[發(fā)明專利]一種厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預裂方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510019896.2
• 申請日: 2015-01-15
• 公開（公告）號: CN104712338A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發(fā)明（設計）人: 秦廣鵬;蔣金泉;曹靜;張培鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21C45/00
• 代理公司: 泰安市泰昌專利事務所 37207
• 代理人: 于洪偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預裂方法。

背景技術(shù)

我國煤層賦存條件復雜，屬于堅硬頂板的煤層約占三分之一左右，且分布在50%以上的礦區(qū)，隨著綜合機械化采煤技術(shù)的發(fā)展，有38％的綜采工作面屬于來壓強烈的堅硬頂板，堅硬頂板的大面積懸露特性給礦山安全生產(chǎn)帶來了嚴峻挑戰(zhàn)。

以往改變堅硬巖層的力學性質(zhì)多采用注水弱化頂板，通過水的壓裂和軟化，降低巖體強度和完整性，達到頂板易冒落的目的。但注水目前存在著效率低，某些頂板軟化效果差等缺點，提高注水弱化頂板的效率、減少工程量，降低注水成本等是研究和發(fā)展注水法的重點。

爆破法放頂破壞巖體的完整性是一種可行的頂板處理方法，其中采前預爆破，干擾回采工序較小，但炸藥消能量很大，成本較高，特別是大量的炸藥在井下爆破，污染嚴重，這種方法今后的發(fā)展將爆破的位置選擇在頂板拉應力最大區(qū)域和要控制的來壓步距位置，從而減少鉆孔工程量和炸藥消耗量，降低頂板處理成本。采后爆破中淺孔循環(huán)放頂和步距式深孔放頂，干擾回采工序，影響回采進度，不利于高產(chǎn)高效的機械化生產(chǎn)。

兩巷斷頂法雖然不影響采場生產(chǎn)，但對于某些完整性強的頂板，放頂效果較差，這種方法配合強力液壓支架，尚有一定適用范圍，其實質(zhì)是以高阻力支架控制為主，爆破斷頂為捕。而從在某些條件下可采取步距式斷頂，即在支架可承受的來壓步距內(nèi)，打扇形深孔、爆破斷頂，迫使頂板按步距冒落。

以往對堅硬頂板的處理均單一依靠高壓水或者炸藥的作用，而未考慮礦山壓力對預裂巖層的主要壓裂作用，因而同等治理效果下工程量大、材料成本高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預裂方法，以工作面開采超前支承壓力為主要作用因素，在利用炸藥對高、低位硬厚巖層預裂爆破處理的基礎上，輔以預裂裂隙的高壓注水致裂，與常規(guī)硬厚頂板治理方法相比較具有工程量小、材料消耗少、實施效果好的優(yōu)點。

一種厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預裂方法，通過以下步驟實現(xiàn)：

1）根據(jù)工作面上覆硬厚巖層支承條件，計算硬厚巖層破斷步距，確定循環(huán)爆破距離；

2）根據(jù)炸藥性能參數(shù)及硬厚巖層物理力學參數(shù)，計算爆破裂隙區(qū)范圍，確定炮孔布置參數(shù)；

3）工作面進風巷和工作面回風巷內(nèi)，在低位硬厚巖層內(nèi)沿回采工作面推進方向布置扇形旋轉(zhuǎn)炮孔，對低位硬厚巖層進行預裂爆破；

4）工作面進風巷和工作面回風巷內(nèi)，在高位硬厚巖層內(nèi)布置走向截斷孔，將高位硬厚巖層的邊界支承條件設置為簡支支承或自由支承條件，對高位硬厚巖層進行碎裂；

5）在低位硬厚巖層預裂爆破后，選擇低位硬厚巖層的扇形旋轉(zhuǎn)炮孔作為高壓注水孔，進行高壓注水，進一步壓裂巖體，擴大巖層裂隙發(fā)育區(qū)的范圍。

步驟3）中扇形旋轉(zhuǎn)炮孔孔底連線與頂板自然斷裂半O-X破裂圈三角形弧板裂隙帶分布基本一致。

步驟3）中所述低位硬厚巖層的預裂爆破需要留設2-3米的保護層。

步驟4）中走向截斷炮孔孔底達到高位硬厚巖頂部，在走向截斷炮孔對應高位硬厚巖層部分進行裝藥并控制裝藥量不超過炮孔長度的60%。

步驟5）中高壓注水孔的注水壓力不低于10Mpa，單孔注水時間不小于60min。

步驟3）、4）、5）中高、低位硬厚巖層爆破預裂及高壓注水均在支承壓力峰值范圍以外進行。

本發(fā)明設計了雙層硬厚巖層低位碎裂、高位斷裂、水壓致裂、礦山壓力再致裂四位一體的預裂模式，通過確定工作面超前支承壓力范圍，在支承壓力范圍以外對厚煤層上方雙層硬厚巖層實施預裂爆破，實現(xiàn)煤層頂板的有效冒落；通過計算不同邊界支承條件下硬厚巖層破斷步距，確定合理的預裂爆破步距；沿工作面進風巷和回風巷，在低位硬厚巖層中向工作面推進方向布置扇形旋轉(zhuǎn)炮孔，實現(xiàn)低位硬厚巖層端部的有效破碎，隨采隨冒；沿工作面進風巷和回風巷，布置走向截斷孔對高位硬厚巖層實施拉槽截斷爆破，改變高位硬厚巖層的支承條件，實現(xiàn)高位硬厚巖層的有效回轉(zhuǎn)斷裂；對爆破后預裂深孔實施高壓注水，利用高水壓對爆生裂隙進一步致裂；預裂爆破及高壓注水均在支承壓力峰值區(qū)域以外實施，實現(xiàn)預裂及水壓裂隙在支承壓力作用下的進一步擴展，真正解決雙層硬厚巖層難以冒落的問題，施工材料消耗少，工程量小，節(jié)約人力物力，降低生產(chǎn)成本，實施效果顯著，具有很高的實際應用價值。

附圖說明

圖1?巖層O-X型破斷形式示意圖；

圖2?低位硬厚巖層碎裂爆破示意圖；