CN113739655A - 一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，可以结合临空巷道控制范围内取芯孔及采空区探查孔组结果、施工工艺及施工水平等情况，确定出适用于该控制范围的合理顶板预裂爆破参数，施工后能够有效切断相邻工作面采空区顶板悬臂梁附近的顶板，有效减弱爆破层位动载影响，减少相邻采空区顶板悬臂梁长度，避免弹性能的集聚与传播、阻断应力传递路径，降低临空巷道应力集中程度，工作面回采期间受到相邻采空区、大煤柱及其上覆坚硬厚砂岩组等多因素耦合作用的影响将大幅度减弱，对工作面安全回采有利，提高了巷道稳定性，有利于冲击地压工作面安全回采。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域，具体为一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法。
背景技术
近些年，煤炭资源开采逐步向西部、深部发展，特别是部分西部矿井建设初期，将浅埋条件下的双巷掘进、大煤柱、单区布置、集约化生产等模式移植到中深部矿区，实际生产过程中出现了冲击地压问题，临空巷道面临的应力集中问题成为矿井安全生产丞待解决的重点，成为煤矿冲击地压问题的重要影响因素，经过近几年，冲击地压矿井逐渐形成坚持“区域先行、局部跟进”的原则，在采取区域措施基础上，选择煤层钻孔卸压、煤层爆破卸压、煤层注水、顶板爆破预裂、顶板水力致裂、底板钻孔或爆破卸压等至少一种有针对性、有效的局部防冲措施。而临空巷道出现应力集中的主要原因便是相邻采空区、大煤柱及其上覆坚硬厚砂岩组等多因素耦合作用造成的，为了降低应力集中程度，关键应从临空巷道对相邻工作面采空区顶板悬臂梁附近的顶板进行处理，避免弹性能的集聚与传播、阻断应力传递路径，因此，冲击地压工作面提前采用顶板爆破预裂对工作面安全回采有利。
然而目前矿井勘探精度并不能覆盖每个工作面，实际生产过程中工作面顶板岩层变化较大，仅根据邻近钻孔顶板岩层柱状图不足以指导临空巷道顶板爆破参数，如何探查清楚采空区情况，确定出合理的爆破钻孔方位、倾角、长度、装药量、封孔长度等爆破参数，对工作面安全高效生产具有重要的意义。
发明内容
针对现有技术中存在无法清楚采空区情况，并确定出合理的爆破钻孔方位、倾角、长度、装药量、封孔长度等爆破参数的问题，本发明提供一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，可以有效地解决临空巷道顶板预裂爆破参数确定问题，根据取芯孔及工作面实际情况，确定出合理的爆破参数。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，包括以下步骤：
步骤1，根据工作面切眼与停采线之间的垂距得到走向长度FL，将工作面走向长度FL划分控制范围L1、控制范围L2...控制范围Ln；根据临空巷道与采空区之间的间距得到区段煤柱宽度X；
步骤2，在控制范围L1中部设置取芯孔CH；并在取芯孔CH的周边朝向采空区3方向布置一组采空区探查孔组PH；
步骤3，根据采空区探查孔组PH的施工过程中实际反水情况或施工后顶板窥视结果推测采空区侧向悬顶线S，并根据采空区侧向悬顶线S得到爆破设计线S*；
步骤4，通过取芯孔CH探查的顶板岩层结构及采空区侧向悬顶线S对应的岩层悬落长度得到第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn，并测得第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H；
步骤5，结合区段煤柱宽度X、采空区侧向悬顶线S、爆破设计线S*、第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn以及第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H，通过约束条件得到控制范围L1顶板爆破参数；
步骤6，控制范围L2...控制范围Ln分别重复步骤2-5，得到整条临空巷道的顶板爆破参数。
优选的，步骤2中，取芯孔CH在控制范围L1中部根据临空巷道中的硐室进行确定。
优选的，步骤2中，一组采空区探查孔组PH布置在临空巷道煤柱帮一侧，垂直于临空巷道走向。
进一步的，一组采空区探查孔组PH包括第一探查孔、第二探查孔、第三探查孔和第四探查孔，其中，第一探查孔倾角为25°；第二探查孔倾角为35°；第三探查孔倾角为45°；第四探查孔倾角为60°。
优选的，步骤3中，采空区侧向悬顶线S平移得到爆破设计线S*。
优选的，步骤4中，第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn的厚度均大于8m的厚硬砂岩组。
