CN114183138B - 一种煤层末采钻孔预裂爆破方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特厚煤层末采超大钻孔预裂爆破方法，在特厚煤层中，通过在末采附近的回撤通道布置联络巷与预裂措施巷，在预裂措施巷布置超大深钻孔，随后在工作面回采动压影响到该措施巷前实施爆破放顶，连续放煤回采，直至停采线。本发明从煤层顶板处进行放炮切顶，钻孔长度要求低，施工简单，解决了特厚煤层坚硬顶板卸压困难的问题，极大地提高了切缝效果。该发明不仅提高了煤的冒放性，减少护巷煤柱宽度，末采采出率得到有效提高，同时保护了大巷以及回撤通道的安全性，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及及煤矿井下工作面预裂切顶技术领域，更具体的说是涉及一种煤层末采钻孔预裂爆破方法。
背景技术
我国坚硬顶板矿区分布十分广泛，甚至有些坚硬顶板矿区的煤层厚度可达到特厚煤层级别。但是巨厚的坚硬顶板很难垮落，导致顶板垮落步距过大，引起强烈的矿压显现。在综放开采末采期间，停采线附近，由于顶煤未受到剧烈采动矿山压力影响导致煤层裂隙少、顶煤难以冒放，末采期间放煤率低，造成煤炭资源大量丢失。
为更加高效的回收顶煤，因此通过预裂爆破的方法来使坚硬顶板垮落，减低回采动压的传递，以保护大巷围岩。对于特厚煤层，由于煤层厚度过厚，厚度超过15m，如果从工作面直接向上布置钻孔进行爆破，钻孔需穿过厚厚的煤层，随后才能钻入厚硬的坚硬顶板，导致岩层中钻孔长度降低，爆破效果不好，而且此种办法施工困难，钻孔长度的加长加大了送药难度。
因此，提供一种煤层末采钻孔预裂爆破方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种煤层末采钻孔预裂爆破方法，具有钻孔施工难度小容易布置、切顶效果好、末采采出率高、保护大巷稳定性等优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种煤层末采钻孔预裂爆破方法，具体包括如下步骤：
（1）根据工作面的地质条件概况计算工作面周期来压步距，然后根据所述工作面周期来压步距确定停采线；
（2）从而工作面的运输顺槽至煤层顶板布置联络巷，在所述煤层顶板布置预裂措施巷；
（3）随后在所述预裂措施巷的左右两端接近运输顺槽和回风顺槽的位置，沿着工作面推进方向间隔布置多组炮眼，每组炮眼位于平行于工作面的平面内，每组炮眼包括预裂措施巷左端的炮眼和预裂措施巷右端的炮眼，所述炮眼对称布置，所述炮眼的倾斜方向朝向煤层顶板，所述炮眼深度依次加深、角度依次降低；并在所述炮眼内放置双向聚能管和装炸药；
（4）在每个所述炮眼并联两发电雷管，孔外采用串联爆破网路起爆，将两发电雷管的脚线剪裁后制作炮头，将四芯信号线的绿白线和红蓝线各连接一发电雷管，而且接头要先用绝缘胶带和自粘胶带依次裹紧以防止短路和断路，最后用乳胶套包扎以防水，同时根据角度装入防滑钢丝以防止药柱管下坠，炮眼用黄泥封孔，设置安全放炮距离。
优选的，步骤（1）中所述工作面周期来压步距由周期来压步距公式计算得到，所述周期来压步距公式为L= h；式中L为工作面周期来压步距；h为基本顶岩层厚度；RT为基本顶岩层抗拉强度；q为基本顶上覆岩层分布的均布载荷。
上述优选技术方案的有益效果是：计算得出工作面周期来压步距，准确地确定了停采线位置，为回撤通道和预裂措施巷位置的确定奠定了前提。
优选的，步骤（1）为末采周期来压与停采线之间的距离为0.5倍所述周期来压步距。
上述优选技术方案的有益效果是：停采线与周期来压之间的距离设为0.5倍周期来压步距，防止周期来压对回撤通道和预裂措施巷顶板产生危害，即保护了回撤通道与大巷的安全性，同时也加长了工作面末采可采长度，提高了回采率。
优选的，步骤（2）中所述联络巷的角度为15°～30°，长度为40～50m；所述预裂措施巷的平面位置毗邻末采前面的回撤通道，所述预裂措施巷与所述工作面等长，且不与运输顺槽贯通，采用局部通风机通风。
