[發明專利]一種確定有效采空區放頂爆破方案的方法

有效

• 申請號: 201510245130.6
• 申請日: 2015-05-14
• 公開（公告）號: CN104850695B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 張勇志;賈寶山;尹彬;江偉;宿國瑞;陳健;陸凱
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06Q50/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種確定有效采空區放頂爆破方案的方法，其特征在于，為制定合理的采空區強制放頂爆破方案，根據上覆巖層的急傾斜性并伴有水平裂隙發育的實際情況制訂了方案，并使用基于顆粒流理論進行了模擬；考慮到上覆巖層特點和代表性，設置了爆破點連線相互垂直的兩組方案。模擬了兩組方案不同工況下的爆破過程；其包括如下步驟：采空區模型的建立、爆破方案設計；本發明可用于采空區放頂爆破的方案選擇。

技術領域

本發明涉及礦業工程，特別是涉及采空區放頂爆破的方案選擇。

背景技術

堅硬難垮落頂板的控制一直是礦山壓力理論和實踐研究中的一項重要內容。為讓堅硬難垮落頂板在開采過程中容易垮落，必須改變影響堅硬頂板難垮落的因素。采用爆破手段可以減弱巖體的整體性，增加層理和裂隙，從而達到頂板的順利垮落。頂板事故在煤礦事故中比例最大，尤其是在頂板堅硬、不易冒落的開采條件下，采空區大面積懸露頂板的突然垮落極易形成颶風沖擊，造成人員傷亡和設備損壞。

對上覆堅硬且構造復雜的巖體進行爆破強制放頂的相關研究已取得了一些進展。參考文獻。周登輝等的大傾角堅硬頂板深孔超前預爆破研究與應用；伍永平等的堅硬頂板綜放工作面超前弱化模擬研究；張杰的淺埋煤層頂板深孔預爆強制初放研究；高魁等深孔爆破在深井堅硬復合頂板沿空留巷強制放頂中的應用；張春雷等大傾角大采高綜采工作面堅硬頂板控制技術；曹勝根等采場上覆堅硬巖層破斷的數值模擬研究。

確定對某礦在特殊地質構造條件下，采空區上覆巖層進行爆破方案的合理性，并通過模擬結果研究上覆巖層運移和爆破產生裂隙的發育特點。該上覆巖層為向斜左翼，是急傾斜的。不但向斜存在成層巖體構造，且巖體中還存在水平裂隙發育。在這種環境下進行上覆巖層頂板爆破的相關研究并不充分，其巖層運移規律必定不同于一般情況，是值得深入研究的問題。

方法提出對該地質條件下形成的采空區進行模擬，研究爆破后的上覆巖層運移和爆破產生裂隙發展規律，為實際的采空區處理提供依據。

發明內容

一種確定有效采空區放頂爆破方案的方法，為制定合理的采空區強制放頂爆破方案，根據上覆巖層的急傾斜性并伴有水平裂隙發育的實際情況制訂了方案，并使用基于顆粒流理論進行了模擬；考慮到上覆巖層特點和代表性，設置了爆破點連線相互垂直的兩組方案。模擬了兩組方案不同工況下的爆破過程；其包括如下步驟：采空區模型的建立、爆破方案設計；本發明可用于采空區放頂爆破的方案選擇。

考慮到巖土體形成過程是由于風化、沉積等作用使顆粒在豎直方向從下到上逐層堆積形成的，并經過自然壓實的過程，使用下落法構造模型。

為了模擬掘進過程中上覆巖層的運移，該地質剖面模型(x方向)長300m，高(z方向)300m(底面距地表300m)；地質條件復雜，從左向右分層較多，且巖性不同，平均傾角達87°；由于PFC3D建模的特殊性，結合地質勘查結果，考慮到砂巖、砂質泥巖和砂巖形成的巖體，及其之間裂隙尺度，將顆粒(ball)半徑設為0.6～0.9m的正太分布。

模型邊界條件為模型上頂面自由，其余面均在x、y、z三個方向固定；同時為了表現該模型邊緣與外界巖體接觸的實際效果，設固定面的摩擦系數為平均值0.5。

為了模擬向斜左翼分層構造和水平方向存在的裂隙發育，根據發育的特征使用PFC3D中的JSET來模擬這些構造；JSET命令可以模擬巖體中節理等軟弱面；具體地，表層黃土和碎石中不存在裂隙發育，不設施JSET；在模型z方向的10～250m區域內設置JSET。對于向斜左翼的模擬，考慮到實際情況和計算量的因素，設置構造面間巖層水平方向厚度為10m，左翼總水平厚度240m，傾斜角87°高度10～250m。對于水平裂隙的模擬，根據勘察所得，設距地表50～100m，裂隙間距為5m；距地表100～150m，裂隙間距為10m；距地表150～210m，裂隙間距為20m。分層的層間和水平裂隙間的法向和切向連接強度為0，巖體內部的法向和切向連接強度為108Pa，其摩擦系數均為0.5。