一种高低位结合的邻空侧顶板预裂爆破钻孔布置方法与流程

1.本发明涉及矿冲击地压防治技术领域，尤其涉及一种高低位结合的邻空侧顶板预裂爆破钻孔布置方法。


背景技术：

2.在煤层上方具有厚层坚硬顶板(单层厚度超过10m，单轴抗压强度大于60mpa)的采煤工作面，煤层开采后，覆岩的破断运动，会对回采工作面施加动、静载荷，诱发冲击地压灾害，基本顶的周期破断也会对工作面及前方巷道造成冲击。除此之外，如巷道一侧为采空区，其未充分破断的顶板在开采扰动影响下，对巷道的破坏尤为严重。因此，对顶板尤其临空侧未破断顶板提前进行预裂，有效缩短破断步距，是防止其诱发冲击的有效手段。作为顶板预裂的一种常见手段——爆破预裂，其装药量及钻孔的布置直接影响着顶板预裂效果。
3.以往的深孔爆破中，因封孔长度不得小于孔深1/3的要求，导致钻孔中下部无法装药，影响了爆破预裂效果。因此，研究设计一种高、低位相结合的临空侧预裂爆破钻孔布置方式，进一步提高爆破效果，促使覆岩更容易破断。


技术实现要素：

4.基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高低位结合的邻空侧顶板预裂爆破钻孔布置方法。
5.本发明提出的一种高低位结合的邻空侧顶板预裂爆破钻孔布置方法，包括以下步骤：
6.s1：首先根据巷道附近钻孔柱状图及顶板深孔钻孔施工数据，确定预施工钻孔区域内顶煤厚度、直接顶厚度和基本顶厚度；
7.s2：确定高位钻孔参数；
8.s2-1，依据巷道宽度及预裂爆破效果，确定高位钻孔倾角及个数：依据大量现场试验数据，在原岩应力状态下钻孔爆破裂隙带半径约为1～2m，为保证相邻两个钻孔其中一个钻孔爆破后不影响另一个钻孔的装药，一般按照2m以上裂隙带半径进行布置钻孔，即相邻两个钻孔装药长度段最短距离要不小于4m；
9.s2-2，依据顶煤、直接顶及基本顶厚度，确定高位钻孔深度。按照高位钻孔终孔位置至少施工至基本顶中上部的原则，根据开孔位置、倾角，及岩层厚度，确定高位钻孔深度；
10.s2-3，依据煤柱留设宽度、煤岩层厚度，确定临空侧高位钻孔的深度及倾角。临空侧钻孔终孔位置在满足达到基本顶中上部的同时，要求垂直投影正处于煤柱采空区一侧边缘处，防止钻孔布置在相邻采空区顶板裂隙带爆破诱发瓦斯爆炸；
11.s2-4，依据钻孔长度确定装药长度，要确保1/3封孔长度的前提下，依据剩余孔深及其在基本顶中的位置，确定为装药长度，依据使用炸药参数及不耦合系数，确定装药量；
12.s3：确定低位钻孔参数；
13.s3-1，当钻孔装药段全长位于基本顶内时，不再布置低位钻孔，当不符合上述条件
时，转入s3-2步骤；
14.s3-2，在巷道断面内高位顶板预裂钻孔下方布置2～3个低位钻孔，在临空侧高位顶板预裂钻孔下方布置1个低位钻孔；
15.s3-3，低位钻孔的孔深，以低位钻孔终孔位置超过高位钻孔初始装药位置为主，倾角依据高位钻孔布置位置及倾角进行确定；
16.s3-4，低位钻孔的装药量，以孔深1/3进行计算确定。
17.优选地，所述s1中顶煤厚度确定是根据顶板钻孔施工过程中孔内出水颜色及施工钻杆数量确定，自施工钻孔开始计算，孔内出水由黑变白结束，最后根据实际钻进深度及钻孔倾角进行计算，直接顶厚度及基本顶厚度使用附近钻孔的柱状图数据。
18.本发明的有益效果为：
19.1、本发明采用高低位相结合的方式布置顶板预裂爆破深孔，有效弥补了因封孔长度限制，以往钻孔只能对岩层中上部进行爆破，封孔段无法进行爆破的缺陷；
20.2、对基本顶中下部及直接顶段进行超前预裂爆破，工作面推采过后，会在基本顶下方形成人为掏槽，为基本顶垮断创造空间，促使基本顶更容易破断，缩小破断步距；
21.3、对基本顶中下部及直接顶段进行超前预裂爆破，可人为形成矸石垫层，基本顶破断时，缩小了降落高差、降低了势能，起到了减小冲击能量的作用，且松散的矸石垫层具有一定的吸能作用，能够吸收消化一部分能量。
附图说明
22.图1为本发明提出的一种高低位结合的邻空侧顶板预裂爆破钻孔布置方法的剖面结构示意图；
23.图2为本发明提出的一种高低位结合的邻空侧顶板预裂爆破钻孔布置方法的平面结构示意图。
24.图中：1顶煤、2直接顶、3基本顶、4巷道、5保护煤柱、6采空区、7工作面煤壁、8-1高位顶板预裂钻孔一、8-2高位顶板预裂钻孔二、8-3高位顶板预裂钻孔三、8-4高位顶板预裂钻孔四、9-1低位顶板预裂钻孔一、9-2低位顶板预裂钻孔二、9-3低位顶板预裂钻孔三、10钻孔开孔位置、11钻孔终孔位置、l钻孔深度、i钻孔组间距、d封孔长度、d装药长度、α钻孔倾角。
具体实施方式
25.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。
26.实施例1，参照图1-2，一种高低位结合的邻空侧顶板预裂爆破钻孔布置方法，包括以下步骤：
