一種厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預(yù)裂方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預(yù)裂方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，屬于堅(jiān)硬頂板的煤層約占三分之一左右，且分布在50%以上的礦區(qū)，隨著綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的發(fā)展，有38%的綜采工作面屬于來(lái)壓強(qiáng)烈的堅(jiān)硬頂板，堅(jiān)硬頂板的大面積懸露特性給礦山安全生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
[0003]以往改變堅(jiān)硬巖層的力學(xué)性質(zhì)多采用注水弱化頂板，通過(guò)水的壓裂和軟化，降低巖體強(qiáng)度和完整性，達(dá)到頂板易冒落的目的。但注水目前存在著效率低，某些頂板軟化效果差等缺點(diǎn)，提高注水弱化頂板的效率、減少工程量，降低注水成本等是研宄和發(fā)展注水法的重點(diǎn)。
[0004]爆破法放頂破壞巖體的完整性是一種可行的頂板處理方法，其中采前預(yù)爆破，干擾回采工序較小，但炸藥消能量很大，成本較高，特別是大量的炸藥在井下爆破，污染嚴(yán)重，這種方法今后的發(fā)展將爆破的位置選擇在頂板拉應(yīng)力最大區(qū)域和要控制的來(lái)壓步距位置，從而減少鉆孔工程量和炸藥消耗量，降低頂板處理成本。采后爆破中淺孔循環(huán)放頂和步距式深孔放頂，干擾回采工序，影響回采進(jìn)度，不利于高產(chǎn)高效的機(jī)械化生產(chǎn)。
[0005]兩巷斷頂法雖然不影響采場(chǎng)生產(chǎn)，但對(duì)于某些完整性強(qiáng)的頂板，放頂效果較差，這種方法配合強(qiáng)力液壓支架，尚有一定適用范圍，其實(shí)質(zhì)是以高阻力支架控制為主，爆破斷頂為捕。而從在某些條件下可采取步距式斷頂，即在支架可承受的來(lái)壓步距內(nèi)，打扇形深孔、爆破斷頂，迫使頂板按步距冒落。
[0006]以往對(duì)堅(jiān)硬頂板的處理均單一依靠高壓水或者炸藥的作用，而未考慮礦山壓力對(duì)預(yù)裂巖層的主要壓裂作用，因而同等治理效果下工程量大、材料成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預(yù)裂方法，以工作面開(kāi)采超前支承壓力為主要作用因素，在利用炸藥對(duì)高、低位硬厚巖層預(yù)裂爆破處理的基礎(chǔ)上，輔以預(yù)裂裂隙的高壓注水致裂，與常規(guī)硬厚頂板治理方法相比較具有工程量小、材料消耗少、實(shí)施效果好的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]一種厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預(yù)裂方法，通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn):
1)根據(jù)工作面上覆硬厚巖層支承條件，計(jì)算硬厚巖層破斷步距，確定循環(huán)爆破距離；
2)根據(jù)炸藥性能參數(shù)及硬厚巖層物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算爆破裂隙區(qū)范圍，確定炮孔布置參數(shù)；
3 )工作面進(jìn)風(fēng)巷和工作面回風(fēng)巷內(nèi)，在低位硬厚巖層內(nèi)沿回采工作面推進(jìn)方向布置扇形旋轉(zhuǎn)炮孔，對(duì)低位硬厚巖層進(jìn)行預(yù)裂爆破；
4)工作面進(jìn)風(fēng)巷和工作面回風(fēng)巷內(nèi)，在高位硬厚巖層內(nèi)布置走向截?cái)嗫祝瑢⒏呶挥埠駧r層的邊界支承條件設(shè)置為簡(jiǎn)支支承或自由支承條件，對(duì)高位硬厚巖層進(jìn)行碎裂；
5)在低位硬厚巖層預(yù)裂爆破后，選擇低位硬厚巖層的扇形旋轉(zhuǎn)炮孔作為高壓注水孔，進(jìn)行高壓注水，進(jìn)一步壓裂巖體，擴(kuò)大巖層裂隙發(fā)育區(qū)的范圍。