上述优选技术方案的有益效果是：预裂措施巷平面位置在回撤通道后方，高度位置在煤层顶板，在预裂措施巷进行深孔爆破，降低了炮孔深度和角度，节省了炸药，对顶板的来压强度达到更好的削弱效果，保护了回撤通道的安全性，还可切断回采动压的传递，保护大巷安全。
优选的，所述预裂措施巷两端各5m长距离的截面宽为8.0～10.0m、截面高为2.5～3m，所述预裂措施巷中间位置的截面宽为2.5～3m，截面高为2.5～3m。
上述优选技术方案的有益效果是：炮孔在预裂措施巷两端进行施工，宽达8.0～10.0m的两端刚好满足炮孔布置 ，同时还有利于炮孔施工，预裂措施巷中间宽度较窄，即满足了通风和行人的需要，同时也降低了巷道掘进和维护费用。
优选的，所述联络巷和所述预裂措施巷采用综合机械化施工，即“多功能巷修机+轮式装载机+刮板输送机”，采用锚索网支护，利用恒阻大变形锚索对预裂措施巷进行补强加固，控制其顶板下沉。
上述优选技术方案的有益效果是：采用综合机械化施工提高了施工效率，加快了施工进度。采用联合支护保护预裂措施巷顶板，利用恒阻大变形锚索对预裂进行补强加固，控制其顶板下沉，使措施巷围岩能够最大限度地发挥自身承载作用，减少顶板变形，保保障了措施巷炮孔施工的安全性。
优选的，步骤（3）中所述炮眼共布置四组，所述炮眼的间距为2m，孔径75mm；
第一组所述炮眼长度为31m，仰角50°，装药长度15m，装药量49.5kg，封堵长度16m；
第二组所述炮眼长度为45m，仰角35°，装药长度25m，装药量66kg，封堵长度20m；
第三组所述炮眼长度为64m，仰角25°，装药长度35m，装药量115.5kg，封堵长度29m；
第四组所述炮眼长度为90m，仰角16°，装药长度50m，装药量165kg，封堵长度40m。
上述优选技术方案的有益效果是：炮眼深度依次增加，仰角角度依次降低，在降低装药量的同时，还可以使预裂炮孔覆盖更多的岩层，可以达到更好的预裂效果，降低顶板来压。
优选的，采用钻孔直径为75mm的钻机打眼形成所述炮眼。
上述优选技术方案的有益效果是：75mm大直径钻孔，同等深度炮孔可装进更多炸药，起到更好的爆破效果，同时电动钻机钻眼效率更高。
优选的，步骤（3）中所述双向聚能管采用特制聚能管，所述特制聚能管长轴外径为49mm，短轴外径为41mm，壁厚1.8mm，聚能槽部位壁厚1.5mm，聚能槽夹距36.5mm，管长1500mm；所述炸药采用二级煤矿乳化炸药，所述炸药的规格为直径Φ63×600mm/卷，采用导爆索串联连接。
上述优选技术方案的有益效果是：采用双向聚能管装药，可以使岩体按一定的方向发生拉裂，利用岩体抗压怕拉的特性，能达到更好的切缝效果。炸药直径较大，在炮孔起到更好的预裂效果。
优选的，步骤（4）中所述剪裁至20cm长；所述封孔长度≥15000mm。
上述优选技术方案的有益效果是：电雷管脚线剪掉只保留20cm长来制作炮头，以避免拒爆现象和保证安全爆破；封孔长度≥15000mm，防止爆生气体从孔内逸出形成冲击波，提高炸药的利用率。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种煤层末采钻孔预裂爆破方法，具有如下有益效果：
（1）本发明把钻孔布置在煤层顶板的预裂措施巷里，在预裂措施巷两帮向煤层顶板打入深度不同的钻孔，预裂措施巷对钻孔的深度以及角度的要求降低，节省了炸药，降低了施工的难度，送药速度更快。
（2）本发明可减少采空区悬顶面积，减弱顶板的来压强度，同时达到更好的切缝效果，切断了回采动压向回撤通道及工作面外围大巷的传递，保护了大巷和回撤通道，减少了煤柱宽度，还可以防止丢煤，提高末采煤炭采出率，对采空区防火也起到了预防作用。
（3）本发明适用于特厚煤层，解决了特厚煤层的坚硬顶板切顶卸压困难的问题，具有很好的推广效果。
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为本发明实施例1中工作面末采预裂措施巷布置平面图；
图2为本发明实施例1中工作面末采预裂措施巷布置剖面图；
图3为本发明实施例1中工作面末采预裂措施巷炮孔布置平面图；
