CN101876520A - 大倾角煤层坚硬顶板超前预爆破工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大倾角煤层坚硬顶板超前预爆破技术，在工作面前方回风和运输巷顺槽内向工作面前方顶板岩层布置具有不同角度的非等长炮孔，炮孔装药为非均匀装药、药量大，对坚硬顶板有控制性破碎作用。
Description
所属技术领域
本发明所属爆破技术领域，具体涉及到用于岩土、地质、矿山等的爆破技术。
背景技术
坚硬顶板超前预爆破是指超前工作面一定距离，预先打孔装药爆破，利用炸药在岩体内部爆炸能量的作用，改变岩石的物理与力学性状(质)，使其强度降低、分层厚度变小、自然悬露面积减小，从而达到控制坚硬顶板大面积悬露和由此导致的灾害性垮落的目的。坚硬顶板超前预爆破技术在缓倾斜煤层已经得到了广泛的应用，但是要实现大倾角煤层坚硬顶板下条件下安全开采，解决坚硬顶板大面积冒落致灾难题，还需要针对大倾角煤层的特点对坚硬顶板预爆破技术进行深入研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大倾角煤层坚硬顶板超前预爆破工艺，能解决大倾角煤层工作面顶板沿倾斜方向上破坏程度不均匀问题。
本发明的目的是这样实现的：一种大倾角煤层坚硬顶板超前预爆破工艺，在工作面前方回风和运输巷顺槽内向工作面前方顶板岩层布置具有不同角度的非等长炮孔，回风顺槽炮孔长度短、与煤层倾向夹角大，运输顺槽炮孔长度长、与煤层倾向夹角小，装药具有非均匀装药结构、大药量特征；
爆破时在大倾角煤层坚硬顶板进行钻孔，在深孔内部爆破，其爆炸冲击波和应力波作用下对岩石进行破坏，其中，炮孔布置是根据老顶岩层位置、总厚度、倾角和天然裂隙的产状要素以及煤层厚度、工作面倾斜长度，采煤工艺和凿岩爆破施工技术条件等诸多因素，合理设计炮孔布置方式；
通过对工作面坚硬顶板结构和物理特性的研究，综合分析炮孔布置和装药诸参数，结合工作面几何因素和采煤方法，建立如下炮孔各参数确定的依据和计算方法：
炮孔间距：由顶板初次来压和周期来压步距、工作面支护条件和各炮孔在控制顶板中的作用来确定；
炮孔水平转角：由顶板自然裂隙产状和凿岩施工技术条件确定；
炮孔上端装药高度：由老顶厚度、高度、煤层厚度和采高，以及工作面斜长来确定；
炮孔下端装药高度：由放顶煤工艺、采放比、直接顶的特性、炸药性能及装药量来确定；
该方法的装药结构是根据顶板岩石物理力学性质、岩体结构等，按松动爆破原则，用类比法并折合成所选炸药单耗，采用不耦合装药结构；
该方法的堵孔结构采用塑-刚结构，即在充填堵孔段的前端采用充填黄土细砂等塑性材料，后端采用专用堵孔水泥，以保证爆炸气体不冲出孔口并对岩体产生持续的作用，充分利用炸药能量，提高超前预爆破效果。
本发明的有益效果是，减小了顶板垮落步距，降低工作面支架载荷和动载系数，减小顶板冒落块度、降低了大块率，其炮孔布置和爆破参数设计既弱化了顶板，又保持了松软煤层的相对完整，保证了工作面正常采煤和放顶煤，装填结构有效地防止了爆炸空气冲击波，保障了直接顶的相对稳定和巷道安全，提高了炸药能的利用和爆破效果。
附图说明
图1是炮孔总体布置(平面)图。
图2是沿工作面倾向炮孔布置(第1组)图。
图3是沿工作面倾向炮孔布置(第2组)图。
图4是超前预爆破用炸药卷结构图。
图5是超前预爆破装药堵孔结构图。