优选的，步骤5中，通过约束条件得到的顶板爆破参数包括爆破孔的参数和装药段额参数以及封孔长度SL，其中爆破孔的参数包括爆破孔倾角α、爆破孔深HD；装药段的参数包括装药段长度CL。
优选的，步骤5中，约束条件包括爆破孔的孔底靠近通过采空区侧向悬顶线S平移得到的爆破设计线S*处；装药段的底部距离临空巷道的垂高大于10m；爆破孔倾角α小于最大爆破孔倾角α；爆破孔孔深HD小于最大爆破孔孔深HD；装药段长度CL小于最大装药段长度；封孔长度SL大于1/3倍的爆破孔深深度；装药段覆盖第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供了一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，可以结合临空巷道控制范围内取芯孔及采空区探查孔组结果、施工工艺及施工水平等情况，确定出适用于该控制范围的合理顶板预裂爆破参数，施工后能够有效切断相邻工作面采空区顶板悬臂梁附近的顶板，有效减弱爆破层位动载影响，减少相邻采空区顶板悬臂梁长度，避免弹性能的集聚与传播、阻断应力传递路径，降低临空巷道应力集中程度，工作面回采期间受到相邻采空区、大煤柱及其上覆坚硬厚砂岩组等多因素耦合作用的影响将大幅度减弱，对工作面安全回采有利，提高了巷道稳定性，有利于冲击地压工作面安全回采。
附图说明
图1为本发明的控制范围划分示意图图；
图2为本发明的取芯孔及采空区探查孔位置示意图；
图3为本发明的采空区探查孔布置示意图；
图4为本发明的顶板预裂爆破孔示意图；
图5为本发明实施例中的控制范围划分示意图；
图6为本发明实施例中取芯孔及采空区探查孔示意图；
图7为本发明实施例中顶板预裂爆破孔示意图。
图中：1-临空巷道；2-区段煤柱；3-采空区；4-工作面切眼；5-停采线；FL-工作面走向长度；CH-取芯孔；PH-采空区探查孔组；S-采空区侧向悬顶线；S*-爆破设计线；X-区段煤柱宽度；α-爆破孔倾角；HD-爆破孔深；CL-装药段长度；SL-封孔长度。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明一个实施例中，提供了一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，可以有效地解决临空巷道顶板预裂爆破参数确定问题，根据取芯孔及工作面实际情况，确定出合理的爆破参数。
具体的，该冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，包括以下步骤：
步骤1，根据工作面切眼4与停采线5之间的垂距得到走向长度FL，将工作面走向长度FL划分控制范围L1、控制范围L2...控制范围Ln；根据临空巷道1与采空区3之间的间距得到区段煤柱宽度X；
步骤2，在控制范围L1中部设置取芯孔CH；并在取芯孔CH的周边朝向采空区3方向布置一组采空区探查孔组PH；
具体的，取芯孔CH位置需要结合工作面走向长度FL划分控制范围L1、控制范围L2...控制范围Ln确定，例如，临空巷道总长度为500m，n＝QUOTIENT(FL，500)，其中，QUOTIENT表示整数商，即n为临空巷道总长度除以工作面走向长度所得的整数商；控制范围L1、控制范围L2...控制范围Ln需根据临空巷道实际情况在500m基础上调整MOD(FL，500)，其中，MOD表示求余函数，即FL的长度和500做除法运算后的余数，最终，FL＝L1+L2+...+Ln，取芯孔CH的位置位于控制范围L1中部，具体位置可根据临空巷道中硐室等具体情况确定，取芯孔CH的孔深及角度需要根据工作面附近的综合柱状图初步确定。
具体的，一组采空区探查孔组PH布置在临空巷道1煤柱帮一侧，垂直于临空巷道1走向，一组采空区探查孔组PH包括第一探查孔、第二探查孔、第三探查孔和第四探查孔，其中，第一探查孔倾角为25°；第二探查孔倾角为35°；第三探查孔倾角为45°；第四探查孔倾角为60°。
步骤3，根据采空区探查孔组PH的施工过程中实际反水情况或施工后顶板窥视结果推测采空区侧向悬顶线S，并根据采空区侧向悬顶线S得到爆破设计线S*；
具体的，采空区侧向悬顶线S平移得到爆破设计线S*。
步骤4，通过取芯孔CH探查的顶板岩层结构及采空区侧向悬顶线S对应的岩层悬落长度得到第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn，并测得第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H；
具体的，第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn的厚度均大于8m的厚硬砂岩组。
