CN117307169A - 一种高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，在坚硬顶板中施工高位巷，采用聚能药包爆破产生定向裂纹面，在坚硬顶板中产生滑移带，并且为临近的炮孔爆破提供新的自由面；两个聚能药包中间施工一个增强爆破孔，合理控制微差时间使聚能药包先起爆，增强爆破孔后起爆，使块体之间的滑移摩擦下降，被聚能药包切断的块体能够更容易垮落。本发明专利提出的切顶卸压增强爆破方法不仅能够实现爆破断顶的效果，而且能够让成块的坚硬顶板顺利垮落，及时释放上覆岩层的压力，减弱回采工作面前的压力，降低深部煤矿的冲击地压风险。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿技术领域，尤其涉及的是一种高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法。
背景技术
根据以往的研究表明，在采煤工作面回采一定长度之后，采空区上方的顶板达到其极限垮距后会断裂成一定长度的岩块。由于断裂岩块之间存在水平的挤压和剪切力的作用，使得断裂岩块相互咬合形成稳定的砌体梁结构，在工作面端头基本顶断裂也同样形成了三铰拱式的平衡结构。此时基本顶断裂后形成的稳定的砌体梁结构仍可以向煤岩体传递力的作用，进而对回采工作面产生影响。
近几十年来，随着煤矿机械化的推进，炸药性能的改进以及电子雷管的普及，国内外众多科研工作者提出不同的切顶卸压方式来解决煤矿中的冲击地压问题，诸如水力压裂、爆破预裂和爆破切槽卸压等，对实际工程应用具有一定指导意义和实用价值。但是目前国内关于深部煤矿高位巷爆破卸压的实验和研究相对较少。因此，有必要对传统的爆破切顶卸压方式进行改进，这对工程实践以及冲击低压的防治都具有重要的理论和实际意义。
为了解决冲击地压问题，针对煤矿中的坚硬顶板有多种手段技术；
水力割缝定向爆破切顶卸压方法：在巷道指定位置施工爆破孔，并在炮孔指定位置进行水力切割，在爆破钻孔内根据岩性装相应的药卷，使药卷的位置集中在水力切割已完成的裂隙带，炸药采用反向装药方式，封孔然后进行定向爆破切顶卸压；
水压致裂切顶卸压方法：通过布置钻孔垂深为煤层到老顶岩层的距离、一定间距的钻孔切槽，在采空区侧上覆岩层预制切缝，钻孔注入高压水，受高压水作用产生列席并控制裂纹在岩层中的扩展方向，在顶板形成一个准破裂面，同时破坏上覆岩层岩石的强度和完整性；
坚硬顶板深孔预裂爆破切顶卸压方法：在工作面回采前，在煤柱内沿煤层顶板布置切顶巷道，在切顶巷道上方的顶板岩层内纵向设置若干倾斜的爆破孔，在炮孔内装药并采用炮泥封堵，实施切顶爆破。
超前预裂切缝卸压方法：通过超前预裂切缝切断采空区侧顶板与巷道上方顶板的联系，进而减弱顶板垮落动压对巷道的扰动作用，同时有利于采用区顶板对巷道的扰动作用。
使用水力致裂卸压虽然能够产生定向裂纹，实现切断坚硬顶板的功能，但是水力致裂需要配套的大型设备设施，并且在施工过程中会产生大量的水聚集，加剧煤矿工作面的恶劣环境。即便是通过水力切缝，后续通过炸药爆破扩展裂隙带的方法，虽然能够起到更好的断顶效果，但是同样增加了施工工序，增加现场工人的负担。
传统的爆破切顶卸压方式能够一定程度上解决冲击地压的问题，但是仍然存在着坚硬顶板虽然切已经被切断，但是回采工作面的压力依然很大的现象，即坚硬顶板的切断并没有使上覆岩层的应力产生较大的转移。产生这种现象的根本原因是坚硬顶板虽然被切断成块体了，但是在三维空间中，块体之间仍然存在着水平的压力和剪切力，下面的煤层回采过后，坚硬顶板并不能顺利按照爆破孔的间距垮落。
因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供了一种高位巷中聚能药包和普通药包混合使用的爆破切顶卸压施工方法。本发明专利提出的切顶卸压增强爆破方法不仅能够实现爆破断顶的效果，而且能够让成块的坚硬顶板顺利垮落，及时释放上覆岩层的压力，减弱回采工作面前的压力，降低深部煤矿的冲击地压风险
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，在坚硬顶板中施工高位巷，采用聚能药包爆破产生定向裂纹面，在坚硬顶板中产生滑移带，并且为临近的炮孔爆破提供新的自由面；两个聚能药包中间施工一个增强爆破孔，合理控制微差时间使聚能药包先起爆，增强爆破孔后起爆，使块体之间的滑移摩擦下降，被聚能药包切断的块体能够更容易垮落。