图中1.第一组运输顺槽端头切断孔，2.第一组运输顺槽老顶切断孔，3.第一组回风顺槽老顶切断孔，4.第一组回风顺槽端头切断孔，5.第二组运输顺槽老顶切断孔，6.第二组回风顺槽老顶切断孔，7.第二组辅助切断孔，8.运输顺槽，9.回风顺槽，10.循环放顶区，11.孔口预留段(封孔后用黄土细砂充填)，12.雷管，13.堵孔水泥，14.黄土细砂，15.导爆索，16.炸药卷，17.丝扣，18.堵头，19.高威力炸药，20.工作面。
具体实施方式
一种大倾角煤层坚硬顶板超前预爆破工艺，如图1、图2、图3、图4、图5所示，在工作面前方回风和运输巷顺槽9、8内向工作面前方循环放顶区10内的顶板岩层布置具有不同角度的非等长炮孔，回风顺槽炮孔长度短、与煤层倾向夹角大，运输顺槽炮孔长度长、与煤层倾向夹角小，装药具有非均匀装药结构、大药量特征；爆破时在大倾角煤层坚硬顶板进行钻孔，在深孔内部爆破，其爆炸冲击波和应力波作用下对岩石进行破坏，其中，炮孔布置是根据老顶岩层位置、总厚度、倾角和天然裂隙的产状要素以及煤层厚度、工作面倾斜长度，采煤工艺和凿岩爆破施工技术条件等诸多因素，合理设计炮孔布置方式，通过对工作面坚硬顶板结构和物理特性的研究，综合分析炮孔布置和装药诸参数，结合工作面几何因素和采煤方法，建立如下炮孔各参数确定的依据和计算方法：
炮孔间距：由顶板初次来压和周期来压步距、工作面支护条件和各炮孔在控制顶板中的作用来确定；
炮孔水平转角：由顶板自然裂隙产状和凿岩施工技术条件确定；
炮孔上端装药高度：由老顶厚度、高度、煤层厚度和采高，以及工作面斜长来确定；
炮孔下端装药高度：由放顶煤工艺、采放比、直接顶的特性、炸药性能及装药量来确定；
该方法的装药结构是根据顶板岩石物理力学性质、岩体结构等，按松动爆破原则，用类比法并折合成所选炸药单耗，采用不耦合装药结构；
该方法的堵孔结构采用塑-刚结构，即在充填堵孔段的前端采用充填黄土细砂14等塑性材料，后端采用专用堵孔水泥13，以保证爆炸气体不冲出孔口预留段11并对岩体产生持续的作用，充分利用炸药能量，提高超前预爆破效果。
新疆焦煤集团艾维尔沟煤矿25112工作面20主采5#煤层，煤层平均厚度5.1m，平均倾角39°，工作面20长95m，采用走向长壁综放开采方法，采高2.3m，放煤高度2.8m。煤层顶板由含砾中砂岩、含砾中粗中砂岩、含砾粗砂岩、砂砾岩、中砂岩、细砂岩和粉砂岩等岩石组成，属坚硬顶板，岩石抗压强度79.9~100.2MPa。在工作面20回采过程中采用了本发明工艺方法。
在两回采巷道内采用两组炮孔交替布置，第一组：在工作面运输顺槽8和回风顺槽9内各布置一组钻孔，每一组炮孔由两个孔组成，分别为老顶切断孔2、3及端头切断孔1、4；
第二组：在工作面运输顺槽8和回风顺槽9内各布置一组炮孔，其中运输顺槽组炮孔由一个老顶切断孔5组成；回风顺槽组由两个孔组成，分别为老顶切断孔6及辅助切断孔7。
各放顶孔的基本参数见表3；
炮孔参数及爆破材料消耗见表4。
表3放顶钻孔参数汇总表
表4炮孔参数及爆破材料消耗汇总表
根据顶板岩性特征及爆破参数，选用现有SKZ-120A型潜孔钻机，选配直径90mm的CIR-90冲击器、直径90mm钻头，直径50mm的钻杆(1m/根)含在钻机设备内。封孔器选用BQF-100型，受风压0.7MPa，堵孔时向孔内输送黄土细砂14。堵孔结构见图5.