[0009]步驟3)中扇形旋轉(zhuǎn)炮孔孔底連線與頂板自然斷裂半O-X破裂圈三角形弧板裂隙帶分布基本一致。
[0010]步驟3)中所述低位硬厚巖層的預(yù)裂爆破需要留設(shè)2-3米的保護(hù)層。
[0011]步驟4)中走向截?cái)嗯诳卓椎走_(dá)到高位硬厚巖頂部，在走向截?cái)嗯诳讓?duì)應(yīng)高位硬厚巖層部分進(jìn)行裝藥并控制裝藥量不超過(guò)炮孔長(zhǎng)度的60%。
[0012]步驟5)中高壓注水孔的注水壓力不低于lOMpa，單孔注水時(shí)間不小于60min。
[0013]步驟3)、4)、5)中高、低位硬厚巖層爆破預(yù)裂及高壓注水均在支承壓力峰值范圍以外進(jìn)行。
[0014]本發(fā)明設(shè)計(jì)了雙層硬厚巖層低位碎裂、高位斷裂、水壓致裂、礦山壓力再致裂四位一體的預(yù)裂模式，通過(guò)確定工作面超前支承壓力范圍，在支承壓力范圍以外對(duì)厚煤層上方雙層硬厚巖層實(shí)施預(yù)裂爆破，實(shí)現(xiàn)煤層頂板的有效冒落；通過(guò)計(jì)算不同邊界支承條件下硬厚巖層破斷步距，確定合理的預(yù)裂爆破步距；沿工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷，在低位硬厚巖層中向工作面推進(jìn)方向布置扇形旋轉(zhuǎn)炮孔，實(shí)現(xiàn)低位硬厚巖層端部的有效破碎，隨采隨冒；沿工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷，布置走向截?cái)嗫讓?duì)高位硬厚巖層實(shí)施拉槽截?cái)啾?，改變高位硬厚巖層的支承條件，實(shí)現(xiàn)高位硬厚巖層的有效回轉(zhuǎn)斷裂；對(duì)爆破后預(yù)裂深孔實(shí)施高壓注水，利用高水壓對(duì)爆生裂隙進(jìn)一步致裂；預(yù)裂爆破及高壓注水均在支承壓力峰值區(qū)域以外實(shí)施，實(shí)現(xiàn)預(yù)裂及水壓裂隙在支承壓力作用下的進(jìn)一步擴(kuò)展，真正解決雙層硬厚巖層難以冒落的問(wèn)題，施工材料消耗少，工程量小，節(jié)約人力物力，降低生產(chǎn)成本，實(shí)施效果顯著，具有很高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1巖層O-X型破斷形式示意圖；
圖2低位硬厚巖層碎裂爆破示意圖；
圖3高位硬厚巖層拉槽截?cái)啾破拭媸疽鈭D；
圖4高位硬厚巖層拉槽截?cái)啾婆诳撞贾闷矫媸疽鈭D；
圖5低位硬厚巖層預(yù)裂炮孔高壓再注水示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]如圖1-5所示，該厚煤層綜放工作面雙層硬厚巖層超前預(yù)裂方法，通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn):
1)根據(jù)工作面上覆硬厚巖層支承條件，計(jì)算硬厚巖層破斷步距，確定循環(huán)爆破距離；
2)根據(jù)炸藥性能參數(shù)及硬厚巖層物理力學(xué)參數(shù)，計(jì)算爆破裂隙區(qū)范圍，確定炮孔布置參數(shù)；
3)工作面進(jìn)風(fēng)巷I和回風(fēng)巷2內(nèi)，在低位硬厚巖層6內(nèi)沿工作面3推進(jìn)方向布置扇形旋轉(zhuǎn)炮孔4，對(duì)低位硬厚巖層6進(jìn)行預(yù)裂爆破；
4)工作面進(jìn)風(fēng)巷I和回風(fēng)巷2內(nèi)，在高位硬厚巖層7內(nèi)布置走向截?cái)嗫?，將高位硬厚巖層7的邊界支承條件設(shè)置為簡(jiǎn)支支承或自由支承條件，對(duì)高位硬厚巖層7進(jìn)行碎裂；
5)在低位硬厚巖層6預(yù)裂爆破后，選擇低位硬厚巖層6的扇形旋轉(zhuǎn)炮孔4作為高壓注水孔8，進(jìn)行高壓注水，進(jìn)一步壓裂巖體，擴(kuò)大巖層裂隙發(fā)育區(qū)的范圍。
[0017]作為優(yōu)選的方式，步驟3)中扇形旋轉(zhuǎn)炮孔4孔底連線與頂板自然斷裂半O-X破裂圈三角形弧板裂隙帶分布基本一致。