一种顶板预裂爆破施工方法

技术领域

本发明涉及顶板预裂爆破技术领域，具体地，涉及一种顶板预裂爆破施工方法。

背景技术

近年来随着煤矿开采深度和开采强度的增加，造成煤矿开采中扰动作用及覆岩活动加剧，导致煤矿的采场空间应力状态变得愈发复杂，复杂的采场围岩应力极易诱发生冲击地压的发生，特别是当开采区域上方存在厚硬顶板时，在高强度开采或覆岩运动等因素的影响下，将会增大冲击地压发生的可能性。

顶板预裂爆破技术作为一种简单有效的煤岩体卸压方法，成本低，见效快，工序简单,得到广泛的应用。顶板预裂爆破技术通过爆破改变煤岩体的承载结构，降低煤岩体的承载能力，有效的规避煤岩体应力集中，减小冲击地压发生的可能性，并且效果直观可见。

但是，当厚硬砂岩层强富含水时，顶板钻孔存在封孔难度高、劳动强度高、封孔效率低、封孔强度低等问题，为顶板爆破封孔带来极大挑战，顶板爆破效果不理想。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明实施例提出一种顶板预裂爆破施工方法，该顶板预裂爆破施工方法能够保证顶板爆破效果。

本发明实施例的顶板预裂爆破施工方法，包括以下步骤：

S1、根据爆破岩层层位施工顶板钻孔；

S2、向顶板钻孔内装入二级煤矿许用乳化炸药；

S3、安装浆料搅拌及泵送设备；

S4、在顶板钻孔内安装第一囊袋以对涌水进行封堵；

S5、在顶板钻孔内安装第二囊袋以对顶板钻孔进行下层封堵，第一囊袋和第二囊袋之间形成无涌水存在的浇筑腔；

S6、向浇筑腔内泵送浆料，使浆料充满浇筑腔；

S7、拆卸浆料搅拌及泵送设备；

S8、待浆料凝固后，引爆二级煤矿许用乳化炸药进行爆破。

本发明实施例的顶板预裂爆破施工方法通过双端封孔，降低涌水对浇筑腔的影响，提高顶板钻孔的封孔质量和封孔效率，保证顶板爆破效果。

在一些实施例中，在S2中，在固定二级煤矿许用乳化炸药时，通过PVC管盛装二级煤矿许用乳化炸药，且在PVC管外侧设有卡固件，通过卡固件对PVC管的位置进行固定。

在一些实施例中，卡固件为八爪型倒刺，八爪型倒刺同轴设于PVC管上且沿PVC管轴向间隔设有多个，在对PVC管进行固定时，八爪型倒刺卡固在顶板钻孔内以对PVC管的位置进行固定。

在一些实施例中，浆料搅拌设备包括搅拌器泵和搅拌桶，搅拌器泵上连接有搅拌叶轮，搅拌叶轮伸入到搅拌桶内以对浆料进行搅拌。

在一些实施例中，浆料泵送设备包括注浆泵和输浆管，注浆泵的进料端设置在搅拌桶内，输浆管设置在注浆泵的出料端。

在一些实施例中，在S1中，开挖顶板钻孔过程中，当顶板钻孔内出现涌水时，通过钻杆伸入顶板钻孔内的长度，即可确定顶板钻孔内的涌水位置。

在一些实施例中，第一囊袋内设有空腔，且第一囊袋的底部设置有第一泵送孔，第一泵送孔的内部设有第一止逆阀，在S4中，先将第一囊袋移动到涌水位置或涌水位置下方，再将泵送设备与第一泵送孔连接以向第一囊袋内泵送浆料并充满第一囊袋，第一止逆阀用于防止浆料从第一囊袋内泄漏以维持第一囊袋内的浆料压力，第一囊袋通过浆料固定在顶板钻孔内，对涌水进行封堵。

