[發明專利]基于爆轟波碰撞聚能效應的煤礦厚硬頂板分層致裂方法

在審

• 申請號: 201811585434.7
• 申請日: 2018-12-24
• 公開（公告）號: CN109556470A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 陳大勇;黃炳香
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: F42D1/00
• 分類號: F42D1/00;F42D1/08;F42D3/04
• 代理公司: 徐州市三聯專利事務所 32220
• 代理人: 張斌

本發明公開了一種基于爆轟波碰撞聚能效應的煤礦厚硬頂板分層致裂方法，屬于降低煤礦厚硬頂板破斷致災技術領域。主要包括以下步驟，在煤礦工作面的順槽或者工藝巷、頂抽巷內，超前工作面鉆出若干組扇形炮孔，根據需要在每個炮孔內不同位置布置兩個或兩個以上的高精度雷管或電子雷管，裝填炸藥、堵塞、爆破網絡連接后，最后采用齊發爆破的方式引爆炸藥，因為爆轟波碰撞聚能效應，導致在兩個起爆點的中間位置產生長度較長的裂縫，達到分層致裂的目的。本發明基于爆轟波碰撞聚能效應，只是通過增加起爆點的方法，工藝簡單、可操作性強、效果好，可降低厚硬頂板破斷時的致災風險，最終實現煤礦安全生產。

技術領域

本發明涉及降低煤礦厚硬頂板破斷致災的方法，具體為一種基于爆轟波碰撞聚能效應的煤礦分層致裂爆破方法。

背景技術

目前，很多礦區煤層上部賦存著厚硬頂板，厚硬頂板的存在極有可能會造成煤礦開采過程中液壓支架壓死、巷道底鼓，甚至發生沖擊礦壓及煤與瓦斯突出等災害，給安全生產帶來嚴重的安全隱患。減小煤層上覆厚硬頂板的破斷距是降低厚硬頂板破斷致災比較行之有效的方法，減小厚硬頂板的破斷距的主要手段主要有：頂板注水軟化、水壓致裂、超前工作面深孔致裂爆破等。這些方法都取得了很好的成效，但任何手段都不是萬能的，都有一定的適用條件。頂板注水軟化對頂板的礦物組成有較大要求，且遇到構造發育強烈時實施較為困難，并且注水軟化后還需要爆破弱化頂板，水壓致裂受應力方向及裂紋發育方向影響較大。爆破方法受厚硬頂板的應力方向、裂隙發育方向影響較小，對煤礦地質賦存條件有較大的適應性，但其弱化范圍受到一定的限制。

根據頂板的破斷距計算公式：

固支梁：，簡支梁：，懸臂梁：

其中為頂板的破斷距，m；為巖層厚度，m；為上覆巖層載荷MPa；為頂板巖層抗拉強度MPa。從公式中可以看出破斷距與巖層的厚度、成正比例關系，與成反比例關系，故通過減小巖層厚度是減小巖層破斷距最方便的方法。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足之處，本發明提供一種基于爆轟波碰撞聚能效應的煤礦厚硬頂板分層致裂方法，利用爆轟波碰撞聚能效應，增加了在爆轟波碰撞位置處的裂紋長度，在各個炮孔的碰撞處形成裂紋面，達到厚硬巖層分層的目的，最終減小厚硬頂板的破斷距，降低其破斷致災風險。

本發明是通過如下技術方案實現的：一種基于爆轟波碰撞聚能效應的煤礦厚硬頂板分層致裂方法，

包括以下步驟：

步驟（1）、在煤礦工作面的順槽內超前工作面鉆若干組扇形炮孔，每組扇形炮孔中：炮孔長度、炮孔角度、炮孔數量、炮孔組間距由煤礦工作面長度、厚硬頂板與煤礦工作面的相對位置及其物理力學參數、炸藥參數綜合確定。

步驟（2）、根據厚硬頂板的實際情況，在每組的炮孔內布置2個或2個以上雷管，并保證每個炮孔內的兩個雷管連線的中點處所在的垂直于炮孔的截面與相鄰炮孔的兩個雷管連線的中點處所在的垂直于炮孔的截面基本在同一個平面內；扇形炮孔布置時，使相鄰炮孔的碰撞面所形成角度盡可能大。

步驟（3）、對所有炮孔進行裝藥、封孔、然后連線進行齊發爆破，利用爆轟波碰撞的聚能效應在爆轟波碰撞位置處形成一個貫通面，從而實現厚硬頂板的分層，最終實現分層破斷。

進一步地，所述步驟（1）中，根據煤礦開采的實際條件，所述的炮孔位置替換為在工作面的工藝巷或頂抽巷位置。

進一步地，所述步驟（2）中，如果厚硬頂板的厚度過大，進行2分層致裂爆破后，巖層的破斷距仍然較大時，在每個炮孔布置3個或3個以上的雷管，進行3分層或3分層以上的爆破。

進一步地，所述步驟（2）中，布置在炮孔內的雷管要求起爆時間精度為1ms，最好選用高精度雷管或電子雷管。進一步地，在總藥量不超過一次起爆安全藥量情況下，對兩組或兩組以上的的扇形炮孔組進行齊發爆破。