研究深部开采中沿空留巷坚硬顶板预裂爆破技术

2022-09-10

预裂爆破指的是在煤炭开采过程中，进行石方开挖作业时，主爆区爆破之前沿设计路轮廓线保持一个具有一定宽度的贯穿裂缝。以缓冲、放射开挖爆振动波，完成对岩体的保护，确保开挖轮廓的整体平衡性，保证煤炭开挖资源工作的顺利进行。

1. 双向聚能爆破技术原理分析

双向聚能拉张成型爆破与其它控制爆破法在具体应用期间的主要区别如下：通过对双向聚能装置的应用，对断裂方向形成的应力集中进行断裂，通过对该应力进行应用，断裂岩体。要想发挥双向聚能装置在应用期间的抗拉效果，不仅要保证聚能装置自身具有一定强度，实现对爆轰产物对预留围岩造成的破坏;而且要对聚能管强度进行有效控制，保证其强度不得过大，进而降低在聚能装置上的能量损耗，从而减少各种装置的具体成本。实际应用过程中，在控制炮孔中利用双向聚能装置，完成相应的装药操作，同时，使聚能方向能够对准实际断裂方向，为后续工作的开展提供相应支持。炸药爆炸后，因为爆轰而形成的冲击波和应力波将会有限沿着设定聚能孔的具体方向，通过集中的方式实现释放应力，在炮孔壁上可以形成和聚能方向一致的初始裂缝;然后，由于爆破形成的气体将会涌入到初始裂缝的炸裂缝中，同时，在该期间，可以在设定方向上形成张应力集中，将实际作业中涉及的岩体发生合理断裂，对裂缝进行合理驱动，进而保证其可以沿着设定方向上进行适当拖长，实现爆破面具体情况的合理控制，完成顶板切缝断裂爆破控制。具体爆破期间，若多个联孔在同一时间起爆，此时，爆破间的静力场则会形成叠作用，这也就会导致爆破空间张力应力的作用变得更加强烈。爆破作业期间，对工程的具体施工情况进行合理分析，找到合适的孔间距，此时，在相邻的孔之间会形成大裂隙，这会形成一条裂缝，双向聚能爆破原理如图1所示。

2. 工程概况

某矿工程的工作面下进风巷为沿空留试验巷道，工作面回采高度为1.75m，长148.5m，采取综合机械化方式采煤，通过全部跨落法完成作业期间涉及的顶板管理工作。整个工作面为已13煤层，每层煤层的具体厚度为为0.48m，煤层直接顶为细砂岩，其具体厚度在0-7.5m之间，基本定为中粒砂岩，其厚度在8.8-17.5m之间;直接底均厚为2.78m，基本底均厚为1.42m的细砂岩。因为需沿空巷试验巷道顶板为坚硬顶板，而围岩应力环境为高附加应力，这将会对后期巷道区域结构在实际开采作业中稳定性造成严重的影响，因此，要采取合理方式处理沿空巷道顶板，确保后期开采作业的顺利开展。

3. 预裂爆破技术方法的具体应用

(1)技术方案

预爆裂技术方案爆裂的内容主要体现在以下两个方面：

(1)超前倾向深孔放顶爆破技术

该项技术在应用时，就是在顶板岩层处开展相应的施工作业。具体施工时，要先开展长钻孔作业，完成该项作业后，在开展相应爆破作业，通过该处理方式，可以在顶板岩层处形成弱化带，回采作业可以在工作上实现，如果在具体作业开展期间，工作面上受外界因素影响出现了裂隙，此时，发生人工爆裂现象，这将会出现强烈的相互影响，这一情况存在，会造成沿空巷道顶板结构出现波动，从而降低了工作面四周应力峰值，最终实现对顶板的控制。

布置爆孔内容如下：

A.布置炮孔方式

布置炮孔时，可以采取双向钻孔法和单向钻孔法两种不同的方式进行。在具体作业期间，考虑工程的具体施工安排，本工程在具体施工期间，采用单孔钻孔法完成相应的施工作业。

B.炮孔直径大小

具体作业开展过程中，要对大孔径炮孔进行应用，通过该方式，能够获取到良好爆破效果，本次工程经过试验，最终决定采用直径为75mm炮孔。

C.炮孔间距设置

综合考虑施工环境，最终决定将炮孔的间距设定为34.2m，端头切断孔与基本顶断口间形成了小组布置，为了保证具体作业的顺利进行，组间上下间的具体距离为0.4m。

D.炮孔深度与末端高度

具体作业期间如果采取单向钻孔法对完成对炮眼的布置，针对炮孔深度lb应当通过公式(1)进行计算。

公式(1)中L表示的为开采作业面对局程度，l为孔底距巷道的水平的具体记录，α表示炮孔与巷道间的夹角，β表示的为炮孔与工作的具体夹角。依据公式(1)结合钻孔参数可以获取端头切断孔深度为15.8mm;老顶切断炮孔深度为80.5mm;作业工作中考虑坚硬顶板的具体厚度为16.3mm，切充分断坚硬顶板故将块控制孔和老顶切断末端高度设计为15.5m，端头切断孔末端设计的具体高度为7.6m。

(2)小水平转角钻孔群切顶爆破技术

(3)对沿空留巷结构进行全面分析，最终提出了小水平转角钻孔群切顶爆破技术，在施工作业过程中，采用该项技术开展施工，实现巷道顶板卸压，针对作业过程中的顶板处理，在具体施工期间，利用2组6个走向钻孔顶板实现，在施工期间，通过施工人员观察，发现顶板墙体外侧发生了破裂情况，完成该项作业后，调整顶板坡段位态，优化围岩应力场，从而实现对爆破钻孔参数和具体布置方式的有效控制，走向钻孔切顶爆破具体参数如表1所示。

(2)预爆破效果分析

采用预裂爆破对顶板进行处理后，持续观测工作面液压支架组立，全面了解工作面遭受到的具体压力大小，完成对周期与来压步距情况的观测，了解压力变化，观测工作面液压支架涉及的数据，依据观测结果会成相应的曲线图。

工程开采期间，相应的工作人员对工作面液压支架支护阻力的具体情况进行动态观察，整个作业期间一共观测了60天，通过观测可以发现，液压支架治理在整个作业期间一共出现了6个明显波峰，波峰分别出现在2017年5月7日工作推进118.5m处，2017年5月16日工作推进145.4m处，2017年6月6日工作推进170.7m处，2017年6月14日工作推进195.7m处，2017年6月27日工作推进225.6m处以及2017年7月2日工作推进248.3m处。通过对作业期间出现的六次波峰出现位置进行明确，对曲线中出现的六次波峰近位置进行分析，可以发现无次周期来压步分别为26.9m、25.9m、25.0m、29.9m、22.7m，通过上述数据可以确定，本次工程工作面周期来压步平均距离在20-30m之间，将该数据内容与未经过顶板预裂爆破作业的工作的具体周期大小进行对比，步距缩短了约10.0m，此外，回采期间液压支架在应用过程中承受的压力也将会变小，并未在具体作业过程中，发生过压架现象，这也为工作面回采作业的顺利进行提供了强有力的保障，确保了开采作业高效、安全进行;在顶板处，通过对强制方式进行应用，实现放顶作业，此时，通过观察不难发现，矿山压力剧烈情况降低明显，这也就实现对填充墙体的合理保护，提高填充墙体在具体应用过程中的稳定性，保证具体开采作业工作的顺利进行，提高开采作业的经济效益，减少由于开采事故造成人员伤亡事件的发生。