專利名稱：大傾角煤層堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬爆破技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到用于巖土、地質(zhì)、礦山等的爆破技術(shù)。
技術(shù)背景
堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破是指超前工作面一定距離，預(yù)先打孔裝藥爆破，利用炸藥在 巖體內(nèi)部爆炸能量的作用，改變巖石的物理與力學(xué)性狀(質(zhì))，使其強(qiáng)度降低、分層厚度變 小、自然懸露面積減小，從而達(dá)到控制堅(jiān)硬頂板大面積懸露和由此導(dǎo)致的災(zāi)害性垮落的目 的。堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破技術(shù)在緩傾斜煤層已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但是要實(shí)現(xiàn)大傾角煤 層堅(jiān)硬頂板下條件下安全開采，解決堅(jiān)硬頂板大面積冒落致災(zāi)難題，還需要針對(duì)大傾角煤 層的特點(diǎn)對(duì)堅(jiān)硬頂板預(yù)爆破技術(shù)進(jìn)行深入研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大傾角煤層堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破工藝，能解決大傾角 煤層工作面頂板沿傾斜方向上破壞程度不均勻問(wèn)題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種大傾角煤層堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破工藝，在工作 面前方回風(fēng)和運(yùn)輸巷順槽內(nèi)向工作面前方頂板巖層布置具有不同角度的非等長(zhǎng)炮孔，回風(fēng) 順槽炮孔長(zhǎng)度短、與煤層傾向夾角大，運(yùn)輸順槽炮孔長(zhǎng)度長(zhǎng)、與煤層傾向夾角小，裝藥具有 非均勻裝藥結(jié)構(gòu)、大藥量特征；爆破時(shí)在大傾角煤層堅(jiān)硬頂板進(jìn)行鉆孔，在深孔內(nèi)部爆破，其爆炸沖擊波和應(yīng)力 波作用下對(duì)巖石進(jìn)行破壞，其中，炮孔布置是根據(jù)老頂巖層位置、總厚度、傾角和天然裂隙 的產(chǎn)狀要素以及煤層厚度、工作面傾斜長(zhǎng)度，采煤工藝和鑿巖爆破施工技術(shù)條件等諸多因 素，合理設(shè)計(jì)炮孔布置方式；通過(guò)對(duì)工作面堅(jiān)硬頂板結(jié)構(gòu)和物理特性的研究，綜合分析炮孔布置和裝藥諸參 數(shù)，結(jié)合工作面幾何因素和采煤方法，建立如下炮孔各參數(shù)確定的依據(jù)和計(jì)算方法炮孔間距由頂板初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距、工作面支護(hù)條件和各炮孔在控制頂 板中的作用來(lái)確定；炮孔水平轉(zhuǎn)角由頂板自然裂隙產(chǎn)狀和鑿巖施工技術(shù)條件確定；炮孔上端裝藥高度由老頂厚度、高度、煤層厚度和采高，以及工作面斜長(zhǎng)來(lái)確 定；炮孔下端裝藥高度由放頂煤工藝、采放比、直接頂?shù)奶匦浴⒄ㄋ幮阅芗把b藥量來(lái) 確定；該方法的裝藥結(jié)構(gòu)是根據(jù)頂板巖石物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)等，按松動(dòng)爆破原則， 用類比法并折合成所選炸藥單耗，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)；該方法的堵孔結(jié)構(gòu)采用塑-剛結(jié)構(gòu)，即在充填堵孔段的前端采用充填黃土細(xì)砂等 塑性材料，后端采用專用堵孔水泥，以保證爆炸氣體不沖出孔口并對(duì)巖體產(chǎn)生持續(xù)的作用， 充分利用炸藥能量，提高超前預(yù)爆破效果。
