深孔爆破弱化坚硬顶板参数优化分析
厚硬顶板深孔预裂爆破弱化试验及评价
４ 结 语
煤 仓修 护安 全 隐患 多 、 管理 难度 大 。 修 护 前应 现
场 会审 。 认 真勘 察分 析 ， 确定 施工 方 案 。为 了避免 煤 仓 损 毁严 重 ， 应 定 期 地对 煤 仓 清 刷 、 维护 ， 避 免 停 产 大修。 煤仓 应避 免 放空 ， 减 少煤 矸对 仓壁 的直 接 冲击 破坏 ． 对 于仓壁 渗水 要及 时 封堵 ． 预 防仓 内积水 造 成 窜 眼等 安全 事故
仓 下锁 口与装载 硐 室连 接处 开始 自下 而上 浇 注 。
（ １ ）每 茬 扩 刷 结束 后 自下 而上 安 装模 板 ． 模 板
采用 １ ． ０ ｍ高 组 合式 金 属模 板 仓 身 向下扩 刷 ４ ｍ 后停止施工 （ 每 段 扩 刷后 立 即 进 行 锚 、 网、 梁、 索 支 护） ， 利 用仓 内矸石 、 积 煤作 为平 台立组 合 钢模 板 ， 模 板 组立 好后 ，下放 煤仓 中心线 。辅 以木 撑 杆进 行找 正， 使模 板 尺 寸符合 设 计要 求 。 最后 用 工具 将所 有 的 连 接螺 栓逐 条 紧 固 ， 确 保模 板组 装 牢 固可靠 。
张 雷１ ． 孙中永
（ １ ． 徐 州矿务集团有限公司 新疆分公司 ， 新疆 乌鲁木齐 ８ ３ ０ ０ ９ １ ； ２ ． 徐 州 矿 务 集 团有 限公 司 夏 阔 坦 矿 业 开 发 有 限公 司 ， 新 疆 库车 ８ ４ ２ ０ ０ ０ ）
摘
要： 针 对 新疆 夏 阔坦煤 矿 １ ０ ０ ９综 放 工作 面 厚硬 顶 板 条 件 ， 采 取 了深孔 预 裂 爆 破和 拉 槽 截
侏 罗统 塔里 奇克 组 ， 目前 主采 下 ｌ ０煤 ， 没有 直接 顶 ，
厚层坚硬顶板破断规律及深孔预裂爆破弱化技术的研究与应用
厚层坚硬顶板破断规律及深孔预裂爆破弱化技术的研究与应用为解决长壁综采工作面厚层坚硬顶板条件下采空区大面积悬顶问题,根据塬林煤矿东一采区101首采的综采工作面厚层坚硬顶板物理力学特征,对综采工作面厚层坚硬顶板破断规律及深孔预裂爆破弱化技术进行了研究。
采用弹性力学解析方法和数值模拟方法分析了综采工作面回采过程中厚层坚硬顶板初次来压步距、周期来压步距及顶板岩层塑性区、应力及煤体超前支承压力分布规律,提出了基本顶初次断裂前的弱化方案,计算出预裂弱化顶板合理步距。
基于质点峰值振动速度(PPV)理论,分析计算了超前深孔爆破岩石损伤范围,通过有限元分析软件ABAQUS对不同时刻、不同炮孔间(垂)距爆破作用下岩体应力变化情况进行分析比较,确定了合理的炮孔间(垂)距,提出了厚层坚硬顶板深孔预裂爆破弱化技术参数。
上述研究工作和成果如下:(1)101综采工作面厚层坚硬顶板初次来压步距范围为55~60m,周期来压步距范围为30~35m;基本顶初次断裂前采用端部拉槽弱化技术,基本顶周期预裂弱化爆破循环步距控制在30m。
(2)101综采工作面基本顶深孔爆破能够对11m范围内岩石造成不同程度的损伤,数值模拟计算确定了炮孔间(垂)距为2m。
(3)通过计算和工程类比,确定了爆破炮孔布置方式、直径、长度、垂深、封孔长度与一次最大起爆药量等技术参数。
在101综采工作面进行了厚层坚硬顶板深孔预裂爆破弱化工业试验,工作面矿压观测与分析结果表明:101综采工作面自弱化顶板回采以来,周期来压步距为10~22m,采空区顶板跟随支架冒落充分,工作面上部、中部和下部液压支架工作阻力基本处于正常工作范围,超前深孔预裂爆破顶板减小了采空区悬顶面积,厚层坚硬顶板得到了有效控制。
深孔爆破弱化坚硬顶板技术在大采高综采工作面的应用
潞宁 煤 矿 ２ １５大 采 高 综 采 工 作 面 采 高 为 ２０
４３ ． ｍ，工 作 面 长 度 为 １０ ３ ｍ，采 用 Ｚ ７ ０ ／ ２ ４ Ｚ ５０ ２／ ５
（ ）顶板 静 压 注 水 ２
顶 板 静 压 注 水 是 使 顶 板
含 水率 提高 ，降低 顶板 的强 度 ，使顶板 垮 落距离 缩 小 ，避 免顶 板来压 过 于强烈 。但该 方法 应用 的前 提 必 须是 顶板 岩石 吸水性 强 ，且 吸水 后其 强度 明显 降
深孔爆破 弱化 坚硬 顶板 技 术在 大 采 高 综 采工作 面 的应 用
