[发明专利]一种地面压裂和井下爆破控制深部矿体岩爆方法

说明书

本发明公开了一种地面压裂和井下爆破控制深部矿体岩爆方法，包括：确定坚硬矿体的高位及低位岩爆段；确定预裂区及爆破目标区，布置垂直压裂井，在地面施工压裂井并固井；将压裂管柱铺设至预裂区，对岩层进行地面压裂，改造目标岩层；在井下布置导向孔和爆破孔，爆破孔及导向孔布置在爆破目标区上，对岩层进行控制爆破，改造目标岩层；以地面压裂及控制爆破为基础建立金属矿深部岩爆防治系统，完成岩爆灾害防治。本发明控制爆破引起岩层地应力，破坏局部应力集中，在岩层中形成大的人工裂缝网络体系，连通岩体原生裂隙与割理，弱化岩体强度，降低岩爆灾害发生的危险性；解决了深部金属矿岩爆高地应力条件下掘进活动引起的岩爆灾害。

技术领域

本发明涉及金属矿地下开采深部矿体岩爆防治技术领域，具体来说，涉及一种地面压裂和井下爆破控制深部矿体岩爆方法。

背景技术

自20世纪80年代以来，随着社会对金属矿矿产资源需求的不断增加和易采地表资源日趋枯竭，我国已由露天开采进入地下开采，金属矿山开采深度的逐年递增，深井开采中的岩爆事故越来越严重，当开采深度超过600 m即认为是深部开采。我国发现岩爆的金属矿山比较典型的有红透山铜矿、狮子山铜矿，随着开采深度的进一步加大，岩爆有增加的趋势。所以我国已经进入深部开采的矿山面临岩爆的威胁。现有的岩爆控制技术主要有深孔卸压爆破、定向聚能爆破、压力注水弱化等。这些技术在一定程度上抑制了岩爆事故的发生，但从应用效果来看，常规岩爆控制技术存在明显不足，主要体现在以下几个方面：

（1）无法解决高位坚硬矿体岩爆问题。高位矿体结构失稳是岩爆的重要影响因素。现有技术均无法控制高位矿体。现有技术均存在井下作业空间有限、无法应用高性能设备、现场施工难度大及效果范围有限；

（2）灾害防治方式的被动性。现有的技术措施都是在回采工作面系统或巷道断面形成后实施的，此时诱发岩爆的因素已经存在和开始作用，危险已经存在，即措施实施滞后于岩爆出现。因此，常规岩爆控制技术措施不具有主动性；

（3）实施过程的危险性。常规岩爆控制技术措施都是在灾害危险区域实施的，实施过程中可能发生岩爆，给现场施工人员的生命安全带来巨大威胁；

（4）灾害防治作用的时效性差。常规岩爆控制技术措施的作用具有两面性，一方面起到抑制岩爆的作用，另一方面可能起到诱发岩爆的作用，且防治作用的时效性得不到长期保证；

（5）与生产的矛盾性。由于常规岩爆控制技术措施的防爆工程施工与生产不能并行作业，从而造成防冲措施实施与生产之间的矛盾；

（6）工程量大。常规岩爆控制技术措施都是逐点施工的，而每个点的作用有限，为消除区域性岩爆，需施工大量钻孔，从而导致工程量大。

鉴于常规岩爆防治技术存在诸多不足，迫切需要研发新型岩爆控制技术，从而取代或升级常规岩爆控制技术，提高防治岩爆灾害的时效性技、主动性、区域性。

发明内容

本发明的目的是解决传统的深部矿体岩爆防治模式无法处理高位坚硬矿体岩爆问题，同时为井下防治岩爆工作，保证矿井安全生产，提供一种地面压裂和井下爆破控制深部矿体岩爆方法。

为解决以上问题，本发明采用的技术方案是：

S1、确定坚硬矿体的高位及低位岩爆段，利用超前地质预报，开挖前预测岩爆段位置、岩爆烈度及规模；

S2、确定预裂区及爆破目标区，布置垂直压裂井，在地面施工垂直压裂井并固井；

S3、将压裂管柱铺设至预裂区，对岩层进行地面压裂，改造目标岩层；

S4、在井下布置导向孔和爆破孔，爆破孔及导向孔布置在爆破目标区上，对岩层进行控制爆破，改造目标岩层；

S5、以所述导向孔、爆破孔及垂直压裂井建立金属矿深部岩爆防治系统，完成岩爆灾害防治。