本發(fā)明的有益效果是，減小了頂板垮落步距，降低工作面支架載荷和動(dòng)載系數(shù)，減 小頂板冒落塊度、降低了大塊率，其炮孔布置和爆破參數(shù)設(shè)計(jì)既弱化了頂板，又保持了松軟 煤層的相對(duì)完整，保證了工作面正常采煤和放頂煤，裝填結(jié)構(gòu)有效地防止了爆炸空氣沖擊 波，保障了直接頂?shù)南鄬?duì)穩(wěn)定和巷道安全，提高了炸藥能的利用和爆破效果。


圖1是炮孔總體布置(平面)圖。圖2是沿工作面傾向炮孔布置(第1組)圖。圖3是沿工作面傾向炮孔布置(第2組)圖。圖4是超前預(yù)爆破用炸藥卷結(jié)構(gòu)圖。圖5是超前預(yù)爆破裝藥堵孔結(jié)構(gòu)圖。圖中1.第一組運(yùn)輸順槽端頭切斷孔，2.第一組運(yùn)輸順槽老頂切斷孔，3.第一組回 風(fēng)順槽老頂切斷孔，4.第一組回風(fēng)順槽端頭切斷孔，5.第二組運(yùn)輸順槽老頂切斷孔，6.第 二組回風(fēng)順槽老頂切斷孔，7.第二組輔助切斷孔，8.運(yùn)輸順槽，9.回風(fēng)順槽，10.循環(huán)放 頂區(qū)，11.孔口預(yù)留段(封孔后用黃土細(xì)砂充填)，12.雷管，13.堵孔水泥，14.黃土細(xì)砂， 15.導(dǎo)爆索，16.炸藥卷，17.絲扣，18.堵頭，19.高威力炸藥，20.工作面。
具體實(shí)施例方式一種大傾角煤層堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破工藝，如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，在 工作面前方回風(fēng)和運(yùn)輸巷順槽9、8內(nèi)向工作面前方循環(huán)放頂區(qū)10內(nèi)的頂板巖層布置具有 不同角度的非等長(zhǎng)炮孔，回風(fēng)順槽炮孔長(zhǎng)度短、與煤層傾向夾角大，運(yùn)輸順槽炮孔長(zhǎng)度長(zhǎng)、 與煤層傾向夾角小，裝藥具有非均勻裝藥結(jié)構(gòu)、大藥量特征；爆破時(shí)在大傾角煤層堅(jiān)硬頂板 進(jìn)行鉆孔，在深孔內(nèi)部爆破，其爆炸沖擊波和應(yīng)力波作用下對(duì)巖石進(jìn)行破壞，其中，炮孔布 置是根據(jù)老頂巖層位置、總厚度、傾角和天然裂隙的產(chǎn)狀要素以及煤層厚度、工作面傾斜長(zhǎng) 度，采煤工藝和鑿巖爆破施工技術(shù)條件等諸多因素，合理設(shè)計(jì)炮孔布置方式，通過(guò)對(duì)工作面 堅(jiān)硬頂板結(jié)構(gòu)和物理特性的研究，綜合分析炮孔布置和裝藥諸參數(shù)，結(jié)合工作面幾何因素 和采煤方法，建立如下炮孔各參數(shù)確定的依據(jù)和計(jì)算方法炮孔間距由頂板初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距、工作面支護(hù)條件和各炮孔在控制頂 板中的作用來(lái)確定；炮孔水平轉(zhuǎn)角由頂板自然裂隙產(chǎn)狀和鑿巖施工技術(shù)條件確定；炮孔上端裝藥高度由老頂厚度、高度、煤層厚度和采高，以及工作面斜長(zhǎng)來(lái)確 定；炮孔下端裝藥高度由放頂煤工藝、采放比、直接頂?shù)奶匦?、炸藥性能及裝藥量來(lái) 確定；該方法的裝藥結(jié)構(gòu)是根據(jù)頂板巖石物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)等，按松動(dòng)爆破原則， 用類比法并折合成所選炸藥單耗，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)；該方法的堵孔結(jié)構(gòu)采用塑_剛結(jié)構(gòu)，即在充填堵孔段的前端采用充填黃土細(xì)砂14 等塑性材料，后端采用專用堵孔水泥13，以保證爆炸氣體不沖出孔口預(yù)留段11并對(duì)巖體產(chǎn) 生持續(xù)的作用，充分利用炸藥能量，提高超前預(yù)爆破效果。