杨新 建 ， 申志 平
（ 山西 潞 安 集 团 潞 宁 煤 业 有 限 责 任 公 司 ，山 西 宁 武 ０ ６０ ） ３０ ７
［ 摘
要 ］ 潞宁煤矿 ２号煤 层采用 大采高 综合机械 化开采 ，煤层基本 顶为厚 １．７ 的 中粗砂 ４５ｍ
减小 顶板悬 露 面积 ，防止 或减 弱这种 大 面积顶 板来 压 。经过多 年 的研 究 和实践 ，发展 了以下几 种 主要
处 理坚 硬顶 板 的措 施 。
层 ，缓和顶板 冒落时产生的冲击。具体做法是 ，每 １ ～２个 循 环 ，在 工 作 面切 顶 线 处 打一 定 深 度 的浅
孔 ，装 药进 行爆 破 。缺点 是 对 生 产 的 影 响较 严 重 ， 对 快速 推进 的大 采高综 采工 作 面不适 合 。 （ ） 步 距 式深 孔 爆 破 ２ 步距 式 深 孔 爆 破 主 要
低 ，否则 不 能应用 。
２ ２ 爆破 弱化坚硬 顶板 方 法 ．
支架 。煤层 直 接 顶 为 厚 ２５ｉ 粉 砂 岩 ，单 向 抗 ．１ ｎ的
煤矿开采中坚硬顶板弱化技术分析与应用
化 处理 ［ ４ １ 。 ２ ． ２ 注 入静 态 破碎 剂 弱化 坚硬 顶板
煤矿 现代化
２ ０ １ ５ 年第４ 期
总第１ ２ ７ 期
煤矿开采 中坚硬顶 板弱化技术分析 与应 用
段 贤斌 ・ ，
（ １ ． 太原理工大学矿 业工程 学院，山西 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ； ２ ． 西山煤 电股份公 司西铭矿 ，山西 太原 ０ ３ ０ ０ ５ ２ ）
摘 要 坚硬 顶 板抗拉 抗 压 强度 大 、 弹性模 量 高、 节理 裂 隙发 育程 度 不明显 、 单层 岩体 厚 度 大 、 整 体性 及 自承 能 力强 ， 在 工作 面回 采过程 中不 易 自然垮 落 ， 大 面积 悬顶严 重 。通过在 开切 眼 顶板 上 深孔 预 裂
２ 国 内外坚硬难 垮顶板处理方 法
为 了保 证工 作 面 安全 、 高 效生 产 ， 必 须 采 取 措施
对 坚 硬 顶板 进行 弱 化 处理 ，改 变 顶板 岩 层 的力 学性
质， 使其能在重力作用下及时垮落以减小悬顶面积 ， 防止 顶板 大 面 积来 压 ［ ２ ］ 。 目前 ， 国 内外 主要 采 用 以下 几 种措 施 处理 坚 硬顶 板 。
静 态破 碎剂 水化 反应 后体 积增 大产 生 膨胀 压力 ， 广 泛应 用于 岩石 、 混凝 土 和石 材等 脆 ｌ 生材料 的破 碎切 割 和 开采工 作 。 其破碎 过程 不会 产 生剧 烈震 动 、 噪音 、 飞石 和粉 尘 、 炮 烟 等有 毒 有 害气 体 ， 具 有 传 统 爆破 技 术 无 法 比拟 的优 势 ， 但 目前该 方法 还处 于不 成熟 的试
浅析矿山地下开采中深孔爆破工艺技术的优化
爆破技术B lasting technique浅析矿山地下开采中深孔爆破工艺技术的优化张平发（赤峰中色白音诺尔矿业有限公司，内蒙古 赤峰 ０２５４７３）摘 要：由于采场、人为因素等多方面因素的影响，当前矿山采场的深孔爆破效果未能获得明显改观。
所以，本文针对当前爆破现状，分析了影响深孔爆破效果的主要因素，并采取针对性的改进措施，从而解决这一问题，起到改善深孔爆破效果、提升矿山开采率的目的。
关键词：炸药质量；补偿空间；中深孔施工；自由面中图分类号：ＴＤ２３５．３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０１９）０７－０１３３－２Brief Analysis on the Optimization of Medium-deep Hole Blasting Technology in Underground MiningZHANG Ping-fa（Ｃｈｉｆｅｎｇ Ｚｈｏｎｇｓｅ Ｂａｉｙｉｎｎｕｏｅｒ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｃｈｉｆｅｎｇ ０２５４７３，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔｏｐｅ， ｈｕｍａｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆａｃｔｏｒｓ， ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｉｎ ｍｉｎｉｎｇ ｓｔｏｐｅ ｈａｓ ｎｏｔ ｂｅｅｎ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅｄ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｓｔｉｎｇ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｅｅｐ－ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ， ａｎｄ ｔａｋｅｓ ｔａｒｇｅｔｅｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｅｅｐ－ｈｏｌｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｍｉｎｉｎｇ ｒａｔｅ．Keywords: ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｑｕａｌｉｔｙ； ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｓｐａｃｅ； ｍｅｄｉｕｍ－ｄｅｅｐ ｈｏｌｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ； ｆｒｅｅ ｓｕｒｆａｃｅ赤峰中色白音诺尔矿业有限公司是一家铅锌采选企业，矿区采场采用的主要开采技术为无底柱空场采矿法，其关键工艺参数是矿块每50m为一阶段，每15m为一分段。
坚硬顶板爆破弱化方式研究
爆破后， Ｍ ＝ （ １ ／ １ ２ ） ａ ｑ Ｌ ， 尬＝ ： ／ ６ ．
式 中： 为爆 破后 的极限跨度 ， ｍ； ａ 为传递载荷 的 改 变因子 ； 。 为坚 硬顶 板剩 余 的高 度 ， Ｉ Ｔ Ｉ 。
ｒ —— —— —— ———一
部拉 槽 爆破 、 超前 深 孔 预裂 爆 破 、 地 面深 孔 爆 破 五
弱化坚硬顶板后垮落步距的变化 ， 并对超前深孔预 裂爆破的参数进行 了研究 ， 对坚硬顶板的弱化具有 指导意 义 。
１ 弱化 方 式选 择
图 １ 循环 浅 孔爆 破 岩 粱 力 字模 型
根 据顶 板弱 化 的机理 和爆 破钻 孔 的位置 ， 把 控 制放顶 分 为循环 浅孔 爆破 、端 部切 断放 顶爆 破 、 中
第 ３ ５ 卷
第 ５期
山 西 煤炭
Ｓ Ｈ ＡＮＸＩ Ｃ０ＡＬ
Ｖ０ １ ． ３ ５ Ｎｏ ．５ ０ｃ ｔ ． ２ ０１ ５
２ ０ １ ５ 年 １ ０月
文章 编号： １ ６ ７ ２ — ５ ０ ５ ０ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ５ — ０ ０ ５ ０ — ０ ３
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｉ ｓ ｓ ｎ １ ６ ７ ２ － ５ ０ ５ ０ ｓ ｘ ｍ ｔ ． ２ ０ １ ５ ． ０ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ５ ． ０ １ ７
积聚。
关键词 ： 坚硬 顶 板 ； 爆破 ； 弱化 ； 瓦斯 积 聚
中图 分 类 号 ： Ｔ Ｄ３ ２ ７ ． ２
文献 标 识 码 ： Ａ
坚 硬顶板 目前 存在 的主要 弱化 方式 有两 种 ， 一
是注水软化 ， 通过改变其岩体内部结构和岩石的力
深孔聚能爆破坚硬顶板弱化试验研究
深孔聚能爆破坚硬顶板弱化试验研究摘要：针对坚硬难垮落顶板控制问题，根据聚能流侵彻、应力波拉伸和爆生气体气楔作用定向切割使顶板弱化的原理，在分析聚能爆破裂隙起裂扩展条件基础上，设计了深孔聚能爆破顶板弱化方案，并结合现场条件对爆破孔参数进行优化。
试验结果表明，聚能爆破弱化了坚硬顶板，缩小了回采工作面初次来压步距，使顶板冒落面积减少近30%，为解决采空区顶板大面积悬顶提供了技术途径。
