[发明专利]一种用于煤矿采场坚硬顶板超前预裂控制放顶的方法

说明书

一种用于煤矿采场坚硬顶板超前预裂控制放顶的方法，属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿采场坚硬顶板超前预裂钻孔开孔位置、钻孔深度、钻孔角度及数量等钻孔布置方式参数的确定及钻孔装药量计算的坚硬顶板控制放顶方法；该方法依据坚硬顶板断裂的特征，布置了呈扇形的五个炮孔，形成固定角度；能够有效的预裂坚硬顶板最难断裂的工作面中部与端头，使顶板能够按照要求进行垮落；基于爆破的特点，炮孔起爆顺序由切眼中部向两端起爆的炮孔起爆顺序能够最大限度的提高爆破的自由面以及减少装药量，而且易于操作；并且定量地给出了超前深孔松动爆破坚硬顶板装药量的计算公式，使坚硬顶板控制更加科学化、定量化、准确化和简单化。

技术领域

本发明涉及属于煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤矿采场坚硬顶板超前预裂钻孔开孔位置、钻孔深度、钻孔角度及数量等钻孔布置方式参数的确定及钻孔装药量计算的坚硬顶板控制放顶方法。

背景技术

在煤层之上直接赋存或在厚度较薄的直接顶板之上赋存有强度高、厚度大、整体性强、节理裂隙不发育，煤层开采后可在采空区大面积悬露，短期内不易自然垮落的顶板为坚硬顶板。由于岩层结构的特点，坚硬顶板工作面具有来压显现强烈、动载系数大、初次、周期来压步距大，在随工作面推进的过程中不易自行垮落，在开采过程中对支架有冲击来压等特点，开采过程中严重威胁工作面的安全，因此坚硬顶板控制一直是国内外采矿与岩石力学工作者十分重视的一个课题。目前，国内外超前预裂控制顶板来压步距与来压强度的具体方法有三种：一是超前工作面煤壁深孔爆破预裂顶板的控制放顶方法；二是超前工作面煤壁定向水力压裂顶板的控制放顶方法；三是超前工作面煤壁深孔注入静态破碎剂致裂顶板的控制放顶方法。

现有超前预裂处理坚硬顶板的方法存在的主要缺陷为：①超前工作面煤壁深孔爆破预裂顶板是通过预爆破弱化了坚硬岩层，缩短了来压或断裂步距，但由于爆破钻孔布置方式不合理造成装药量大、顶板弱化效果不理想等不可控制的问题。另外，也存在处理不当导致顶板破碎冒漏和煤壁片帮，造成采场顶板和煤壁管理的困难。②超前工作面煤壁预注高压水定向水力压裂是指在钻孔压裂段预制裂缝，从而控制水力压裂裂纹扩展方向的技术，主要表现在压裂和软化两个方面，从而削弱顶板的强度和整体性，使采空区顶板能够分层分次垮落，缩短初次来压和周期来压步距，但其带来的地下水污染等潜在环境威胁也不容小觑，此前，水力压裂已在多个国家引起争议，甚至对其颁布了禁令。同时水力压裂对顶板弱化效果的存在不可控制的缺点，对厚层坚硬顶板的弱化效果不是特别理想。③工作面煤壁深孔注入静态破碎剂致裂顶板的控制放顶方法是一种新型的坚硬顶板预裂的方法，目前处于科研阶段，现场应用极少。

现有公开的文献中可以获得的专利有，公开号为CN101705821A的“一种用于煤矿开采中坚硬顶板控制放顶的方法”专利。具体来讲该专利通过计算确定周期放顶步距后，在支架尾梁后侧采用爆破的方式强制放顶的技术方案，但是在支架尾梁后钻孔、装药难度较大且存在安全隐患。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提高一种用于煤矿采场坚硬顶板超前预裂控制放顶的方法，目的在于克服上述现有技术的缺陷，根据长壁工作面坚硬顶板垮落的特点，提供一种在煤矿开采中超前工作面煤壁深孔爆破预裂顶板的控制坚硬顶板放顶方法的技术方案。具体来讲是公开一种煤矿开采中坚硬顶板超前工作面煤壁深孔爆破预裂顶板的钻孔布置方法、炮孔起爆顺序和钻孔装药量的计算方法，从而科学控制顶板来压时间、来压步距和来压强度。

超前深孔松动爆破主要作用是预裂坚硬顶板，减小顶板冒落面积。具体做法是在上、下顺槽或特殊巷道（工艺巷）向顶板打深孔，在工作面前方一定距离进行爆破，预先破坏顶板的完整性。超前深孔预裂爆破在上、下顺槽或专用巷道（工艺巷）进行施工，实现了生产与顶板处理平行作业，不影响工作面正常生产，有利于工作面实现高产。

本发明依据坚硬顶板断裂的特征，提出科学合理的钻孔布置方式，能够有效的预裂坚硬顶板最难断裂的工作面两端头处和工作面中部，使顶板能够按照要求进行垮落。