新疆焦煤集團(tuán)艾維爾溝煤礦25112工作面20主采5#煤層，煤層平均厚度5. lm,平 均傾角39°，工作面20長(zhǎng)95m，采用走向長(zhǎng)壁綜放開采方法，采高2. 3m，放煤高度2. 8m。煤 層頂板由含礫中砂巖、含礫中粗中砂巖、含礫粗砂巖、砂礫巖、中砂巖、細(xì)砂巖和粉砂巖等巖 石組成，屬堅(jiān)硬頂板，巖石抗壓強(qiáng)度79.纊100. 2MPa。在工作面20回采過(guò)程中采用了本發(fā)明 工藝方法。在兩回采巷道內(nèi)采用兩組炮孔交替布置，第一組在工作面運(yùn)輸順槽8和回風(fēng)順 槽9內(nèi)各布置一組鉆孔，每一組炮孔由兩個(gè)孔組成，分別為老頂切斷孔2、3及端頭切斷孔1、 4 ；第二組在工作面運(yùn)輸順槽8和回風(fēng)順槽9內(nèi)各布置一組炮孔，其中運(yùn)輸順槽組炮 孔由一個(gè)老頂切斷孔5組成；回風(fēng)順槽組由兩個(gè)孔組成，分別為老頂切斷孔6及輔助切斷孔 7。各放頂孔的基本參數(shù)見表3 ；炮孔參數(shù)及爆破材料消耗見表4。表3放頂鉆孔參數(shù)匯總表 表4炮孔參數(shù)及爆破材料消耗匯總表 根據(jù)頂板巖性特征及爆破參數(shù)，選用現(xiàn)有SKZ-120A型潛孔鉆機(jī)，選配直徑90mm的 CIR-90沖擊器、直徑90mm鉆頭，直徑50mm的鉆桿(lm/根)含在鉆機(jī)設(shè)備內(nèi)。封孔器選用 BQF-100型，受風(fēng)壓0. 7MPa，堵孔時(shí)向孔內(nèi)輸送黃土細(xì)砂14。堵孔結(jié)構(gòu)見圖5.采用二級(jí)煤礦許用乳化炸藥，防靜電塑料殼包裝，規(guī)格直徑60mm，長(zhǎng)度550mm，單 位重量3. 5kg/m，聯(lián)結(jié)方式為絲扣17聯(lián)結(jié)式。對(duì)于傾角小于20°、深度小于30m的炮孔，一般用子母炮棍人工裝藥。對(duì)于深度大 于30m、傾角大于25°的炮孔，采用BQF-100型裝藥器裝藥。充填材料采用BQF-100型裝藥 器輸送，“堵塞材料”用木炮棍輸送。裝藥結(jié)構(gòu)見圖4，具有堵頭18的炸藥卷內(nèi)填充有高威 力炸藥19，炸藥卷的兩頭分別設(shè)置著絲扣17。選用煤礦安全防水抗拉導(dǎo)爆索15，用毫秒延期電雷管12，利用MFB-100型電容式 發(fā)爆器起爆。25112工作面20采用大傾角煤層堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破技術(shù)取得了如下效果減小 了頂板垮落步距(工作面初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距)。經(jīng)過(guò)工作面超前預(yù)爆破處理后，直 接頂初次垮落步距為5m，老頂初次來(lái)壓部距為40m，周期來(lái)壓步距為10m，與未經(jīng)超前預(yù)爆 破相比，分別減小了 78%、24%和50% ；降低了工作面支架載荷與動(dòng)載系數(shù)；減小了頂板冒 落塊度、降低了大塊率。經(jīng)過(guò)超前預(yù)爆破處理后，采空區(qū)基本無(wú)懸頂，冒落矸石塊度小，超過(guò) 1.5m見方的僅約10%左右；頂板超前預(yù)爆破處理前后，工作面支護(hù)系統(tǒng)(支架)對(duì)頂板的 支護(hù)強(qiáng)度基本保持不變，但經(jīng)過(guò)超前預(yù)爆破處理后，工作面頂?shù)装逑鄬?duì)移近量有所增加，但 幅度不大，一般約為『10%。