关键词：聚能爆破；顶板弱化；致裂机理；爆破参数一、聚能爆破坚硬顶板弱化原理炸药在岩石中爆破是一个高温、高压、高速的过程，对岩石爆破机理研究主要形成了爆炸应力波破坏理论、爆生气体破坏理论、爆炸应力波和爆生气体共同作用破坏理论，为使坚硬顶板在回采过程中及时垮落，采用了深孔聚能爆破顶板弱化技术。
聚能爆破采用聚能装药结构，通过在特定方向积聚能量达到增强破坏作用的目的。
炸药起爆后，在爆轰波作用下聚能槽发生强烈压缩，在聚能方向形成一股高速运动的聚能流，切割顶板形成初始导向裂隙，对裂隙的扩展和顶板断裂起控制作用。
同时爆轰产物与炮孔壁碰撞生成爆炸应力波，在炮孔径向岩石内产生压应力而环向形成伴生拉应力，由于岩石抗拉强度远低于抗压强度，在环向拉应力作用下岩石发生断裂形成径向裂隙。
此外，高压爆生气体膨胀并充满裂隙，气楔作用在裂隙尖端产生应力集中导致裂隙进一步扩展。
当爆生气体压力下降到一定程度时，岩石内积聚的弹性能释放，产生向心拉应力导致岩石发生破坏形成环向裂隙。
最终聚能爆破作用在炮孔周围顶板岩石内形成较大范围的裂隙网络，由于在聚能方向采用聚能装药结构，聚能效应导致岩石致裂效果显著，裂隙扩展长度明显大于非聚能方向，实现了顶板的定向断裂。
三、聚能爆破坚硬顶板弱化现场试验1.试验工作面概况深孔聚能爆破弱化坚硬顶板在某煤矿+206西二采区3212回采工作面进行现场试验。
该矿为煤与瓦斯突出矿井，西二采区地质构造比较复杂，为向斜的南翼深部，煤层瓦斯压力为1.65～3.98MPa，瓦斯含量为8.17～11.31m3/t。
深孔预裂爆破法在顶板弱化处理中的应用
顶 板 岩层 采用 注水 方法 弱化 前 ， 首先 要对 顶板 岩 层进
行浸水试验 ， 只有进行 浸水实验后 ， 其强度 明显降低
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３—０ ７—０ ２
作者简介 ： 赵亚军（ １ ９ ５ ９ 一）， 男， 河北秦皇岛人 ， １ ９ ８ ３年毕业于西安建筑科技大学 ， 教授 、 硕士研究生导师 ， 主要从事 矿业工程 等方 面的教学及 科 研工作 ， （ Ｅ—ｍａ ｉ ｌ ） ５ ２ ６ ５ ４ １ ９ ０ ９ ＠ｑ ｑ ． ｃ ｏ ｎ ｒ
赵 亚 军 ， 孔 维科 阴 磊 ， 冯 伟
，
（ １ ． 内蒙古科技 大学 矿业 工程 学院， 内蒙古 包头 ０ １ ４ ０ ０ ０； ２ ． 山西 潞 安 矿 业 集 团 ， 山 西 长 治
０ ４ ６ ２ ９ ９ ）
摘 要 坚硬顶板具有强度 高、 节理裂隙不发育的特点， 其整体性和 自稳能力比较强 ， 在开采过
３ ． １ 爆破 作 用效果
的灰 黑 色 泥 岩 ； 老顶为厚度 ０ ． ８～１ ０ ． ８ ｍ， 平均７ ． ０ ２ ｍ 的灰 白色 中砂 岩 （ 局部 相 变 为 浅 灰 色 细 砂 岩 ） ， 老
顶砂 岩单 轴平 均 抗 压 强 度 在 １ １ １ ． ９～１ １ ５ ＭＰ ａ （ 普 氏 硬度 ． 厂 ＝１ １ ． １ ９—１ １ ． ５ ） 。 由于 老 顶 岩层 厚 度 大 ， 致 密
的岩体才 适 宜采 用 注 水 的方 式 进 行 弱 化 。根 据 常 村 煤矿 ３ 煤层 Ｓ ６— ２工 作 面 顶 板 综 合 柱 状 可 知 ， 工 作
面顶板 中 ７ ． ０ ２ ｍ 厚致 密坚 硬 的老顶 砂岩 为主 要弱 化 处 理对象 ， 砂 岩 的强度 受注 水影 响不 明显 ， 而且 ， 由于
深孔爆破弱化坚硬顶板技术的应用
顶板 至上方 １ ｍ的垂直 高度 。 ０
２ ２ 炮 孔 布 置 ．
本 次爆破 采用 炮孑 直 径 为 ７ ｒｍ，炸药 直 径 为 Ｌ ０ ａ
６ｒ ０ ｍ，装药不 耦合 系数 取 １ １ ，封孑 长度 为炮 孑 ａ ．６ Ｌ Ｌ 深 度 的 ２ ％ ～３ ％ ，一 次起爆 药量小 于 ２ ０ ｇ ０ ０ ５ｋ。
Ｊｎ ２ ０ ｕｅ ０８
深 孔 爆 破 弱 化 坚硬 顶 板 技 术 的 应 ｔ ｌ
孙 建 军 ，徐 刚
（ 神东煤炭分公司 上湾矿 ，内蒙古 伊金霍洛旗 ０ ７ ０ ） １２ ９
［ 摘 要 ］ 某煤矿 Ｘ Ｖ号煤层顶板坚硬 ，在 开采过程 中，顶 板压力 大，周 期来压对 支架有冲 击 现象 ，给安全 生产 带来 了很 大隐患。在初采和正 常回采期 间进行深孔爆 破弱化顶板 ，改变顶板岩 石的
