坚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术应用研究.pdf

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1、总第178期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2014．06．017坚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术应用研究申李华(潞安环能股份公司王庄煤矿，山西长治046031)摘要：王庄煤矿工作面顶板致密性及完整性好、强度大，在工作面回采后不易垮落，尤其在大采高条件下顶板在初次来压之前容易形成大面积悬顶，影响工作面安全生产。针对上述问题，以8101工作面生产地质条件为基础，提出采用深孔爆破技术预裂顶板的方法，进行初次放顶。通过理论计算确定了炮孔直径、装药直径、炮孔间距、炮孔布置方式、单孔装药量和装药

2、结构等参数，设计了深孔预爆破技术方案，取得了较为理想的爆破效果，有效解决了生产实际问题。关键词：坚硬顶板：预裂爆破；爆破参数；强制放顶中图分类号：TD235．371文献标识码：B文章编号：1005—2798(2014)06．0051—03坚硬顶板强度大、节理裂隙不发育，具有整体性表18101工作面顶底板情况好和自稳能力强等特点。在工作面开采后易于形成名称岩层名称平均厚度／m岩层描述大面积悬顶。尤其是在工作面顶板初次来压之前，大面积的悬顶不仅造成工作面漏风严重，而且顶板初次跨落时威胁工作面生产设备及工作人员的安全

3、．给矿井安全生产带来了严峻的挑战l]。因此．在工作面顶板初次来压之前，需要对坚硬顶板进行弱化处理，减小顶板初次来压步距．保障工作面安全生产。目前，坚硬顶板预先弱化方法主要有高压注水弱化和深孔预爆破[4]。其中，高压注水弱化对于基底式胶结结构和泥质胶结物的岩石顶板效果较2深孔预爆破方案设计好，而对于孔隙充填、接触式胶结结构以及钙质、硅2．1炸药的选择质胶结物的岩石顶板弱化效果不佳．而且施工工艺目前适用于煤矿井下的安全炸药仅有两种：煤复杂；深孔预爆破适用于各种物理性质和不同高度矿许用乳化炸药和膨化硝铵炸药．其主要性

4、能指标范围的顶板，而且炸药爆炸所产生的气体可以在炮见表2。孔内保持相当一段时间，能够充分发挥高温高压气表2煤矿许用炸药性能指标体的准静态压力和劈裂作用，在煤矿现场得到广泛应用1生产地质条件8101工作面位于王庄煤矿+540m水平71采针对8101工作面顶底板力学特征，经过计算得区，主采3号煤层，北为绛河保护煤柱，南为7106设计工作面，东为71采区辅助运输巷，西为高速公路N-级煤矿许用乳化炸药的波阻抗与8101工作面保护煤柱，工作面走向长度为866～939m，倾向长顶板的波阻抗相匹配，确定采用二级煤矿许用乳化度

5、270m，面积213300m。3号煤层厚度稳定，平炸药进行顶板深孔预爆破处理均6．3m，全煤含夹矸5层，总厚度0．78m，煤层倾2．2炮孔直径与装药直径的选择角3—7。，属于近水平煤层。根据8101工作面顶板物理力学性质，依据松动8101工作面顶底板情况见表1。爆破原则，采用不耦合装药结构，确定合理的钻孔及收稿日期：2013．12-23作者简介：申李华(1982一)，男，山西长治人，助理工程师，从事生产技术工作。512014年6月申李华：坚硬顶板深孔预裂爆破初次放顶技术应用研究第23卷第6期装药直径_6]。作用

6、裂隙区R=1．9716ITI。1)单位炸药消耗量q。根据顶板物理力学性2)爆生气体准静态作用下的爆炸中区裂隙质、炸药品种及深孔预爆破方法．按照以往经验．取扩展范围。应力波在爆破中区形成拉裂破坏后．在q=0．4kg／ITI。爆生气体膨胀压力和原岩应力作用下，爆破中区微2)每米炮孔装药量Q。按照每米炮孔装药裂纹扩展，裂隙区范围扩大[9]。对于无限大顶板中爆破后松动体积和单位炸药消耗量计算：的爆破问题，可用二维轴对称平面应变问题来处理．Q='rrRq(1)炮孔周围岩体中的应力场为：式中：尺为松动半径，取1．5In。由

7、式(i)计算，每米炮孔装药量Q=2．8kg／m，考虑到计算误差，取每米炮孔装药量Q=3kg／m。3)炸药卷直径d，。按照每米装药量与药卷式中：r0为爆生气体作用的空腔半径，in；口为爆装药密度计算：生气体作用时的初始裂纹长度，ITI；为空腔壁的压(2)力，MPa；p(r)为沿裂纹面的压力分布；为原岩应力．取10MPa。式中：g为装药密度，煤矿许用乳化炸药为假设爆生气体在每条裂纹中的流动规律都一1125kg／m。样，可只考虑裂纹间的平均效应。由于爆生气体的由式(2)计算，炸药卷直径d=0．05828in，结压力场

8、是一个准静态作用过程。此时煤体表现为准合炸药规格，取炸药卷直径d=60mm。脆性，裂纹的扩展是由于局部塑性变形造成的，爆生4)炮孔直径d。根据药卷直径，取不耦合装气体压力场作用下的裂纹扩展断裂准则可采用准脆药系数为1．25：=：性材料的裂纹扩展条件_l。。：d2=d口1一×1．25一(3)r旦一2由式(3)计算，炮孔直径d，=75mm。e·√·c(7)2．3深孔预爆破作用区范+围式中：