權(quán)利要求
一種大傾角煤層堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破工藝，在工作面前方回風(fēng)和運(yùn)輸巷順槽內(nèi)向工作面前方頂板巖層布置具有不同角度的非等長(zhǎng)炮孔，其特征在于回風(fēng)順槽炮孔長(zhǎng)度短、與煤層傾向夾角大，運(yùn)輸順槽炮孔長(zhǎng)度長(zhǎng)、與煤層傾向夾角小，裝藥具有非均勻裝藥結(jié)構(gòu)、大藥量特征；爆破時(shí)在大傾角煤層堅(jiān)硬頂板進(jìn)行鉆孔，在深孔內(nèi)部爆破，其爆炸沖擊波和應(yīng)力波作用下對(duì)巖石進(jìn)行破壞，其中，炮孔布置是根據(jù)老頂巖層位置、總厚度、傾角和天然裂隙的產(chǎn)狀要素以及煤層厚度、工作面傾斜長(zhǎng)度，采煤工藝和鑿巖爆破施工技術(shù)條件等諸多因素，合理設(shè)計(jì)炮孔布置方式，通過(guò)對(duì)工作面堅(jiān)硬頂板結(jié)構(gòu)和物理特性的研究，綜合分析炮孔布置和裝藥諸參數(shù)，結(jié)合工作面幾何因素和采煤方法，建立如下炮孔各參數(shù)確定的依據(jù)和計(jì)算方法炮孔間距由頂板初次來(lái)壓和周期來(lái)壓步距、工作面支護(hù)條件和各炮孔在控制頂板中的作用來(lái)確定；炮孔水平轉(zhuǎn)角由頂板自然裂隙產(chǎn)狀和鑿巖施工技術(shù)條件確定；炮孔上端裝藥高度由老頂厚度、高度、煤層厚度和采高，以及工作面斜長(zhǎng)來(lái)確定；炮孔下端裝藥高度由放頂煤工藝、采放比、直接頂?shù)奶匦?、炸藥性能及裝藥量來(lái)確定；該方法的裝藥結(jié)構(gòu)是根據(jù)頂板巖石物理力學(xué)性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)等，按松動(dòng)爆破原則，用類比法并折合成所選炸藥單耗，采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)；該方法的堵孔結(jié)構(gòu)采用塑-剛結(jié)構(gòu)，即在充填堵孔段的前端采用充填黃土細(xì)砂等塑性材料，后端采用專用堵孔水泥，以保證爆炸氣體不沖出孔口并對(duì)巖體產(chǎn)生持續(xù)的作用，充分利用炸藥能量，提高超前預(yù)爆破效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大傾角煤層堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破工藝，其特征在于在工作 面運(yùn)輸順槽以及回風(fēng)順槽中各布置一組鉆孔，每一組鉆孔由兩個(gè)孔組成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大傾角煤層堅(jiān)硬頂板超前預(yù)爆破技術(shù)，在工作面前方回風(fēng)和運(yùn)輸巷順槽內(nèi)向工作面前方頂板巖層布置具有不同角度的非等長(zhǎng)炮孔，炮孔裝藥為非均勻裝藥、藥量大，對(duì)堅(jiān)硬頂板有控制性破碎作用。
文檔編號(hào)E21D17/00GK101876520SQ20091025237
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日
發(fā)明者伍永平, 史全忠, 呂文勝, 周登輝, 宋建江, 廖由俊, 李如明, 李明, 段長(zhǎng)壽, 黃國(guó)春 申請(qǐng)人:寶鋼集團(tuán)新疆八一鋼鐵有限公司