２ ２ １ 切 眼拉槽 炮孔布 置 ．．
坚硬 相间 的平行 复合式结 构 。底板 为泥 岩或 铝土
质泥 岩 ，厚 ０～３ ４ ｍ，平 均 １ ６ ｍ，其 下 部 为 本 ．２ ．２ 溪 组 的 铝 土 泥 岩 ，属 软 弱 型 ，单 轴 抗 压 强 度 为
４．２ ａ ０ ８ ＭＰ ，单 向 抗 拉 强 度 为 ３ ７ Ｍ ａ ． ４ Ｐ ，抗 剪 强 度
巷 道 （ 艺巷 ） 向顶 板 打 深孑 ，在 工 作 面前 方 一 工 Ｌ
运输 和 回风 巷 每 隔 ２ ｍ布 置 １组 炮 孑 ，每 组 ８ Ｌ 为 ８个炮 孔 ，分别 为 Ａ，Ｂ，ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ， 扇形 布 置 ，其 中 Ａ，Ｂ，ｃ，Ｄ 与 工作 面平 行 ；Ｅ， Ｆ，Ｇ，Ｈ 与巷道 中心成 １ 。 角 。具 体 钻孑 布置参 ６夹 Ｌ
式 中 ， 为采高 ，取 ２ ５ ． ｍ；Ｋ 为 岩石 破 碎后 的体
煤矿坚硬顶板弱化策略分析
冲击矿 压灾 害等 ．
因此 ， 为 了实现矿井 安 全生产 ， 提 高生 产效率 与经 济效益 必须 对坚 硬顶 板 的 控 制 、 弱化 相 关 理 论 与技 术 进行深 入 的探讨 与研 究 ． 在 老 顶来 压 前 对 顶 板进 行 处 理， 选 择合 理 的坚硬顶 板弱 化策 略 ， 使坚 硬顶 板 的物理 性质发 生改 变 ， 降低 积 聚 的能 量 ， 减 小 顶 板悬 露 面 积 ，
（ ３ ）
端 部切 断法 提前 使 顶 板 岩梁 断 裂 ， 理 论 上 使 老 顶
的极限跨落步距变小， 实践中减小 了爆破工程量 ， 但是
却使 支架 承受 的上 覆 岩层 压 力 变 大 ， 而 端 部拉 槽 后 放 顶模 型又 转化 到定 悬 顶所 要 解 决 的 问题 ， 增加 了二 次 爆破 的施 工量 ， 因此 次 方 法 耗 费 了较 大 的时 间 与经 济
较高 ， 联合 弱化法综合各 顶板 弱化方法优 点， 但是应用还不成熟仍处于探 索阶段． 总结坚硬顶板 弱化技术仍 需改进的地 方及 为以后 的发展方 向提供建议 ， 并为坚硬 顶板 的弱化 技术的研 究以及在 工业中的应用提供借鉴．
关键词 ： 坚硬 顶板 ； 注水 ； 爆破 ； 联 合 弱 化
综采工作面 』 、 俄霍布拉克煤矿 １ １ １ ０ 工作面等都取得
很好 的效 果 Ｊ ， 因此 这 种 方 法可 以在 类 似 开 采条 件 下 的矿 井 中推广 ．
成 的冲击 波 ， 以达到减 小来 压步距 的 目的 ］ ．
１ ． ２ 预先Biblioteka 深孔爆 破放 顶法 数大于 １ ２ ， 初次 垮 落 步距 大 于 ２ ５ ｍ 的顶 板 定 义 为坚 硬 顶板 ． 坚 硬顶板 的特点是 整体 稳定性 好 ， 抗拉 与抗压 强 度较 高 ， 节理 、 裂 隙发 育 情 况较 差 ． 当煤 矿 开 采 过程 中 出现坚硬 难垮 落顶 板 时 ， 回采 时 较 易形 成 大 面 积悬
司马煤矿综采面坚硬顶板深孔预裂爆破技术
泥岩 （ 厚 度 平均 ４ ． ９ ８ ｍ） 、 细粒 砂 岩 （ 老顶 ， 厚 度平 均 ８ ． １ ０ ｍ） 。其 中 老顶 为 顶 板 弱 化 的主 要 对 象 ， 结 合 爆 破理 论 计 算 。 初 步 确 定 开 切 眼 顶 板 处 理 高 度 为
煤层 ． 根 据矿 井地 质 报告 可知 ， 煤层 直 接顶为 深灰 色 砂质 泥 岩 ． 厚 度平 均 为 ４ ． ９ ８ ｍ。 抗压 强度 为 ３ ８ ． ２ ２～ ５ ９ ． ０ ９ ＭＰ ａ ； 老顶 为浅灰色 ， 中厚 层 状 细 粒 砂 岩 ， 厚 度平 均 为 ８ ． １ ０ ｍ， 抗压强度为 ７ １ ． ４ ３ ＭＰ ａ 。工 作 面 顶板 特 征如 表 １所示 。
沁水 煤 田东 ， 井 田南 北长 约 ６ ｋ ｍ， 东西 宽 约 ６ ｋ ｍ， 面
壁 片 帮和 顶 板 大 面 积 垮 落造 成 的 破 坏 性 灾 害 事 故
等， 经研究 ， 决 定对 １ ２ ０ ６综放 工 作 面 开切 眼处 顶 板