在一些实施例中，第二囊袋内设有空腔，第二囊袋的底部设置有第二泵送孔，第二泵送孔的内部设有第二止逆阀，在S5中，将第二囊袋移动顶板钻孔下层位置，将泵送设备与第二泵送孔连接以向第二囊袋内泵送浆料并充满第二囊袋，第二止逆阀用于防止浆料从第二囊袋内泄漏以维持第二囊袋内的浆料压力，第二囊袋通过浆料固定在顶板钻孔下层位置，且对顶板钻孔下层进行封堵。

在一些实施例中，第二囊袋的顶部连通有端部密封的延伸管，延伸管伸入到浇筑腔内且延伸管上有爆破阀，爆破阀用于在延伸管内压力达到设定压力时破裂，在S5中，第二囊袋内充满浆料且固定好位置后，继续向第二囊袋内泵入浆料以增大延伸管内的压力使爆破阀破裂，继续泵送浆料使浆料进入浇筑腔内。

在一些实施例中，第二囊袋与顶板钻孔之间穿设有返浆管，返浆管的伸入浇筑腔内的一端位于第一囊袋底部，在S6中，浇筑腔内充满浆料后，浆料通过返浆管返浆。

附图说明

图1是本发明实施例的顶板预裂爆破施工方法的流程图。

图2是本发明实施例的顶板预裂爆破施工方法中的施工示意图。

图3是本发明实施例的顶板预裂爆破施工方法中第二囊袋的连接示意图。

附图标记：

顶板钻孔1；浇筑腔11；

二级煤矿许用乳化炸药2；

第一囊袋3；

第二囊袋4；

卡固件5；

搅拌器泵6；搅拌桶61；搅拌叶轮62；

注浆泵7；输浆管71；

延伸管8；爆破阀81；

返浆管9。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例的顶板预裂爆破施工方法，包括以下步骤：S1、根据爆破岩层层位施工顶板钻孔1；S2、向顶板钻孔1内装入固定二级煤矿许用乳化炸药2；S3、安装浆料搅拌及泵送设备；S4、在顶板钻孔1内安装第一囊袋3以对涌水进行封堵；S5、在顶板钻孔1内安装第二囊袋4以对顶板钻孔1进行下层封堵，第一囊袋3和第二囊袋4之间形成无涌水存在的浇筑腔11；S6、向浇筑腔11内泵送浆料，使浆料充满浇筑腔11；S7、拆卸浆料搅拌及泵送设备；S8、待浆料凝固后，引爆二级煤矿许用乳化炸药2进行爆破。

本发明实施例的顶板预裂爆破施工方法通过对顶板钻孔1进行双端封孔，降低涌水对浇筑腔11的影响，提高顶板钻孔1的封孔质量和封孔效率，保证顶板爆破效果。

在一些实施例中，如图2所示，在S2中，在固定二级煤矿许用乳化炸药2时，通过PVC管盛装二级煤矿许用乳化炸药2，且在PVC管外侧设有卡固件5，通过卡固件5对PVC管的位置进行固定。

通过PVC管盛装，便于对二级煤矿许用乳化炸药2进行归集和统一输送，在PVC管外侧设卡固件5，便于对PVC管的位置进行固定，进而保证将二级煤矿许用乳化炸药2固定于爆破位置。

在一些实施例中，卡固件5为八爪型倒刺，八爪型倒刺同轴设于PVC管上且沿PVC管轴向间隔设有多个，在对PVC管进行固定时，八爪型倒刺卡固在顶板钻孔1内以对PVC管的位置进行固定。

通过设置八爪型倒刺，在PVC管相对顶板钻孔1向下发生位移时，八爪型倒刺可插接在顶板钻孔1内，以保证对PVC管的位置的固定。

可选的，八爪型倒刺包括多个刺爪，刺爪的顶端通过环形固定圈固定在PVC管上，且刺爪的顶端与固定圈铰接连接，固定圈的下方设置有套设于PVC管上的固定筒，刺爪上固定连接有顶撑弹簧，顶撑弹簧的另一端与固定筒连接，顶撑弹簧用于将刺爪弹起，以便于在PVC管相对顶板钻孔1向下发生位移时，八爪型倒刺可插接在顶板钻孔1内，进而保证对PVC管的位置的固定。