所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，具体包括以下步骤：
S1：首先，对现场进行勘探确定关键层的位置，在关键层靠近中部或者靠近下部位置掘进高位巷；
S2：然后在高位巷帮部施工钻孔；
S3：接着对炮孔进行装药封堵，三个炮孔为一组，两侧的炮孔采用聚能药包，该聚能药包聚能方向为竖直方向；中间的炮孔采用普通炮孔；囊带封堵的方式封堵；
S4：最后进行分段起爆，三个炮孔为一组；两侧聚能药包先起爆，产生两个定向的断裂面，即为“两切”，在坚硬顶板中切出一个块体；合理控制微差时间使中间炮孔后起爆，即为“一爆”，增大块体的破裂程度，减少块体滑移的摩擦力。
所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，该聚能药包是：PVC聚能管11包裹着水胶炸药12组合成一段聚能药包，数码电子雷管13放置在靠近孔口位置。
所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，根据炮孔间距设计合理的微差时间，避免先爆炮孔产生的冲击波对后爆炮孔雷管的影响，同时也避免后爆炮孔对聚能药包的定向断裂产生影响。
所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，起爆方式统一采用孔口起爆。
所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，根据关键岩层的力学性质确定排距，根据关键层的厚度以及回采面长度确定炮孔长度，炮孔设计为上倾角度，方便排渣。
所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，在封堵段两端利用囊带14进行加压封堵，使两个囊带之间形成一个封闭空间，然后利用注浆孔向内泵入灌浆料15，同时为了保证泵送的流畅，安装一个排气孔进行排气，封堵长度原则上为炮孔长度的1/3到1/2。
使用本发明的方法能够在块体之间形成一定区域的滑移带，降低块体之间的制约作用，保证坚硬顶板能够被切断并稳定有序的垮落，降低深部煤矿回采过程中大量级微震事件的发生。
附图说明
图1为本发明的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法示意图；
图2为本发明的坚硬顶板垮落图，图2为图1的侧视图；
图3为传统切顶卸压效果示意图，图3为图2的对比图；
图4为“两切一爆”炮孔示意图，图4为图1的俯视图；
图5为聚能药包炮孔爆破示意图，图5为聚能爆破孔9的补充
图6为普通药包炮孔爆破示意图，图6为普通爆破孔10的补充；
其中，1-上平巷，2-煤层，3-下平巷，4-顶板岩层，5-关键层，6-爆破孔，7-高位巷道，8-预裂切顶采空区，9-聚能爆破孔，10-普通爆破孔，11-PVC聚能管，12-水胶炸药，13-数码电子雷管，14-囊带，15-灌浆料封堵,16-滑移裂隙带。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
步骤一：布置高位巷道7
在图1中，所述的坚硬顶板为关键层5，故在工作面2回采之前，在坚硬顶板内部或者下部掘进高位巷道7，高位巷道7设定在关键层5中，可以减少炮孔施工长度和装药量，高位巷道7设定在关键层下部，可以增加炮孔的倾斜角度，使炮孔排渣更容易。
步骤二：设置炮孔间距
在高位巷中，向左右两侧坚硬顶板中施加爆破孔6，爆破孔6的长度根据关键层5的厚度和范围来确定。两个炮孔的空地距根据岩体的力学性质和炸药的类型来确定，每组炮孔之间的距离根据顶板垮落经验步距进行调整，如图2所示，坚硬顶板在采空区8中垮落，使用本发明中的切顶卸压方式后，与传统切顶卸压方式图3相比，会在块体之间多形成一个块体滑移带，大大增加切顶卸压的成功率，减少冲击地压的风险。传统卸压方式图3中，虽然坚硬顶板会被切断成块体，但是块体之间存在水平的摩擦力和竖直的剪切力，相互制约导致块体不一定会顺利垮落，如图中的A区域和B区域。
步骤三：施工爆破孔并装药
根据步骤二确定好炮孔组间距之后，按照3个炮孔为一组，两侧为聚能爆破，中间为普通爆破的方式进行施工，如图4所示。其中聚能爆破孔9的聚能方向为竖直方向，具体为图5所示，PVC聚能管11包裹着水胶炸药12组合成一段聚能药包，数码电子雷管13放置在靠近孔口位置，煤矿中为了安全起见，爆破方式多采用正向起爆。其中普通爆破孔的装药方式如图6所示，与聚能爆破孔相比少了PVC聚能管11，爆破方式采用耦合装药正向起爆。