图4为本发明实施例1中工作面末采预裂措施巷炮孔布置剖面图；
图中标记为：1为炮孔Y1、2为炮孔Y2、3为炮孔Y3、4为炮孔Y4、5为炮孔H4、6我炮孔H3、7为炮孔H2、8为炮孔H1、9为预裂措施巷、10为回撤通道、11为回风顺槽、12为联络巷、13为运输顺槽、14为煤、15为采空区、16为采区运输上山、17为采区轨道上山。
实施方式
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。
本发明实施例公开了一种煤层末采钻孔预裂爆破方法，具体包括如下步骤：
（1）根据工作面的地质条件概况计算工作面周期来压步距，然后根据所述工作面周期来压步距确定停采线；
其中，所述工作面周期来压步距由周期来压步距公式计算得到，所述周期来压步距公式为L= h；式中L为工作面周期来压步距；h为基本顶岩层厚度；RT为基本顶岩层抗拉强度；q为基本顶上覆岩层分布的均布载荷；
末采周期来压与停采线之间的距离为把0.5倍所述周期来压步距；
（2）从而工作面的运输顺槽至煤层顶板布置联络巷，，通过所述上山联巷绕道在所述煤层顶板布置预裂措施巷；
其中，所述联络巷的角度为15°～30°，长度为40～50m；所述预裂措施巷的平面位置毗邻末采前面的回撤通道，所述预裂措施巷与所述工作面等长，且不与运输顺槽贯通，采用局部通风机通风；
所述预裂措施巷两端各5m长距离的截面宽为8.0～10.0m、截面高为2.5～3m，所述预裂措施巷中间位置的截面宽为2.5～3m，截面高为2.5～3m；
预裂措施巷支护采用锚索网联合支护，且在所述预裂措施巷两端增加间距800mm的恒阻锚索
（3）随后在所述预裂措施巷的左右两端接近运输顺槽和回风顺槽的位置，沿着工作面推进方向间隔布置多组炮眼，每组炮眼位于平行于工作面的平面内，每组炮眼包括预裂措施巷左端的炮眼和预裂措施巷右端的炮眼，所述炮眼对称布置，所述炮眼的倾斜方向朝向煤层顶板，所述炮眼深度依次加深、角度依次降低；并在所述炮眼内放置双向聚能管和装炸药；
炮眼共布置四组，所述炮眼的间距为2m，孔径75mm；
第一组所述炮眼长度为31m，仰角50°，装药长度15m，装药量49.5kg，封堵长度16m；
第二组所述炮眼长度为45m，仰角35°，装药长度25m，装药量66kg，封堵长度20m；
第三组所述炮眼长度为64m，仰角25°，装药长度35m，装药量115.5kg，封堵长度29m；
第四组所述炮眼长度为90m，仰角16°，装药长度50m，装药量165kg，封堵长度40m；
所述双向聚能管采用特制聚能管，所述特制聚能管长轴外径为49mm，短轴外径为41mm，壁厚1.8mm，聚能槽部位壁厚1.5mm，聚能槽夹距36.5mm，管长1500mm；所述炸药采用二级煤矿乳化炸药，所述炸药的规格为直径Φ63×600mm/卷，采用导爆索串联连接；
（4）在每个所述炮眼并联两发电雷管，孔外采用串联爆破网路起爆，将两发电雷管的脚线剪至20cm制作炮头，将四芯信号线的绿白线和红蓝线各连接一发电雷管，而且接头要先用绝缘胶带和自粘胶带依次裹紧以防止短路和断路，最后用乳胶套包扎以防水，同时根据角度装入防滑钢丝以防止药柱管下坠，炮眼用黄泥封孔，封孔距离≥15000mm，设置安全放炮距离。
为了进一步的优化技术方案，所述联络巷和所述预裂措施巷采用综合机械化施工，即“多功能巷修机+轮式装载机+刮板输送机”，采用锚索网支护，利用恒阻大变形锚索对预裂措施巷进行补强加固，控制其顶板下沉。
为了进一步的优化技术方案，采用钻孔直径为75mm的钻机打眼形成所述炮眼。
实施例
本发明实施例1公开了一种煤层末采钻孔预裂爆破方法，煤层为特厚煤层，工作面长240m，煤层厚度20m，顶板为坚硬顶板，示意图如图1所示，具体包括如下步骤：
（1）根据工作面地质条件概况，以及周期来压步距公式L= h 计算出工作面周期来压步距。式中L为工作面周期来压步距；h为基本顶岩层厚度；RT 为基本顶岩层抗拉强度；q为基本顶上覆岩层分布的均布载荷。停采线和回撤通道10不可布置在周期来压之内，一般把0.5倍的周期来压步距设定为最后一次周期来压与停采线之间的距离。