在一些实施例中，卡固件5为钢绞线。

通过钢绞线对PVC管进行固定，可降低固定件的成本。

在一些实施例中，如图2所示，浆料搅拌设备包括搅拌器泵6和搅拌桶61，搅拌器泵6上连接有搅拌叶轮62，搅拌叶轮62伸入到搅拌桶61内以对浆料进行搅拌。

通过搅拌叶轮62对搅拌桶61内的浆料进行搅拌，加工方便，且确保浆料混合均匀。

在一些实施例中，如图2所示，浆料泵送设备包括注浆泵7和输浆管71，注浆泵7的进料端设置在搅拌桶61内，输浆管71设置在注浆泵7的出料端。

通过输浆管71将注浆泵7从搅拌桶61内泵出的浆料输送到待浇筑位置，泵送方便。

在一些实施例中，在S1中，开挖顶板钻孔1过程中，当顶板钻孔1内出现涌水时，通过钻杆伸入顶板钻孔1内的长度，即可确定顶板钻孔1内的涌水位置。

通过钻杆伸入顶板钻孔1内的长度，可准确确定涌水位置，便于对第一囊袋3的安装位置进行确定。

在一些实施例中，如图2所示，第一囊袋3内设有空腔，且第一囊袋3的底部设置有第一泵送孔，第一泵送孔的内部设有第一止逆阀，在S4中，先将第一囊袋3移动到涌水位置或涌水位置下方，再将泵送设备与第一泵送孔连接以向第一囊袋3内泵送浆料并充满第一囊袋3，第一止逆阀用于防止浆料从第一囊袋3内泄漏以维持第一囊袋3内的浆料压力，第一囊袋3通过浆料固定在顶板钻孔1内，对涌水进行封堵。

通过向第一囊袋3内泵送浆料，在第一囊袋3内充满浆料后，囊袋的周侧鼓起，以便于对顶板钻孔1的通道进行封堵，并使第一囊袋3固定在顶板钻孔1内，同时设置在第一泵送孔位置的第一止逆阀能够保证。

可选的，泵送设备与第一泵送孔之间连接有第一输料管，第一输料管的位于顶板钻孔1内的部分浇筑在顶板钻孔1内。

在一些实施例中，第一囊袋3包括密封连接的第一上顶面、第一下顶面和设置在第一上顶面与第一下顶面之间的第一侧面，第一上顶面与第一下顶面平行设置且为直径相等的圆形，第一上顶面与第一下顶面之间设有第一顶撑件，第一顶撑件用于对第一上顶面与第一下顶面之间的距离进行固定，以避免第一囊袋3的轴向尺寸发生变化，第一侧面具有弹性，用于在浆料的作用下与顶板钻孔1的内壁贴合。

第一囊袋3的第一上顶面和第一下顶面便于第一囊袋3在顶板钻孔1内输送，且具有弹性的第一侧面可在泵送浆料时，随着浆料的压力变化进行变化以与顶板钻孔1的周侧紧贴，第一顶撑件对第一囊袋3的轴向尺寸进行固定，便于保证第一囊袋3的第一侧面对顶板钻孔1的顶撑，以保证对顶板钻孔1的封孔效果。

在一些实施例中，在S4中，对第一囊袋3进行移动时，可先向第一囊袋3内泵送部分浆料，以将第一囊袋3撑起，且使第一囊袋3的周侧与顶板钻孔1之间存在间距，当第一囊袋3在顶板钻孔1内移动时，第一囊袋3会对顶板钻孔1内的涌水进行部分阻挡，进而减小顶板钻孔1内第一囊袋3下方的涌水水流，当第一囊袋3位于涌水位置上方时，处于第一囊袋3下方的涌水水流将变大，依次对涌水位置进行复核。

