速v和流量q越大，探测孔与爆破孔间岩体破坏程度越高；
比如通过记录探测孔Z1-Z7的出水参数来判定，当探测孔Z1相对于探测孔Z2的出水时间t越早、出水水速v和流量q越大时，说明探测孔Z1与爆破孔B之间比探测孔Z2与爆破孔B之间岩体破坏程度要大；
当爆破前后注水压力变化趋势相同时，即先稳定后快速上升，同时爆破孔周围的探测孔未见流水，如果出现爆破后最大注水压力P2相比爆破前最大注水压力P1有所降低，而注水流量Q2相比注水流量Q1、注水时间T2相对注水时间T1有所增加，则表明爆破孔周围存在裂缝，但未与探测孔贯通，爆破损伤范围较小；
如果出现爆破后最大注水压力P2相比爆破前最大注水压力P1、注水流量Q2相比注水流量Q1、注水时间T2相对注水时间T1变化较小，则说明爆破未对爆破孔周围岩石产生明显破坏，无宏观裂缝产生。
另外，在顶板预裂爆破后对爆破孔注入高压水的过程中，利用高压水的冲击作用有效清除爆破孔内粉碎区的碎石，同时促进爆破孔周围岩石的裂隙区域在高压水重复冲击作用下进一步扩展和发育，增强爆破孔周围岩石的损伤程度和范围，提高顶板预裂爆破效果，相比于传统方法，本方法更适用于冲击矿压矿井中爆破损伤程度的评价。
本一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，通过对顶板预裂爆破前后隔离段中注入高压水相关参数的变化进行对比，实现对爆破损伤程度的定量评价，并利用设置在爆破孔周围不同位置、数量的检测孔，实现对爆破损伤范围的探测，与传统探测方法相比，本发明采用高压水作为探测材料，该材料容易获得且价格便宜，探测成本低，探测结果真实可靠。

Claims (8)

1.一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1，首先确定顶板预裂爆破孔的位置、爆破孔参数以及装药参数；
S2，对顶板进行爆破孔施工，将高压水管的一端布置在爆破孔的孔底位置、高压水管的另一端与高压注水系统连接，再对爆破孔进行封孔，使其与孔底形成隔离段，启动高压注水系统，高压水注入至隔离段内检测封孔质量；
S3，当封孔质量合格后，继续注入高压水，观察注水压力变化情况，当顶板岩层在高压水作用开始出现破坏时，停止注水，并记录注水参数；
S4，采用钻孔设备对封孔区域重新钻开，先将炸药装入爆破孔的隔离段，再重新进行封孔并完成爆破；
当完成对顶板预裂爆破后，采用钻孔设备对封孔重新钻开并清理干净；
S5，预测爆破破坏半径，并在爆破破坏半径范围的基础上，在爆破孔的周围区域设置若干位置不等的用于爆破损伤探测的探测孔，探测孔的钻孔参数与爆破孔参数保持完全一致；
S6，对爆破后的爆破孔重复步骤(S2)和步骤(S3)，记录相应的注水参数、探测孔的出水参数；
S7，根据爆破前后注水参数的变化、探测孔的出水参数评估顶板预裂爆破损伤程度和范围。
2.根据权利要求1所述的一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，其特征在于，步骤(S1)中爆破孔参数主要包括爆破孔长度L、爆破孔直径D、爆破孔倾角θ；装药参数主要包括炸药类型、装药半径、装药长度和封孔长度。
3.根据权利要求2所述的一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，其特征在于，步骤(S2)中封孔长度为从装药底端向着孔口处的为2-3m，封孔的方式采用水泥药卷；
步骤(S4)中封孔长度为从装药底端至孔口。
4.根据权利要求2所述的一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，其特征在于，步骤(S5)中的爆破破坏半径为120-150倍的装药半径。
5.根据权利要求4所述的一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，其特征在于，步骤(S5)中若干探测孔以爆破孔为中心逆时针角度均匀旋转布置，并且每个探测孔到爆破孔的距离依次均匀增加。
6.根据权利要求5所述的一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，其特征在于，所述探测孔为7个，分别为Z1-Z7；
Z1位于爆破孔B的正左方，Z2相对Z1逆时针旋转30°，并到爆破孔B的距离为0.9m，Z3相对Z1逆时针旋转60°，并到爆破孔B的距离为1.2m，直至最后一个Z7相对Z1逆时针旋转180°位于爆破孔位置B点正右方，并且到爆破孔B的距离为2.4m。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，其特征在于，所述步骤(S7)中注水参数包括最大注水压力、注水流量和注水时间；
所述出水参数包括出水时间、出水水速和流量。
8.根据权利要求7所述的一种探测顶板预裂爆破损伤程度和范围的方法，其特征在于，步骤(S7)中用爆破损伤系数K评价爆破损伤程度，其计算公式为：
Figure FDA0003149819090000021
式中，P1为爆破前最大注水压力，P2为爆破后注水压力波动值。
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