CN114034217A

CN114034217A - 一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法

Info

Publication number: CN114034217A
Application number: CN202111425797.6A
Authority: CN
Inventors: 于斌; 邰阳; 匡铁军; 张小荣; 夏彬伟; 孟祥斌; 李永梅; 刘俊余
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-02-11

Abstract

本发明属于矿井坚硬顶板卸压技术领域，具体为一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，解决了背景技术中的技术问题，其包括首先利用高压水枪在钻孔两侧形成初始的定向切槽，其次在钻孔和切槽内填充乳化炸药，爆破后在坚硬顶板内形成定向连续的裂缝面。本发明先机械化水力预切槽定向，随后利用不产生火花的乳化炸药爆炸扩展裂缝，形成定向连续的裂缝面。该方法具有应用范围广、操作简单、安全性高且裂缝定向等优点。

Description

一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法

技术领域

本发明属于矿井坚硬顶板卸压技术领域，具体为一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法。

背景技术

长期以来坚硬顶板是造成煤矿工作面强矿压甚至冲击地压的主要诱因之一，为此国内外学者提出的多种基于造缝切顶的坚硬岩层控制技术，最为常见的技术为水力压裂和聚能爆破。水压致裂的机动性好、安全性高，但是裂缝扩展方向受到采场应力环境、节理裂隙等因素影响，难以定向、易出现窜液现象，无法保证卸压效果；聚能爆破手段操作工艺复杂、安全性低，难以在高瓦斯矿井应用。因此，目前急需一种应用范围广、操作简单且安全性高的定向造缝切顶方法。

发明内容

本发明旨在解决现有坚硬顶板卸压技术中，水力致裂难以定向，容易出现蹿液现象，无法保证卸压效果，聚能爆破工艺复杂，安全性能低的技术问题，提供了一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法。

本发明解决其技术问题采用的技术手段是：一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，包括以下步骤：

步骤一、在巷道靠近煤壁一侧的顶板上向上钻取一排直径为D₁、间距为S₁的钻孔，钻孔的顶端位于厚度为H₁的坚硬顶板中，钻孔在坚硬顶板中的深度为P₁；

步骤二、在钻孔的位于坚硬顶板处的孔段中，沿着相邻钻孔连线方向切割深度为L₁、宽度为L₂的裂缝；

步骤三、采用压力为P₂的泵站将爆速v、爆压为P₃的乳化炸药填充至钻孔的位于坚硬顶板处的孔段中及裂缝；

步骤四、引出导爆索后封孔；

步骤五、引爆导爆索；

步骤六、反复执行步骤一至步骤五进行下一排钻孔施工，直到完成坚硬顶板内所有钻孔间造缝。

本发明先机械化水力预切槽定向，随后利用不产生火花的乳化炸药爆炸扩展裂缝，能形成可控的定向连续的裂缝面。工艺简单、安全性高，卸压效果好。

优选的，步骤一中，钻孔间距S₁与坚硬顶板的普氏系数f、坚硬顶板所处的水平应力σ_x相关：当0<σ_x<8MPa时，S₁＝fS₀₁，式中S₀₁＝0.2m；当8MPa≤σ_x<18MPa时，S₁＝fS₀₂，式中S₀₂＝0.18m；当18MPa≤σ_x<30MPa时，S₁＝fS₀₃，式中S₀₃＝0.16m；当σ_x≥30MPa时，S₁＝fS₀₄，式中S₀₄＝0.15m。这是为了保证不同顶板条件和应力环境下，钻孔间的裂缝能够完全贯彻，同时最大程度的控制水力切割和爆破的成本。

优选的，步骤一中，钻孔直径D₁与坚硬顶板的单轴抗压强度σ相关：当0<σ<50MPa时，D₁＝42mm；当50MPa≤σ<100MPa时，D₁＝60mm；当σ≥100MPa时，D₁＝75mm。这是保证在不同类型的顶板下，钻孔间的裂缝能够贯彻，同时确保钻孔和炸药之间的耦合效果。

优选的，步骤一中，钻孔在坚硬顶板中的深度P₁与坚硬顶板厚度H₁相关：P₁＝(0.75～0.85)H₁。这是保证爆破产生的高压气体不会在层间溢出，同时到裂缝面能贯彻的目的。

优选的，步骤二中，裂缝的深度L₁、宽度L₂与坚硬顶板所处的水平应力σ_x相关，关系如下：当0<σ_x<10MPa时，L₁≥0.15m、L₂≥10mm；当10MPa≤σ_x<15MPa时，L₁≥0.25m、L₂≥12mm；当σ_x≥15MPa时，L₁≥0.3m、L₂≥15mm。这是为了保证不同应力环境下，水力切割形成的裂缝能够对爆破起到导向作用。

优选的，步骤二中，采用高压切缝枪进行切割裂缝。高压切缝枪的切割效率高、成本低，同时易操作。

优选的，步骤三中，采用泵站的压力P₂＝(5～5.8)MPa。这是为了保证乳化炸药能顺得泵送到孔底。

优选的，乳化炸药的爆速v＝(2500～4500)m/s。这是为了进一步保证爆破能够产生足够的围岩损伤。

优选的，乳化炸药的爆压P₃与坚硬顶板的单轴抗拉强度σ_t相关：当0<σ_t<2.5MPa时，P₃≥4GPa；当2.5MPa≤σ_t<8MPa时，P₃≥8GPa；当σ_t≥8MPa时，P₃≥10GPa。这是为了保证钻孔间的裂缝能完全贯穿。

