一种煤矿高地应力坚硬顶板切顶卸压方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采领域，具体涉及一种煤矿高地应力坚硬顶板切顶卸压方法。

背景技术

随着我国煤矿开采深度的增加，采煤工作面承受的地应力逐渐增大，回采巷道维护困难。特别是在高地应力坚硬顶板条件下，当煤层开采后，煤层顶板大幅度整体下沉，煤帮发生严重片帮或挤出，巷道严重变形，底鼓量大，甚至部分矿井出现冲击地压事故。为解决在高地应力条件下的岩层控制问题，提出爆破切顶卸压技术，在坚硬厚顶板岩层条件下，采取顶板切割措施，改善顶板的冒落性，降低回采工作面覆岩向相邻工作面的荷载转移比例。降低采动载荷增加值，从而达到减轻回采巷道变形、破坏的目的，形成一种煤矿高地应力坚硬顶板切顶卸压成套装备及使用方法。

采用“超前预裂切缝+顶板补强支护”为主体的方案设计，通过超前预裂切缝切断采空区侧顶板与巷道上方顶板之间的联系，进而减弱顶板垮落动压对巷道的扰动作用，同时有利于采空区顶板对巷道的扰动作用，同时有利于采空区顶板沿切缝垮落形成巷帮。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿高地应力坚硬顶板切顶卸压方法，本发明有利于采空区顶板沿切缝垮落形成巷帮。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种煤矿高地应力坚硬顶板切顶卸压方法，包括以下步骤：

S1：根据工作面煤厚度确定小煤柱宽度；

S2：选取爆破孔；在沿空巷道上，以一定的间距分别布设一排爆破孔，爆破孔位置与煤柱帮之间的距离不大于500mm；且一次爆破的爆破孔在同一条直线上；

S3：向爆破孔内填装炸药；

S4：引爆炸药形成断裂面，岩层在断裂面处破断，并滑落至采空区即可实现切顶部分的泄压。

进一步的，所述步骤S1中小煤柱宽度的确定的方法为：

a＝x

其中a为小煤柱宽度；

x

b为沿空巷道宽度；

c为帮锚杆长度。

当计算的小煤柱宽度值a小于3m时，取a＝3m；当计算的小煤柱宽度值a大于8m时，取a＝6m。

进一步的，所述帮锚杆长度为2.5m。

进一步的，所述步骤S3中，爆破孔的装药量为：

Q＝k×H×q；

其中Q为单孔装药量，单位为g/孔；

H为钻孔深度；

K为装药系数，其中K＝2/3；

Q为单孔装药密度，单位为g/(m·孔)。

进一步的，所述步骤S3中，爆破孔的装药方式为：

(1)装药段分为上、中、下三个部分，分别在这三个部分进行装药。

(2)下部位于装药段底部，药卷数量为总数的17％。

(3)中部位于装药段中部，药卷数量为总数的33％。

(4)上部位于装药段顶部，药卷数量＝药卷总数－下部药卷数－中部药卷数。

(5)封孔段长度L

进一步的，所述封孔段共分为两个部分，分别为水泡泥段和炮泥段；其中，水泡泥长1m，其余为炮泥。

进一步的，所述炸药的引爆方式为采用煤矿许用电雷管引爆，电雷管正向装药，装药段上部和中部每部分布置2发电雷管，下部布置1发电雷管，每个爆破孔5发电雷管；在爆破孔内电雷管并联布置，爆破孔间串联布置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用“超前预裂切缝+顶板补强支护”为主体的方案设计，通过超前预裂切缝切断采空区侧顶板与巷道上方顶板之间的联系，进而减弱顶板垮落动压对巷道的扰动作用，同时有利于采空区顶板对巷道的扰动作用，同时有利于采空区顶板沿切缝垮落形成巷帮。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的回采巷道小煤柱设计方法示意图；

图2为本发明的装药及封孔结构示意图。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2所示，

一种煤矿高地应力坚硬顶板切顶卸压方法，包括以下步骤：

S1：根据工作面煤厚度确定小煤柱宽度；

S2：选取爆破孔；在沿空巷道上，以一定的间距分别布设一排爆破孔，爆破孔位置与煤柱帮之间的距离不大于500mm；且一次爆破的爆破孔在同一条直线上；

S3：向爆破孔内填装炸药；

S4：引爆炸药形成断裂面，岩层在断裂面处破断，并滑落至采空区即可实现切顶部分的泄压。

本实施例中，所述步骤S1中小煤柱宽度的确定的方法为：

a＝x

其中a为小煤柱宽度；单位为米；

x

b为沿空巷道宽度；单位为米；

c为帮锚杆长度。

当计算的小煤柱宽度值a小于3m时，取a＝3m；当计算的小煤柱宽度值a大于8m时，取a＝6m。

本实施例中，所述帮锚杆长度为2.5m。

本实施例中，所述步骤S3中，爆破孔的装药量为：

Q＝k×H×q；

其中Q为单孔装药量，单位为g/孔；

H为钻孔深度；单位为米，H＝23.7m；

K为装药系数，其中K＝2/3；

Q为单孔装药密度，单位为g/(m·孔)，其中Q＝300g/(m·孔)。

影响沿空掘巷巷道稳定的主要因素为侧向支承压力的分布规律，而采空区内巷道上方的顶板残留边界，是影响侧向支承压力分布的重要影响因素，采空区巷道上方顶板残留边界主要位于煤层上方基本顶内。因此确定切顶卸压沿空掘巷顶板超前预裂切缝高度H0为煤层顶板基本顶上边界。

预裂切缝钻孔参数的确定必须结合工作面围岩条件，并要确保通过预裂爆破能把巷道上方的基本顶和煤柱上方的基本顶完全切断，使侧向支承压力峰值减小，并向深部转移，同时应力降低区范围增大，有利于布置沿空掘巷。

要使炮孔间的连线方向形成贯通裂缝，必须满足开裂条件，贯通前不能止裂的同时，还必须满足不产生多余裂缝，这样，才能达到爆破切缝的目的。

本实施例中，所述步骤S3中，爆破孔的装药方式为：

(1)装药段分为上、中、下三个部分，分别在这三个部分进行装药。

(2)下部位于装药段底部，药卷数量为总数的17％(向下取整)。

(3)中部位于装药段中部，药卷数量为总数的33％(向上取整)。

(4)上部位于装药段顶部(即爆破孔的孔底)，药卷数量＝药卷总数－下部药卷数－中部药卷数。

(5)封孔段长度L

小直径爆破孔孔对周围岩石破坏范围小，预裂面形状也容易控制；预裂爆破采用小直径药卷间隔装药结构，这样爆破孔的孔壁与药卷间就有径向和纵向空气间隙；炸药爆炸是以空气为介质来传递压力，空气介质比岩石介质的密度小得多，声阻抗也随之减少，大大削弱了冲击波对眼壁附近岩石的破碎作用，达到防止围岩出现过分破碎的目的；由于压缩波是呈圆柱形向岩体内传播的，所以两个相邻爆破孔轴线所构成的平面内就可能出现均布应力，从而为得到整齐的断裂面创造了条件。

本实施例中，所述封孔段共分为两个部分，分别为水泡泥段和炮泥段；其中，水泡泥长1m，其余为炮泥。

本实施例中，所述炸药的引爆方式为采用煤矿许用电雷管引爆，电雷管正向装药，装药段上部和中部每部分布置2发电雷管，下部布置1发电雷管，每个爆破孔5发电雷管；在爆破孔内电雷管并联布置，爆破孔间串联布置。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。