进 行 弱化 处理 。
积２ ９ ． ４ ９ ４ ｋ ｍ ， 为潞 安 集 团现代 化 生 产 矿 井 。主 采 煤 层 为 下 二 又 叠 系 山 西 组 ３号 煤 层 ， 煤 层 厚 度 ５ ． ４ ７～７ ． ８ ０ ｍ． 平均 ６ ． ６ ２ ｍ， 倾 角平 均 ４ 。 左右 ， 采 煤
关键词 ： 坚硬顶板 ； 顶板 弱 化 ； 深 孔 预 裂 爆 破
中图分类号 ： Ｔ Ｄ ２ ３ ５
文献标识码 ： Ｂ
文章编 号 ： １ ０ ０ ５ — ２ ７ ９ ８ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ２ — ０ ０ ２ ５ — ０ ２
爆破弱化综采工作面坚硬顶板技术实践研究
回” 通风方 式 ， 巷 道 采用 “ 锚 杆 ～ 金 属 网一 锚 索 一 钢 带 ” 联 合支护 ， 在 回采 过 程 中 顶 板 存 在 大 面 积 来 压 现 象 ， 具 体 表
现 为初 次 来 压 和周 期 来 压 步距 较 大 ， 矿 压 显 现剧 烈 。
２ 顶 板 弱 化 方 式 选 择
Ｐｒ ａｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｏ ｎ Ｂｌ ａ ｓ ｔ Ｗｅ ａ ｋ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ Ｈａ ｒ ｄ Ｒｏ ｏ ｆ ａ ｔ Ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｆ ａ ｃ ｅ
Ｌｉ ｕ Ｈｏ ｎ ｇ ｔ ａ ｉ
效地降低 １ ３ ０ １ 工 作 面坚 硬 顶 板 强 度 ， 实 践 证 明 取 得 了较 好 效 果 。
关键词 ： 爆破弱化 ； 坚硬顶板工作面 ； 实 践研 究
中图 分 类 号 ：
文献标识码 ：
文章编号 ： １ ０ ０ ６ —２ ５ ７ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ 一Ｏ １ ２ Ｏ ～Ｏ ２
我国煤层赋存条件相对复杂 ， 其 中坚硬 顶板煤层 约 占 总储量的 １ ／ ３ ， 且 有 一 半 的 矿 区 均 存 在 坚 硬 顶 板 煤 层 。 坚 硬 顶 板 采 场 与 普 通 采 场 相 比矿 压 显 现 的 特 点 是 周 期 性 来压更加强烈 ， 在 坚 硬 顶 板 煤 层 开 采 过 程 中 在 液 压 支 架 后 方 容 易形 成 大 面 积悬 顶 ， 若 不采 取 有 效 措 施 在 垮 落 时 会 形 成 冲击 波 和 风 暴 ， 给 工 作 面 的 安 全 回 采 带 来 极 大 的 隐 患艟 。 因此 ， 采 用 合 理 的 方 法 对 坚 硬 顶 板 进 行 处 理 是 保
爆破弱化
2）爆破弱化厚硬顶板法爆破弱化厚硬顶板的处理方法有很多种，以人为爆破的方法破坏顶板的完整性，使厚硬难冒顶板成为可冒落顶板。
使冒落的矸石尽可能充满采空区，形成矸石垫层，从而减弱顶板垮落时的冲击强度，大大减少有害气体的积存空间，降低因顶板垮落而造成的瓦斯瞬间涌出以及大面积顶板垮落时形成冲击地压的可能性，达到随采随落的目的。
爆破弱化强制放顶的方法主要有以下几种：循环式浅孔爆破、步距式深孔爆破、超前深孔预裂爆破等，但因超前深孔预裂爆破不影响工作面生产故应用最为广泛。
爆破后能有效地破碎厚硬顶板，降低应力集中程度，从而大幅度消除冲击危险。
（a）循环式浅孔强制放顶法循环式浅孔强制放顶法是1~2个循环，由切眼顶部边缘向顶板钻3~5m的炮孔，钻孔仰角为60°~ 65°，采用直径Φ40~45mm及大孔Φ60~65mm两种孔径，钻孔一般使用岩石电钻，爆破后破坏顶板岩体的完整性（图1-6）。
该方式是厚硬顶板悬顶较大条件下常采用的措施，但是对生产产生严重影响，工作面不得不停产，以用来钻孔，对高速度推进的综釆面不适用，且由于釆空区内存在大量瓦斯等气体，在采空区内进行爆破易发生安全事故。
（b）步距式深孔强制放顶法步距式深孔强制放顶法是每次顶板周期来压前沿切顶线边缘向采空区方向钻2至3排深孔，进行爆破，爆破后形成一定高度的沟槽，破坏顶板的完整性，切断顶板，防止顶板大面积垮落，厚硬顶板就沿此沟槽折断。