步骤四：封堵并起爆
采用囊带封堵的方式，以图5为例进行详细说明。在封堵段两端利用囊带14进行加压封堵，使两个囊带之间形成一个封闭空间，然后利用注浆孔向内泵入灌浆料15，同时为了保证泵送的流畅，安装一个排气孔进行排气，封堵长度原则上为炮孔长度的1/3到1/2。利用数码电子雷管的芯片控制起爆时间，其原则为两侧聚能药包先起爆，中间普通药包后起爆。
使用该方法能够在块体之间形成一定区域的滑移带，降低块体之间的制约作用，保证坚硬顶板能够被切断并稳定有序的垮落，降低深部煤矿回采过程中大量级微震事件的发生。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，其特征在于，在坚硬顶板中施工高位巷，采用聚能药包爆破产生定向裂纹面，在坚硬顶板中产生滑移带，并且为临近的炮孔爆破提供新的自由面；两个聚能药包中间施工一个增强爆破孔，合理控制微差时间使聚能药包先起爆，增强爆破孔后起爆，使块体之间的滑移摩擦下降，被聚能药包切断的块体能够更容易垮落。
2.根据权利要求1所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：首先，对现场进行勘探确定关键层的位置，在关键层靠近中部或者靠近下部位置掘进高位巷；
S2：然后在高位巷帮部施工钻孔；
S3：接着对炮孔进行装药封堵，三个炮孔为一组，两侧的炮孔采用聚能药包，该聚能药包聚能方向为竖直方向；中间的炮孔采用普通炮孔；囊带封堵的方式封堵；
S4：最后进行分段起爆，三个炮孔为一组；两侧聚能药包先起爆，产生两个定向的断裂面，即为“两切”，在坚硬顶板中切出一个块体；合理控制微差时间使中间炮孔后起爆，即为“一爆”，增大块体的破裂程度，减少块体滑移的摩擦力。
3.根据权利要求1或2所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，其特征在于，该聚能药包是：PVC聚能管包裹着水胶炸药组合成一段聚能药包，数码电子雷管放置在靠近孔口位置。
4.根据权利要求1或2所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，其特征在于，根据炮孔间距设计合理的微差时间，避免先爆炮孔产生的冲击波对后爆炮孔雷管的影响，同时也避免后爆炮孔对聚能药包的定向断裂产生影响。
5.根据权利要求1或2所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，其特征在于，起爆方式统一采用孔口起爆。
6.根据权利要求2所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，其特征在于，根据关键岩层的力学性质确定排距，根据关键层的厚度以及回采面长度确定炮孔长度，炮孔设计为上倾角度，方便排渣。
7.根据权利要求2所述的高位巷坚硬顶板增强爆破切顶卸压方法，其特征在于，在封堵段两端利用囊带进行加压封堵，使两个囊带之间形成一个封闭空间，然后利用注浆孔向内泵入灌浆料，同时为了保证泵送的流畅，安装一个排气孔进行排气，封堵长度原则上为炮孔长度的1/3到1/2。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN117552792A (zh) * | 2024-01-10 | 2024-02-13 | 北京科技大学 | 基于爆破扰动效应的底煤爆破卸压优化施工方法及系统 |
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2023
- 2023-11-16 CN CN202311529371.4A patent/CN117307169A/zh active Pending
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| CN117552792B (zh) * | 2024-01-10 | 2024-03-22 | 北京科技大学 | 基于爆破扰动效应的底煤爆破卸压优化施工方法及系统 |
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