步骤5，结合区段煤柱宽度X、采空区侧向悬顶线S、爆破设计线S*、第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn以及第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H，通过约束条件得到控制范围L1顶板爆破参数；
具体的，通过约束条件得到的顶板爆破参数包括爆破孔的参数和装药段额参数以及封孔长度SL，其中爆破孔的参数包括爆破孔倾角α、爆破孔深HD；装药段的参数包括装药段长度CL。
其中，约束条件包括爆破孔的孔底靠近通过采空区侧向悬顶线S平移得到的爆破设计线S*处；装药段的底部距离临空巷道1的垂高大于10m；爆破孔倾角α小于最大爆破孔倾角α；爆破孔孔深HD小于最大爆破孔孔深HD；装药段长度CL小于最大装药段长度；封孔长度SL大于1/3倍的爆破孔深深度；装药段覆盖第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn。
步骤6，控制范围L2...控制范围Ln分别重复步骤2-5，得到整条临空巷道1的顶板爆破参数。
根据图1所示，顶板预裂爆破孔布置在临空巷道1中，根据工作面实际情况，将工作面沿走向划分为n个控制范围(L1、L2...Ln)，区段煤柱2的宽度为X。
根据图2所示，在控制范围L1中部位置5选取取芯孔CH。
根据图3所示，在位置5中取芯孔CH附近布置一组采空区探查孔PH，其中一组采空区探查孔组PH包括第一探查孔、第二探查孔、第三探查孔和第四探查孔，根据探查孔PH施工过程中实际反水情况或施工后顶板窥视结果推测采空区侧向悬顶线S。采空区侧向悬顶线S为通过探查孔PH施工过程中不反水点拟合形成的曲线，或通过探查孔PH施工后顶板窥视出的裂隙点拟合形成的曲线。通过取芯孔CH探查的顶板岩层结构及采空区侧向悬顶线S对应的岩层悬落长度，得到第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn(n≥1)；
根据图4所示，结合区段煤柱宽度X、采空区侧向悬顶线S、爆破设计线S*、第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn以及第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H，设计出符合约束条件的顶板爆破参数(爆破孔倾角α、孔深HD、装药长度CL、封孔长度SL)。此外，在保证约束条件的基础上，爆破孔倾角α和孔深HD尽量取小，以便于爆破施工。
本发明中所提供的一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，工作面回采前，在钻孔控制范围L1中部布置取芯孔CH，用于确定控制范围L1顶板岩层结构；在取芯孔附近布置一组采空区探查孔PH，其中一组采空区探查孔组PH包括第一探查孔、第二探查孔、第三探查孔和第四探查孔，根据探查孔PH施工过程中实际反水情况或施工后顶板窥视结果推测采空区侧向悬顶线S。通过取芯孔CH探查的顶板岩层结构及采空区侧向悬顶线S对应的岩层悬落长度，得到第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn(n≥1)；结合区段煤柱宽度X、采空区侧向悬顶线S、爆破设计线S*、第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn以及第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H1、H2...Hm、爆破孔可施工最大倾角αmax、最大孔深HDmax及最大装药长度CLmax；根据约束条件确定出顶板爆破参数(爆破孔倾角α、孔深HD、装药长度CL、封孔长度SL)；控制范围L2...控制范围Ln分别重复控制范围L1顶板爆破参数的步骤，得到整条临空巷道1的顶板爆破参数。
实施例
鄂尔多斯地区某矿工作面煤层埋深600m左右，煤层平均厚度为6m，煤层顶板岩性以砂质泥岩、粉砂岩为主，其次为细粒砂岩；工作面走向长度1234m，区段煤柱宽度25m，设计临空巷道顶板爆破方案步骤如下：
工作面走向长度FL为1234m，划分控制范围L1为600m、控制范围L2为634m，如图5所示，结合工作面实际情况，在控制范围L1中部14号联巷附近施工取芯孔CH和一组采空区探查孔PH，如图6所示，此处采空区侧向悬顶线S为探查孔PH施工过程中不反水点拟合形成的曲线，爆破设计线S*位于采空区侧向悬顶线S以外5m处。
通过一组采空区探查孔组PH探查的顶板岩层结构及采空区侧向悬顶线S对应的岩层悬落长度，得到第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn以及第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H1、H2...Hm。