采用二级煤矿许用乳化炸药，防静电塑料壳包装，规格：直径60mm，长度550mm，单位重量3.5kg/m，联结方式为丝扣17联结式。
对于倾角小于20°、深度小于30m的炮孔，一般用子母炮棍人工装药。对于深度大于30m、倾角大于25°的炮孔，采用BQF-100型装药器装药。充填材料采用BQF-100型装药器输送，“堵塞材料”用木炮棍输送。装药结构见图4，具有堵头18的炸药卷内填充有高威力炸药19，炸药卷的两头分别设置着丝扣17。
选用煤矿安全防水抗拉导爆索15，用毫秒延期电雷管12，利用MFB-100型电容式发爆器起爆。
25112工作面20采用大倾角煤层坚硬顶板超前预爆破技术取得了如下效果：减小了顶板垮落步距(工作面初次来压和周期来压步距)。经过工作面超前预爆破处理后，直接顶初次垮落步距为5m，老顶初次来压部距为40m，周期来压步距为10m，与未经超前预爆破相比，分别减小了78％、24％和50％；降低了工作面支架载荷与动载系数；减小了顶板冒落块度、降低了大块率。经过超前预爆破处理后，采空区基本无悬顶，冒落矸石块度小，超过1.5m见方的仅约10％左右；顶板超前预爆破处理前后，工作面支护系统(支架)对顶板的支护强度基本保持不变，但经过超前预爆破处理后，工作面顶底板相对移近量有所增加，但幅度不大，一般约为8~10％。
Claims (2)
1.一种大倾角煤层坚硬顶板超前预爆破工艺，在工作面前方回风和运输巷顺槽内向工作面前方顶板岩层布置具有不同角度的非等长炮孔，其特征在于：回风顺槽炮孔长度短、与煤层倾向夹角大，运输顺槽炮孔长度长、与煤层倾向夹角小，装药具有非均匀装药结构、大药量特征；爆破时在大倾角煤层坚硬顶板进行钻孔，在深孔内部爆破，其爆炸冲击波和应力波作用下对岩石进行破坏，其中，炮孔布置是根据老顶岩层位置、总厚度、倾角和天然裂隙的产状要素以及煤层厚度、工作面倾斜长度，采煤工艺和凿岩爆破施工技术条件等诸多因素，合理设计炮孔布置方式，通过对工作面坚硬顶板结构和物理特性的研究，综合分析炮孔布置和装药诸参数，结合工作面几何因素和采煤方法，建立如下炮孔各参数确定的依据和计算方法：
炮孔间距：由顶板初次来压和周期来压步距、工作面支护条件和各炮孔在控制顶板中的作用来确定；
炮孔水平转角：由顶板自然裂隙产状和凿岩施工技术条件确定；
炮孔上端装药高度：由老顶厚度、高度、煤层厚度和采高，以及工作面斜长来确定；
炮孔下端装药高度：由放顶煤工艺、采放比、直接顶的特性、炸药性能及装药量来确定；
该方法的装药结构是根据顶板岩石物理力学性质、岩体结构等，按松动爆破原则，用类比法并折合成所选炸药单耗，采用不耦合装药结构；
该方法的堵孔结构采用塑-刚结构，即在充填堵孔段的前端采用充填黄土细砂等塑性材料，后端采用专用堵孔水泥，以保证爆炸气体不冲出孔口并对岩体产生持续的作用，充分利用炸药能量，提高超前预爆破效果。
2.根据权利要求1所述的大倾角煤层坚硬顶板超前预爆破工艺，其特征在于：在工作面运输顺槽以及回风顺槽中各布置一组钻孔，每一组钻孔由两个孔组成。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20101103 |