[发明专利]一种采煤工作面超前顶板预裂爆破钻孔的倾角确定方法

说明书

本发明公开了一种采煤工作面超前顶板预裂爆破钻孔的倾角确定方法，先确定工作面超前预裂爆破的层位，并确定工作面初次来压位置以及周期来压步距；然后在采空区相邻工作面的回采巷道内，向采空区施工两个钻孔组，在同一时间段内利用钻孔窥视设备对各钻孔进行探测；进而以无裂隙、微裂隙分布、宏观裂隙分布进行分段，分别绘制两个钻孔组的采空区顶板裂隙分布钻孔柱状图；将两个图进行比较后，确定第二钻孔组的顶板裂隙分布柱状图中爆破层位内微裂隙和宏观裂隙相对不发育的分段；以工作面巷道工作面帮肩角为起点分别与相对不发育的分段两侧连线，然后得出两个连线分别与工作面底板之间的倾角，即为工作面巷道内施工顶板超前预裂钻孔的倾角范围。

技术领域

本发明涉及一种采煤工作面超前顶板预裂爆破钻孔的倾角确定方法，属于煤矿安全生产技术领域。

背景技术

采煤工作面坚硬老顶强度高、厚度大、节理裂隙少、承载能力强，在工作面开采后不易垮落，造成采空区大面积悬顶，导致工作面附近煤岩体静载增大，而且当工作面采空区达到一定尺度后，坚硬老顶在较高支承压力作用下突然断裂垮落，造成弹性能的瞬时大量释放，诱发大能量震动，极易引发工作面冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害。

实践表明，在工作面超前两巷内朝向工作面钻孔进行顶板预裂爆破，是较为有效的弱化坚硬老顶和卸压解危措施之一，然而超前预裂爆破钻孔的倾角对其卸压效果影响较大。目前超前预裂爆破钻孔的倾角设计多依赖于理论分析、经验类比、物理模拟和数值模拟等方法。由于煤层赋存环境和顶板岩层条件较为复杂，理论分析方法很难建立一套与现场实际情况相吻合的理论计算模型和方法；经验类比方法往往将临近工作面、采区甚至临近的矿井作为参照，但由于不同区域煤层赋存条件差异较大，其结果往往不符合本工作面实际；物理模拟方法和数值模拟方法往往是对现场实际条件进行了大量的简化且所采用的材料力学性质、分析方法与实际煤岩层性质差异较大，其结果很难与现场相对应。

目前，井下煤岩体裂隙探测方法主要有孔壁印模法、岩芯钻取法、钻孔摄像法等。钻孔摄像技术是利用微型照相机或微型摄像机探入钻孔，利用光学成像原理使钻孔内部直观地显现在使用者面前的一种观测方法。随着科技进步，目前钻孔窥视设备不但可以实现钻孔内拍照、录像，而且可以将视频转换为钻孔孔壁的内部展开图像，可直观观测到钻孔内部裂隙、破碎带的大小、方向和角度等信息。钻孔窥视方法已广泛用于煤矿巷道支护、采空区裂隙探测等方面，并取得了良好的应用效果。目前还没有一种利用采空区钻孔窥视设备确定工作面超前预裂爆破钻孔倾角的方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种采煤工作面超前顶板预裂爆破钻孔的倾角确定方法，能精确获得施工顶板超前预裂钻孔的倾角范围，从而提高顶板超前预裂爆破卸压效果，最终降低煤矿灾害风险。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采煤工作面超前顶板预裂爆破钻孔的倾角确定方法，具体步骤为：

(1)第一工作面回采前在巷道顶板施工钻孔取芯，探明顶板岩层岩性及层位，从而确定工作面超前预裂爆破的层位；

(2)第一工作面回采时，根据第一工作面液压支架工作阻力和微震监测数据采用已知方法统计和分析，确定第一工作面初次来压与切眼之间的距离以及周期来压步距L；

(3)在第一工作面回采距离超过倾斜长度后，在采空区相邻工作面的回采巷道内，向第一工作面采空区施工两个相同参数的窥视钻孔组，其中一个窥视钻孔组的施工位置沿第一工作面推进方向在初次来压位置的前方、且距离初次来压位置大于1个周期来压步距L；另一个窥视钻孔组的施工位置沿第一工作面推进方向在工作面的后方、且与第一工作面的距离在大于1个周期来压步距L和小于2个周期来压步距L的范围内；所述窥视钻孔组由3个不同倾角的窥视钻孔组成；各窥视钻孔深度均超过步骤(1)确定的工作面超前预裂爆破的层位；

(4)在同一时间段内利用钻孔窥视设备对两个窥视钻孔组内的各窥视钻孔进行探测，并统计各窥视钻孔内部的裂隙分布情况；