（2）从工作面的运输顺槽里布置一上山联络巷绕道，角度为15°～30°，长度为40～50m。绕道从运输顺槽一直爬到煤层顶板，随后在煤层顶板下面布置一平行工作面的巷道，巷道长度与工作面等长，且不与运输顺槽贯通，通风选择局部通风机通风，该巷道为预裂爆破施工巷道，即预裂措施巷，预裂措施巷高度位于煤层顶板，平面位置毗邻末采前面的回撤通道；
预裂措施巷前后5m断面宽为8.0～10.0m，高为2.5～3m，中间部分宽为2.5～3m，高为2.5～3m，措施巷两端断面加宽，中间较窄，类似于凹字形。支护采用锚索网支护，利用恒阻大变形锚索对预裂措施巷进行补强加固，控制其顶板下沉；
联络巷绕道预裂措施巷均采用综合机械化施工，即“多功能巷修机+轮式装载机+刮板输送机”。
（3）随后在预裂措施巷的左右两端接近运输顺槽和回风顺槽的位置，沿着工作面推进方向间隔布置多组炮眼，每组炮眼位于平行于工作面的平面内，每组炮眼包括预裂措施巷左端的炮眼和预裂措施巷右端的炮眼，所述炮眼对称布置，所述炮眼的倾斜方向朝向煤层顶板；炮眼共布置4组，即每边各4个，孔间距为2m，运输顺槽13上侧为H1 、H2、 H3、 H4，回风顺槽11上侧为Y1、 Y2 、Y3 、Y4 ；采用双向聚能拉张爆破的方法，双向聚能管采用特制聚能管，特制聚能管长轴外径为49mm，短轴外径为41mm，壁厚1.8mm，聚能槽部位壁厚1.5mm，聚能槽夹距36.5mm，管长1500mm；
炮眼参数为；
Y1炮眼长度为31m，仰角50°孔径75mm，装药长度15m，装药量49.5kg，封堵长度16m。
Y2炮眼长度为45m，仰角35°孔径75mm，装药长度25m，装药量66kg，封堵长度20m。
Y3炮眼长度为64m，仰角25°孔径75mm，装药长度35m，装药量115.5kg，封堵长度29m。
Y4炮眼长度为90m，仰角16°，孔径75mm，装药长度50m，装药量165kg，封堵长度40m；
H1炮眼长度为31m，仰角50°，孔径75mm，装药长度15m，装药量49.5kg，封堵长度16m；
H2炮眼长度为45m，仰角35°，孔径75mm，装药长度25m，装药量66kg，封堵长度20m；
H3炮眼长度为64m，仰角25°，孔径75mm，装药长度35m，装药量115.5kg，封堵长度29m；
H4炮眼长度为90m，仰角16°，孔径75mm，装药长度50m，装药量165kg，封堵长度40m；
其中。采用钻孔直径为75mm的钻机打眼，聚能爆破采用二级煤矿乳化炸药，炸药规格为直径Φ63×600mm/卷，采用导爆索串联连接。
（4）为了防止起爆安全以及拒爆事故，每个炮眼都要并联2发电雷管，孔外采用串联爆破网路起爆。将两发电雷管的脚线减至20cm长来制作炮头，分别与四芯信号线的绿白线和红蓝线各连接一发电雷管。接头要先用绝缘胶带和自粘胶带依次裹紧来防止短路和断路，最后用乳胶套包扎来防水。为防止药柱管下坠，需根据角度需装入防滑钢丝；孔口用黄泥封孔，封孔长度不低于15000mm。依据煤矿安全施工操作规程规定设置安全放炮距离，最后进行放炮。
本发明把钻孔布置在煤层顶板的预裂措施巷里，在措施巷两帮向煤层顶板打入深度不同的钻孔，预裂措施巷对钻孔的深度以及角度的要求降低，节省了炸药，降低了施工的难度，送药速度更快。本方法通过深孔预裂爆破，减少采空区悬顶面积，减弱顶板的来压强度，同时达到更好的切缝效果，切断了回采动压向回撤通道及工作面外围大巷的传递，保护了大巷和回撤通道，减少了煤柱宽度，还可以防止丢煤，提高末采煤炭采出率，对采空区防火也起到了预防作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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 (9)
1.一种煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）根据工作面的地质条件概况计算工作面周期来压步距，然后根据所述工作面周期来压步距确定停采线；