对第一囊袋3进行部分充浆以使第一囊袋3撑起，便于在顶板钻孔1内对第一囊袋3进行输送，且通过撑起的第一囊袋3便于观察顶板钻孔1内位于第一囊袋3下方的水流大小，以对涌水位置进行复核，以保证第一囊袋3的固定位置能够对涌水进行封堵，保证封孔质量。

在一些实施例中，如图2所示，第二囊袋4内设有空腔，第二囊袋4的底部设置有第二泵送孔，第二泵送孔的内部设有第二止逆阀，在S5中，将第二囊袋4移动顶板钻孔1下层位置，将泵送设备与第二泵送孔连接以向第二囊袋4内泵送浆料并充满第二囊袋4，第二止逆阀用于防止浆料从第二囊袋4内泄漏以维持第二囊袋4内的浆料压力，第二囊袋4通过浆料固定在顶板钻孔1下层位置，且对顶板钻孔1下层进行封堵。

通过第二囊袋4对顶板钻孔1的下层位置进行封堵，操作便捷，封孔效率高。

在一些实施例中，第二囊袋4包括密封连接的第二上顶面、第二下顶面和设置在第二上顶面与第二下顶面之间的第二侧面，第二上顶面与第二下顶面平行设置且为直径相等的圆形，第二上顶面与第二下顶面之间设有第二顶撑件，第二顶撑件用于对第二上顶面与第二下顶面之间的距离进行固定，以避免第二囊袋4的轴向尺寸发生变化，第二侧面具有弹性，用于在浆料的作用下与顶板钻孔1的内壁贴合。

第二囊袋4的第二上顶面和第二下顶面便于第二囊袋4在顶板钻孔1内输送，且具有弹性的第二侧面可在泵送浆料时，随着浆料的压力变化进行变化以与顶板钻孔1的周侧紧贴，第二顶撑件对第二囊袋4的轴向尺寸进行固定，便于保证第二囊袋4的侧面对顶板钻孔1的顶撑，以保证对顶板钻孔1的封孔效果。

在一些实施例中，如图3所示，第二囊袋4的顶部连通有端部密封的延伸管8，延伸管8伸入到浇筑腔11内且延伸管8上有爆破阀81，爆破阀81用于在延伸管8内压力达到设定压力时破裂，在S5中，第二囊袋4内充满浆料且固定好位置后，继续向第二囊袋4内泵入浆料以增大延伸管8内的压力使爆破阀81破裂，继续泵送浆料使浆料进入浇筑腔11内。

通过在第二囊袋4的顶部连通带有爆破阀81的延伸管8，可在对第二囊袋4固定后继续向浇筑腔11内，浇筑更加便捷，提高整个顶板钻孔1的封孔的效率。

在一些实施例中，第二囊袋4为分节囊袋。

通过将第二囊袋4设置为分节囊袋，可适用于顶板留煤多及直接顶裂隙发育充分的巷道。

在一些实施例中，如图2所示，第二囊袋4与顶板钻孔1之间穿设有返浆管9，返浆管9的伸入浇筑腔11内的一端位于第一囊袋3底部，在S6中，浇筑腔11内充满浆料后，浆料通过返浆管9返浆。

通过返浆管9，浇筑腔11内的空气和浆料均可通过返浆管9排出浇筑腔11，便于浆料的浇筑，且可通过返浆管9内是否返浆来判断浇筑腔11内是否浇筑密实，可保证浇筑腔11内的浇筑质量，以提高顶板钻孔1的封孔质量。

在一些实施例中，返浆管9在开始返浆后，将返浆管9浇筑在浇筑腔11内。

将返浆管9浇筑在浇筑腔11内，保证浇筑腔11的密实，进而保证顶板钻孔1的封孔质量。

本发明实施例的顶板预裂爆破施工方法具有以下优点：

(1)可快速找到涌水位置，并将涌水与注浆封孔材料隔离开，降低涌水对浇筑腔的影响，提高顶板钻孔的封孔质量和封孔效率，保证顶板爆破效果。

(2)保证了现场施工安全，降低冲孔风险。

(3)通过进行双端注浆封孔，操作简单，减少作业人数，作业效率高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体地限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。