结合区段煤柱宽度25m、采空区侧向悬顶线S、爆破设计线S*、第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn以及第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H1、H2...Hm，爆破孔可施工最大倾角αmax＝56°，最大孔深HDmax＝70m，最大装药长度CLmax＝30m，根据约束条件确定出控制范围L1的顶板爆破参数，顶板爆破如图7所示，顶板爆破参数如表1所示：
表1控制范围L1顶板爆破参数
综上所述，本发明提供了一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，可以合理地确定临空巷道顶板预裂爆破参数，施工后能够有效切断相邻工作面采空区顶板悬臂梁附近的顶板，避免弹性能的集聚与传播、阻断应力传递路径，降低临空巷道应力集中程度，提高了巷道稳定性，有利于冲击地压工作面安全回采。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据工作面切眼(4)与停采线(5)之间的垂距得到走向长度FL，将工作面走向长度FL划分控制范围L1、控制范围L2...控制范围Ln；根据临空巷道(1)与采空区(3)之间的间距得到区段煤柱宽度X；
步骤2，在控制范围L1中部设置取芯孔CH；并在取芯孔CH的周边朝向采空区3方向布置一组采空区探查孔组PH；
步骤3，根据采空区探查孔组PH的施工过程中实际反水情况或施工后顶板窥视结果推测采空区侧向悬顶线S，并根据采空区侧向悬顶线S得到爆破设计线S*；
步骤4，通过取芯孔CH探查的顶板岩层结构及采空区侧向悬顶线S对应的岩层悬落长度得到第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn，并测得第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H；
步骤5，结合区段煤柱宽度X、采空区侧向悬顶线S、爆破设计线S*、第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn以及第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn相邻之间的垂距H，通过约束条件得到控制范围L1顶板爆破参数；
步骤6，控制范围L2...控制范围Ln分别重复步骤2-5，得到整条临空巷道(1)的顶板爆破参数。
2.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，其特征在于，步骤2中，取芯孔CH在控制范围L1中部根据临空巷道(1)中的硐室进行确定。
3.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，其特征在于，步骤2中，一组采空区探查孔组PH布置在临空巷道(1)煤柱帮一侧，垂直于临空巷道(1)走向。
4.根据权利要求3所述的一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，其特征在于，一组采空区探查孔组PH包括第一探查孔、第二探查孔、第三探查孔和第四探查孔，其中，第一探查孔倾角为25°；第二探查孔倾角为35°；第三探查孔倾角为45°；第四探查孔倾角为60°。
5.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，其特征在于，步骤3中，采空区侧向悬顶线S平移得到爆破设计线S*。
6.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，其特征在于，步骤4中，第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn的厚度均大于8m的厚硬砂岩组。
7.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，其特征在于，步骤5中，通过约束条件得到的顶板爆破参数包括爆破孔的参数和装药段额参数以及封孔长度SL，其中爆破孔的参数包括爆破孔倾角α、爆破孔深HD；装药段的参数包括装药段长度CL。
8.根据权利要求1所述的一种冲击地压矿井临空巷道顶板预裂爆破方法，其特征在于，步骤5中，约束条件包括爆破孔的孔底靠近通过采空区侧向悬顶线S平移得到的爆破设计线S*处；装药段的底部距离临空巷道(1)的垂高大于10m；爆破孔倾角α小于最大爆破孔倾角α；爆破孔孔深HD小于最大爆破孔孔深HD；装药段长度CL小于最大装药段长度；封孔长度SL大于1/3倍的爆破孔深深度；装药段覆盖第一影响关键岩层K1、第二影响关键岩层K2...第n影响关键岩层Kn。
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