（2）从工作面的运输顺槽至煤层顶板布置联络巷，在所述煤层顶板布置预裂措施巷；所述预裂措施巷平行于所述工作面，所述预裂措施巷长度与工作面等长；所述预裂措施巷两端断面加宽，中间窄，呈凹字形，且凹部朝向工作面；
（3）随后在所述预裂措施巷的左右两端接近运输顺槽和回风顺槽的位置，沿着工作面推进方向间隔布置多组炮眼，每组炮眼位于平行于工作面的平面内，每组炮眼包括预裂措施巷左端的炮眼和预裂措施巷右端的炮眼，所述炮眼对称布置，所述炮眼的倾斜方向朝向煤层顶板，所述炮眼深度依次加深、仰角角度依次降低；并在所述炮眼内放置双向聚能管和炸药；
（4）在每个所述炮眼并联两发电雷管，孔外采用串联爆破网路起爆，将两发电雷管的脚线剪裁后制作炮头，将四芯信号线的绿白线和红蓝线各连接一发电雷管，而且接头要先用绝缘胶带和自粘胶带依次裹紧以防止短路和断路，最后用乳胶套包扎以防水，同时根据角度装入防滑钢丝以防止药柱管下坠，炮眼用黄泥封孔，设置安全放炮距离。
2.根据权利要求1所述煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，步骤（1）中所述工作面周期来压步距由周期来压步距公式计算得到，所述周期来压步距公式为L= h；式中L为工作面周期来压步距；h为基本顶岩层厚度；RT为基本顶岩层抗拉强度；q为基本顶上覆岩层分布的均布载荷。
3.根据权利要求2所述煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，步骤（1）为末采周期来压与停采线之间的距离为把0.5倍所述周期来压步距。
4.根据权利要求1所述煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，步骤（2）中所述联络巷的角度为15°～30°，长度为40～50m；所述预裂措施巷的平面位置毗邻末采前面的回撤通道，所述预裂措施巷与所述工作面等长，且不与运输顺槽贯通，采用局部通风机通风。
5.根据权利要求4所述煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，所述预裂措施巷两端各5m长距离的截面宽为8.0～10.0m、截面高为2.5～3m，所述预裂措施巷中间位置的截面宽为2.5～3m，截面高为2.5～3m。
6.根据权利要求5所述煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，所述预裂措施巷支护采用锚索网联合支护，且在所述预裂措施巷两端增加间距800mm的恒阻锚索。
7.根据权利要求1所述煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，步骤（3）中所述炮眼共布置四组，所述炮眼的间距为2m，孔径75mm；
第一组所述炮眼长度为31m，仰角50°，装药长度15m，装药量49.5kg，封堵长度16m；
第二组所述炮眼长度为45m，仰角35°，装药长度25m，装药量66kg，封堵长度20m；
第三组所述炮眼长度为64m，仰角25°，装药长度35m，装药量115.5kg，封堵长度29m；
第四组所述炮眼长度为90m，仰角16°，装药长度50m，装药量165kg，封堵长度40m。
8.根据权利要求7所述煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，步骤（3）中所述双向聚能管采用特制聚能管，所述特制聚能管长轴外径为49mm，短轴外径为41mm，壁厚1.8mm，聚能槽部位壁厚1.5mm，聚能槽夹距36.5mm，管长1500mm；所述炸药采用二级煤矿乳化炸药，所述炸药的规格为直径Φ63×600mm/卷，采用导爆索串联连接。
9.根据权利要求1所述煤层末采钻孔预裂爆破方法，其特征在于，步骤（4）中所述剪裁至20cm长；所述封孔长度不＜15000mm。
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