但同样其缺点是对生产造成较大影晌。
（c）平巷内深孔强制放顶法平巷内深孔强制放顶法是利用专用巷道或回（进）风巷向顶板打平行于工作面的深钻孔（图1-7），此种方法可以减少对生产的相互影响，一定条件下还可以与注水弱化法相结合，利用注水孔进行爆破，充分利用采空区顶板作为自由面，提高爆破效果，但由于孔较深，需要相应的钻孔设备，同时也会严重影响生产，在采空区内进行爆破易发生安全事故等。
（d）地面钻深孔强制放顶法地面钻深孔强制放顶法是当井下有无法进入的大量厚硬岩层悬顶或遗留煤柱区，且离地表较浅，地面又有钻孔施工条件时，可采用由地面钻垂直深孔爆破放顶，在釆空区上方爆破切断顶板，将大面积悬顶崩落。
深孔爆破弱化煤层顶板技术研究
。 放 出 来 ， 成 卸 载 波 ， 向 炮 孔 中 心 方 向 传 播 ， 介 质 内 部 和 图 ２ 形 并 使
域 称 为 裂 隙 区 。 当 应 力 波 进 一 步 向 前 传 播 时 ， 经 衰 减 到 已 不 足 以 使 介 质 产 生 破 坏 ， 只 能 使 介 质 质 点 产 生 振 动 ， 地 而 以
岩 石 名 称 抗 压 强 度 抗 拉 强 度 普 氏系数 砂 岩 泥 岩 ８０ ０ ３４ ２ ３ Ｏ ２ ４ ７ ～９ ３ ～４
２ 深 孔 爆 破 的 作 用 机 理
爆 破 理 论 认 为 ， 入 无 限 岩 石 中 的 炸 药 爆 炸 后 ， 生 强 埋 产
冲 击 波 和 大 量 高 温 高 压爆 生 气 体 。 由 于 爆 炸 压 力 远 远 超 过
表 ３ 钻 孔 参数
编 号
１ ２ ３
４ ５
波 产 生 的径 向 裂 隙 中 ； 于 气 体 的 尖 劈 作 用 ， 隙 继 续 扩 由 裂 展 。 随 着 裂 隙 的 不 断 扩 展 ， 生 气 体 膨 胀 ， 体 压 力 迅 速 降 爆 气
低； 当压 力 降 到 一 定 程 度 时 ， 蓄 在 介 质 中 的 弹 性 能 就 会 释 积 产 生 环 向 裂 隙 。径 向 裂 隙 和 环 向 裂 隙 互 相 交 叉 而 形 成 的 区
摘 要 ： 对 朱 庄 煤 矿 Ⅱ６ ６工作 面 巨厚 顶 板 难 冒导 致 采 场 支 架移 动 困难 的 问题 ， 用 深 孔 爆 破 的 方 法 弱 化 煤 层 顶 板 ， 针 ４ 采
降 低 爆 破 作 用 区域 的 岩 石 强 度 和 弹 性模 量 ， 变 顶 板 岩 石 的 运 动 规 律 ， 改 变难 冒顶 板 为 可 冒顶 板 ， 根 据 爆 破 理 论 确 定 合 理 并 的 爆 破 参 数 ， 过 矿 压 分 析 确 定合 适 的 步 距 。试 验 结 果 表 明 ， 破 后 ， 场 支 架 的 应 力 下 降 较 明 显 ， 架基 本 能 正 常 移 动 ， 通 爆 采 支
坚硬顶板综放面深孔预裂弱化顶板处理技术
坚硬顶板综放面深孔预裂弱化顶板处理技术牟秀超;张百胜;杨永康;王夏南;金力波【摘要】为了解决致密坚硬顶板初次断裂步距大而容易引起冲击矿压、瓦斯积聚以及放顶煤初采期间顶煤放出率低等难题,针对余吾煤业3#煤层赋存环境和开采条件,通过选用基本顶固支岩梁力学模型,对该矿N1202综放工作面基本顶初次垮落步距进行了理论分析和计算,提出对N1202工作面进行初采前顶板深孔预裂爆破切顶,缩短综放工作面基本顶初次来压的垮落步距.工业试验结果表明,经过弱化处理后基本顶初次来压步距缩短至24.3 m,有效减小了采空区顶板悬露面积,杜绝了坚硬顶板大面积来压隐患,保证了综放工作面绿色安全开采.【期刊名称】《中国煤炭》【年(卷),期】2017(043)006【总页数】6页(P62-66,84)【关键词】综放面;致密坚硬顶板;深孔预裂爆破;工业试验【作者】牟秀超;张百胜;杨永康;王夏南;金力波【作者单位】太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;太原理工大学采矿工艺研究所,山西省太原市,030024;太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024;太原理工大学矿业工程学院,山西省太原市,030024【正文语种】中文【中图分类】TD235.37余吾煤业N1202综放工作面基本顶岩层厚而坚硬，节理裂隙不发育。
