[發(fā)明專利]一種綜掘工作面過硬巖正斷層爆破方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210095482.8
• 申請(qǐng)日: 2022-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN114577078A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬國(guó)棟;劉澤功;高魁;張健玉;傅師貴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F42D1/00
• 分類號(hào): F42D1/00;F42D3/04;E21D9/00;G06F30/20
• 代理公司: 北京同輝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11357
• 代理人: 何靜

1.一種綜掘工作面過硬巖正斷層爆破方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、利用數(shù)值模擬軟件模擬在正斷層構(gòu)造區(qū)域使用普通爆破方式爆破，根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算的結(jié)果，截取數(shù)值模型不同時(shí)刻的有效應(yīng)力云圖進(jìn)行對(duì)比分析，找出有效應(yīng)力集中區(qū)域，有效應(yīng)力集中區(qū)域即為普通爆破擾動(dòng)正斷層構(gòu)造危險(xiǎn)區(qū)域；

S2、利用相似模擬，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)構(gòu)建煤巖模型開展爆破相似模擬實(shí)驗(yàn)，根據(jù)應(yīng)力大小、超聲波CT檢測(cè)結(jié)果，反推所屬正斷層普通爆破會(huì)造成的瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域；

S3、根據(jù)正斷層落差推算其構(gòu)造帶控制范圍L，L＝4*H，H為正斷層落差，L為距離斷層面的長(zhǎng)度，當(dāng)工作面遇到硬巖時(shí)，若硬巖距離斷層面的距離小于L，則工作面進(jìn)入正斷層構(gòu)造控制區(qū)域，開始使用聚能爆破技術(shù)弱化硬巖；

S4、在斷層工作面上設(shè)置聚能爆破孔和控制孔，控制孔尺寸和爆破孔尺寸完全相同；

S5、以數(shù)值模擬軟件和相似模擬實(shí)驗(yàn)推出的普通爆破造成的瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域作為指導(dǎo)，來布置聚能爆破的聚能方向，聚能方向應(yīng)該避開瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域，達(dá)到減少擾動(dòng)瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域的目的；

S6、將聚能藥卷填充至爆破孔中實(shí)現(xiàn)定向爆破，聚能藥卷由PVC管制成，紫銅藥型罩按照預(yù)設(shè)聚能方向固定在PVC管內(nèi)部，使用二級(jí)煤礦許用水膠炸藥填充，制成聚能藥卷；

S7、采用正向起爆方式起爆，每個(gè)爆破孔安裝并聯(lián)的同段毫秒延期電雷管以保證起爆可靠，爆破孔之間采用串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)起爆，雷管引出爆破孔后使用水泥砂漿封孔，控制孔不裝藥為空孔，但為防止泄壓，保證爆生氣體作用效果，需要對(duì)控制孔孔口進(jìn)行封堵；

S8、爆破弱化硬巖結(jié)束，使用綜掘機(jī)掘進(jìn)，掘進(jìn)完后循環(huán)往復(fù)，直至工作面離開正斷層構(gòu)造控制區(qū)域，即工作面距斷層面距離大于L。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綜掘工作面過硬巖正斷層爆破方法，其特征在于，S1具體包括如下步驟：

S1.1、利用三維數(shù)值模擬軟件創(chuàng)建幾何模型，將幾何模型導(dǎo)入數(shù)值模擬軟件，依據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)煤巖材料的力學(xué)參數(shù)，定義模擬中的煤巖材料的各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，并定義炸藥材料參數(shù)，模擬普通爆破擾動(dòng)正斷層模型情況，以期初步探究普通爆破作用下含正斷層模型的有效應(yīng)力分布狀態(tài)；

S1.2、數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)束后，截取數(shù)值模型不同時(shí)刻的爆炸應(yīng)力云圖進(jìn)行對(duì)比分析。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綜掘工作面過硬巖正斷層爆破方法，其特征在于，S2具體包括如下步驟：

S2.1、搭建模擬地應(yīng)力和瓦斯賦存環(huán)境的試驗(yàn)平臺(tái)，并模擬現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境；

S2.2、實(shí)時(shí)采集爆破過程中模型應(yīng)力測(cè)點(diǎn)位置不同方向的應(yīng)變值，對(duì)于平面應(yīng)力模型，根據(jù)應(yīng)變值按照如下公式計(jì)算相應(yīng)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值，

上式中：σ_T為測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值，ε₁為水平方向應(yīng)變，ε₂為45°方向應(yīng)變，ε₃為垂直方向應(yīng)變，E為彈性模量；

S2.3、對(duì)爆破前后的模型進(jìn)行檢測(cè)，獲取超聲波波速在模型中的首波走時(shí)數(shù)據(jù)，通過對(duì)比超聲波波速的變化情況定量分析模型的破壞程度；

S2.4、制作普通爆破藥卷；

S2.5、制作正斷層模型，并設(shè)置爆破孔和應(yīng)力測(cè)點(diǎn)，將模型裝入爆破模擬試驗(yàn)裝置，并在爆破孔內(nèi)裝入爆破藥卷進(jìn)行普通爆破；

S2.6、對(duì)爆破裂紋擴(kuò)展情況分析；

S2.7、超聲波檢測(cè)煤巖破壞程度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種綜掘工作面過硬巖正斷層爆破方法，其特征在于，S4具體包括如下步驟：

S4.1、根據(jù)正斷層的構(gòu)造特征定義煤巖體材料，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)的煤巖原始力學(xué)參數(shù)設(shè)置數(shù)值模擬中煤巖材料力學(xué)參數(shù)；

S4.2、根據(jù)數(shù)值模擬計(jì)算，對(duì)聚能方向上距爆破孔不同距離的有效應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，找出有效應(yīng)力數(shù)值等于巖石抗拉強(qiáng)度的點(diǎn)，并確定其距離炮孔的距離L2，L2即為聚能方向裂隙擴(kuò)展最大長(zhǎng)度，非聚能方向上裂紋長(zhǎng)度L3＝L2/1.25；

S4.3、爆破孔布置位置根據(jù)巷道寬度為K，K/2L2＝N……n，若n0則水平方向炮孔數(shù)量為N+1個(gè)，若n＝0則炮孔數(shù)量為N個(gè)，為確保圍巖不受爆破裂隙影響，炮孔布置原則為先保證炮孔距離巷道圍巖的距離等于L2，再等距離布置其余爆破孔；

S4.4、炮孔排間距L4＝2L3，控制孔位置在兩排爆破孔正中間，控制孔數(shù)量比爆破孔數(shù)量少一個(gè)。