[发明专利]一种坚硬顶板与煤层多孔控制爆破软化方法

说明书

一种坚硬顶板与煤层多孔控制爆破软化方法，包括以下步骤：（1）、根据井下待爆破处的坚硬顶板与煤层确定钻孔布置方案，即沿工作面全长布置三组炮眼，三组炮眼上下并排等距间隔设置，其中最上方的一组炮眼和最下方的一组炮眼均为一排控制孔组，中间的一组炮眼为一排爆破孔组，控制孔组包括若干沿工作面全长并排等距间隔设置的控制孔；综上所述，本发明针对顶板、煤体的整体爆破软化效果好，通过超前爆破软化处理工作面前方上覆坚硬煤岩体，降低了工作面后方顶板的极限垮落步距，以防止采面发生冒顶、片帮等事故，本技术具有钻孔利用率高、工程量小、爆破安全系数高等优势特点，可应用于各类煤矿井下坚硬顶板与煤体的软化放顶控制中。

技术领域

本发明涉及一种坚硬顶板与煤层多孔控制爆破软化方法。

背景技术

煤矿开采中，实施坚硬的煤岩顶板强制软化放顶措施对保障工作面的安全高效生产至关重要。在采掘工作面不断向前推进中，直接顶上的部分矸石及采掘预留的部分煤体会不断垮落，但硬度较大的煤、岩体很难自动垮落，因而逐渐形成了以采面煤体、支架等为支点的大长悬臂煤岩体。当这些坚硬煤岩顶板悬空到一定步距时，单纯依靠增加工作面支护强度是无法控制坚硬煤岩顶板的失稳，必须要人为的强制放顶，以防治工作面出现冒顶、片帮等危害工作面安全生产的事故发生。目前，针对坚硬煤岩顶板控制应用较为广泛的方法包括：超前工作面深孔预爆破法、滞后工作面爆破放顶法、超前工作面高压预注水压裂法。

超前工作面深孔预爆破是在超前工作面一定距离的两侧巷道内向上覆煤岩体施工爆破预裂孔，提前实施欲裂爆破处理，软化顶板，使其内部产生大量裂隙从而破坏其完整性，减小来压冒落面积和冒落强度，确保随着工作面的向前推进顶板能及时的垮落，避免坚硬煤岩顶板出现一次性垮落对采面带来的危害。但是，该技术的主要不足之处在于爆破应力并不能够均匀的作用于煤岩体，容易出现局部应力集中现象，导致局部粉碎区多而裂隙区少，从而降低了爆破能量的有效利用率；滞后工作面爆破放顶方法是沿工作面后方向顶板煤岩体施工爆破孔，其作用机理与超前工作面深孔预爆破基本一致，但由于工作面后方的煤岩顶板会有部分自动垮落，因而产生了较多不确定的自由面，因而部分爆破的爆破最小抵抗线较小，使得顶板爆破软化过程充满了不确定性，甚至可能引发事故。综上所述可知，利用钻孔欲裂爆破控制顶板的方法，均存在爆破软化效果不均匀，容积造成应力局部集中，局部破碎严重，爆破能量利用率低，钻孔利用率低的缺点。

超前工作面煤岩体水力压裂软化技术，即在工作面两侧的巷道内向煤体上方的坚硬煤岩体注入高压水，当压裂水压大于煤岩体的抗拉强度和粘聚力时，煤岩体中开始产生裂隙并随水压的增大而扩展、贯通，从而实现对煤岩体的软化过程。但一方面，受限于煤岩体的非均质以及其内部节理、层理、缺陷的不均匀分布影响，压裂过程中裂隙的扩展延伸的不确定性突出，很容易出现局部应力集中区，导致煤岩体的破坏软化不够均匀。另一方面，煤岩体中往往存在有较为发育的裂隙带，这些裂隙带或是将不同压裂孔相导通，或是沿着背离煤岩顶板的方向延伸，在水力压裂过程中，由于压力水会优先沿着压降梯度最大的方向流动，即沿着较为发育的裂隙扩展延伸，这将导致压裂水压严重损失，无法形成裂隙网络，甚至导致压裂失效。因而，这些不确定因素在很大程度上限制了人们对来压以及垮落步距的精准判断，从而加大了人们对工作面的安全管控难度。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种爆破能量利用率高，顶板煤岩体破坏均匀，软化控制范围大，钻孔利用率高的一种坚硬顶板与煤层多孔控制爆破软化方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种坚硬顶板与煤层多孔控制爆破软化方法，包括以下步骤：