本发明的有益效果是：本发明先机械化水力预切槽定向，随后利用不产生火花的乳化炸药爆炸扩展裂缝，形成定向连续的裂缝面。该方法具有应用范围广、操作简单、安全性高且裂缝定向等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为本发明所述一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法的工艺示意图。

图2为本发明所述钻孔及裂缝的平面结构示意图。

图3为本发明对所述钻孔及裂缝进行注入乳化炸药的示意图。

图中：1、钻孔；2、坚硬顶板；3、裂缝；4、乳化炸药；5、导爆索；6、泵站。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

晋能控股集团塔山矿某工作面为例，该工作面的上覆存在一层厚度为20m，单轴抗压强度为75MPa，普氏系数f为7.5，抗拉强度为6.2MPa，坚硬顶板2所处的水平应力为11.2MPa；采用本发明所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法在该工作面进行造缝切顶，包括以下步骤：

步骤一、在巷道靠近煤壁一侧的顶板上向上钻取一排直径为60mm、间距为0.675m的钻孔1，钻孔1的顶端位于厚度为20m的坚硬顶板2中，钻孔1在坚硬顶板2中的深度为16m；

步骤二、在钻孔1的位于坚硬顶板2处的孔段中，沿着相邻钻孔1连线方向切割深度为0.25m、宽度为12mm的裂缝3；

步骤三、采用压力为5MPa的泵站6将爆速3000m/s、爆压为8GPs的乳化炸药4填充至钻孔1的位于坚硬顶板2处的孔段中及裂缝3；

步骤四、引出导爆索5后封孔；

步骤五、引爆导爆索5；

步骤六、反复执行步骤一至步骤五进行下一排钻孔1施工，直到完成坚硬顶板2内所有钻孔1间造缝。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在巷道靠近煤壁一侧的顶板上向上钻取一排直径为D₁、间距为S₁的钻孔(1)，钻孔(1)的顶端位于厚度为H₁的坚硬顶板(2)中，钻孔(1)在坚硬顶板(2)中的深度为P₁；

步骤二、在钻孔(1)的位于坚硬顶板(2)处的孔段中，沿着相邻钻孔(1)连线方向切割深度为L₁、宽度为L₂的裂缝(3)；

步骤三、采用压力为P₂的泵站(6)将爆速v、爆压为P₃的乳化炸药(4)填充至钻孔(1)的位于坚硬顶板(2)处的孔段中及裂缝(3)；

步骤四、引出导爆索(5)后封孔；

步骤五、引爆导爆索(5)；

步骤六、反复执行步骤一至步骤五进行下一排钻孔(1)施工，直到完成坚硬顶板(2)内所有钻孔(1)间造缝。

2.根据权利要求1所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，步骤一中，钻孔(1)间距S₁与坚硬顶板(2)的普氏系数f、坚硬顶板(2)所处的水平应力σ_x相关：当0<σ_x<8MPa时，S₁＝fS₀₁，式中S₀₁＝0.2m；当8MPa≤σ_x<18MPa时，S₁＝fS₀₂，式中S₀₂＝0.18m；当18MPa≤σ_x<30MPa时，S₁＝fS₀₃，式中S₀₃＝0.16

m；当σ_x≥30MPa时，S₁＝fS₀₄，式中S₀₄＝0.15m。

3.根据权利要求2所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，步骤一中，钻孔(1)直径D₁与坚硬顶板(2)的单轴抗压强度σ相关：当0<σ<50MPa时，D₁＝42mm；当50MPa≤σ<100MPa时，D₁＝60mm；当σ≥100MPa时，D₁＝75mm。

4.根据权利要求3所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，步骤一中，钻孔(1)在坚硬顶板(2)中的深度P₁与坚硬顶板(2)厚度H₁相关：P₁＝(0.75～0.85)H₁。

5.根据权利要求1所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，步骤二中，裂缝(3)的深度L₁、宽度L₂与坚硬顶板(2)所处的水平应力σ_x相关，关系为：当0<σ_x<10MPa时，L₁≥0.15m、L₂≥10mm；当10MPa≤σ_x<15MPa时，L₁≥0.25m、L₂≥12mm；当σ_x≥15MPa时，L₁≥0.3m、L₂≥15mm。

6.根据权利要求5所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，步骤二中，采用高压切缝枪进行切割裂缝(3)。

7.根据权利要求1所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，步骤三中，采用泵站(6)的压力P₂＝(5～5.8)MPa。

8.根据权利要求7所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，乳化炸药(4)的爆速v＝(2500～4500)m/s。

9.根据权利要求8所述的一种基于切槽的乳化炸药爆破定向造缝切顶方法，其特征在于，乳化炸药(4)的爆压P₃与坚硬顶板(2)的单轴抗拉强度σ_t相关：当0<σ_t<2.5MPa时，P₃≥4GPa；当2.5MPa≤σ_t<8MPa时，P₃≥8GPa；当σ_t≥8MPa时，P₃≥10GPa。