27.步骤一：确定钻孔施工地质参数：巷道4布置在邻空侧，与采空区6之间为6m的保护煤柱5，其上有约10m厚的顶煤1，顶煤上方为约5m厚度的直接顶2，直接顶2上方为平均厚度为30m的基本顶3，针对以上条件进行钻孔布置；
28.步骤二：确定高位钻孔参数
29.1、钻孔开孔位置10的布置：高位顶板预裂钻孔四8-4布置在保护煤柱5一侧，另外
高位顶板预裂钻孔一8-1、高位顶板预裂钻孔二8-2、高位顶板预裂钻孔三布置8-3在工作面煤壁7一侧，工作面煤壁7侧钻孔根据现场条件，可布置在巷顶岔角处，也可布置在距煤壁一定距离的巷顶，为有效防止因爆破顺序不同导致后爆钻孔装药困难，3个钻孔间距0.5m左右。
30.2、钻孔终孔位置11的布置：钻孔终孔位置11在基本顶3厚度2/3以上，且要在竖直平面内较为均匀分布，可保证爆破效果最佳；
31.高位顶板预裂钻孔一钻孔尽可能向工作面煤壁7方向倾斜，扩大预裂爆破范围，但综合考虑施工及装药难度，孔深不宜超过50m；
32.高位顶板预裂钻孔四8-4向保护煤柱5侧倾斜，为防止爆破裂隙贯通采空区6，钻孔终孔位11竖直投影应不超过保护煤柱5边界线；
33.高位顶板预裂钻孔二8-2、高位顶板预裂钻孔三布置8-3位置应均匀布置在高位顶板预裂钻孔一8-1与高位顶板预裂钻孔四8-4中间。
34.3、钻孔倾角α：将钻孔开孔位置10与钻孔终孔位置11连接并投影到竖直平面内，即可计算钻孔倾角；
35.4、钻孔深度l。
36.依据钻孔终孔位置11在竖直平面内投影高度及各层位岩层厚度进行计算，即:
37.钻孔深度l＝2/3*基本顶厚度 直接顶厚度 顶煤厚度/sinα
38.5、封孔长度d：按照不小于三分之一钻孔长度l进行计算，即：
39.封孔长度≥1/3钻孔长度
40.6、装药长度d：不大于钻孔深度2/3，综合考虑冲孔等因素，留取一定安全空间，按照钻孔深度1/2进行计算，即：
41.装药长度d＝1/2钻孔长度
42.7、装药量：按照装药长度d进行计算，即：
43.装药量＝封孔长度/药卷长度*每卷药量
44.8、钻孔组间距i：依据工作面周期来压步距进行确定，一般取周期来压步距的一半。
45.步骤三：确定低位预裂钻孔参数
46.1、首先依据高位钻孔8装药长度确定是否施工低位钻孔9，确定依据：
47.若高位钻孔装药长度*sinα≥2/3*基本顶厚度，侧不需要施工低位预裂钻孔，反之，则需施工。
48.2、开孔位置10：低位顶板预裂钻孔三9-3在保护煤柱5侧，另外2孔低位顶板预裂钻孔一9-1和低位顶板预裂钻孔二9-2布置在工作面煤壁7侧，其中低位顶板预裂钻孔一9-1布置在高位顶板预裂钻孔一8-1竖直投影的下方，促进工作面煤壁7侧顶板更容易垮断；另外低位顶板预裂钻孔二9-2布置在保护煤柱5侧，主要弥补高位顶板预裂钻孔三8-3与高位顶板预裂钻孔四8-4钻孔间距较远的不足；
49.为有效防止因爆破顺序不同导致后爆钻孔装药困难，低位顶板预裂钻孔与高位顶板预裂钻孔开孔位置间距0.5m左右。
50.3、终孔位置11：低位顶板预裂钻孔终孔位置高于高位顶板预裂钻孔装药段下部0.5m，并尽量布置在两个高位钻孔中部。为防治爆破裂隙贯通采空区6，保护煤柱5侧低位钻
孔终孔位置竖直投影应不超过保护煤柱5边界线。
51.4、钻孔倾角α：将钻孔开孔位置10与钻孔终孔位置11连接并投影到竖直平面内，即可计算钻孔倾角
52.5、钻孔深度l：
53.依据钻孔终孔位置11在竖直平面内投影高度及各层位岩层厚度进行计算，即:
54.钻孔深度l＝2/3*基本顶厚度-高位钻孔装药长度 直接顶厚度 顶煤厚度/sinα
55.6、封孔长度d：按照不小于三分之一钻孔长度l进行计算，即：封孔长度≥1/3钻孔长度
56.7、装药长度d：低位钻孔9主要对高位钻孔8因封孔长度或装药量限制无法装药爆破的岩石段进行补充预裂，因此其装药长度按照以下方式进行计算：
57.装药长度d＝2/3*基本顶厚度-高位钻孔装药长度 直接顶厚度
58./sinα
59.8、装药量：按照装药长度d进行计算，即：
60.装药量＝封孔长度/药卷长度*每卷药量
61.9、钻孔组间距i：与高位钻孔组间距一致。
62.首先将钻机挪移至钻孔施工位置，准备好便开始施工，根据施工进度，每次施工高位顶板预裂钻孔2-3孔，施工完毕后装药并进行爆破，然后施工剩余高位钻孔，并进行装药爆破，待高位顶板预裂钻孔施工并爆破完毕后，便可施工并爆破低位顶板预裂钻孔，如此，按照组间距|依次自工作面回采方向由内向外进行施工，待高位顶板预裂钻孔、低位顶板预裂钻孔爆破完毕后，工作面回采至预裂爆破段后通过分析矿震频次、能量及周期来压步距等数据判定预裂爆破效果，并根据效果及时调整参数。
63.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。