随着工作面的推进，采空区悬顶面积逐渐增大，尤其在回采初期悬顶面积更大。
在这一顶板条件下进行综放开采，初采时采空区顶板不能顺利垮落，容易出现支架不接顶、移架困难、工作面严重漏风等问题。
一旦大面积悬顶瞬间垮落，岩层断裂时产生的强烈动载荷严重时会摧毁液压支架，同时可能导致破坏性极强的飓风或冲击矿压出现，容易使采空区积聚的瓦斯瞬间涌出，引起工作面瓦斯超限。
如果在初采前对坚硬顶板展开弱化处理，上述威胁将会消失，可以保证安全回采，更能提前回收顶煤，大幅度提高经济效益。
深孔预裂爆破技术在坚硬顶板管理中的应用
深孔预裂爆破技术在坚硬顶板管理中的应用朱庄煤矿：许庭教程兴浩李俊民郭忠张坤1、引言煤层顶板的岩石强度与煤矿开采的关系密切，难冒顶板给煤矿的安全生产带来很大的安全隐患，如果采空区未冒顶板的面积过大，将会对工作面周围的人员和设备造成很大的威胁，一旦顶板大面积冒落，形成强烈的空气冲击波，造成人员伤亡和设备损毁，所以加强顶板管理对煤矿安全生产有着重要的意义。
对于难冒的煤层顶板，一般采取高压注水和深孔爆破的方法来弱化顶板，两者相比，深孔爆破弱化顶板的方法的效率较高2、深孔预裂爆破的作用机理爆破理论认为，埋入无限岩石中的炸药爆炸后，产生强冲击波和大量高温高压爆生气体。
由于爆炸压力远远超过介质的动抗压强度，使得炮孔周围一定范围内的介质被强烈压缩、粉碎，形成压缩粉碎区；在该区内有相当一部分爆破能量消耗在对介质的过度破碎上，然后冲击波透射到介质内部，以应力波形式向岩体内部传播。
在应力波作用下，介质质点产生径向位移，在靠近压缩区的介质中产生径向压缩和切向拉伸。
当切向拉伸应力超过介质的动抗拉强度时会产生径向裂隙，并随应力波的传播而扩展。
当应力波衰减到低于介质抗拉强度时,裂隙便停止扩展。
在应力波向前传播的同时，爆生气体紧随其后迅速膨胀，进入由应力波产生的径向裂隙中；由于气体的尖劈作用，裂隙继续扩展。
随着裂隙的不断扩展,爆生气体膨胀，气体压力迅速降低；当压力降到一定程度时，积蓄在介质中的弹性能就会释放出来，形成卸载波，并向炮孔中心方向传播，使介质内部产生环向裂隙。
径向裂隙和环向裂隙互相交叉而形成的区域称为裂隙区。
当应力波进一步向前传播时，已经衰减到不足以使介质产生破坏，而只能使介质质点产生振动，以地震波的形式传播，直至消失。
应力波过后，爆生气体产生准静态应力场，并楔入空腔壁上已张开的裂隙中，在裂隙尖端产生应力集中，使裂隙进一步扩展。
在裂隙扩展过程中,爆生气体首先进入张开宽度大、较平直、对气体楔入阻力小的大裂隙中，然后再进入与之连通的小裂隙中，直到其压力降到不足以使裂隙继续扩展为止。
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２ 影响 深孔爆破 的参数及 装药 结构 分析
顶板 ，顶板 能够 随着 工作 面推 进而 自行垮 落是 长壁
工作 面实 现安全 回采 的首 要条 件 。
坚硬 顶板 强度 高 ， 理 、裂 隙 不发 育 ，具 有整 节
体性好 和 自稳 能力 强等特 点 ，当煤 层顶 板为坚 硬难 垮落 顶板 时 ，回采 过程 中容 易形成 大 面积悬顶 。当
１ｚ ｄ ｉｆｕｅ ｃ ｆｂｏ ｅ ｌｎ ｔ ｙ ｅ ｎ ｌ ｎ ｅ ｏ ｒ ｅ ｇ ｈ，ｉ ｅ ｖ ｌ ｉｍｅ ｅ ｎ ｈ ｌ ｅ ｉｇ ｌｎｇｈ ｏ ｅ ｐ — ｈ ｌ ｌ ｓｉｇ ａ ｄ ｐｒ ｓ ｎ ｅ ａ ａ ｔｒ ｐ ｉ ｚ ｔｏ ｎｔｒ ａ ，ｄａ ｔ ｒａ ｄ ｏｅ ｓ ａ ｎ ｅ ｔ ｎ ｄ ｅ ｌ ｏｅ ｂ ａ ｔｎ ｎ ｅ ｅ ｔｄ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ｔｍｉａｉ ｎ
第１ ５卷 第 １ （ 期 总第 ９ ２期）
２１ ０ ０年 ２月
煤 矿 开 采
Ｃｏ ｌｍ ｉｉ ｇ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｎ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ
Ｖ １ １ Ｎ ． （ ｅｉ ｏ ９ ） ｏ ． ５ ｏ １ Ｓ ｒ ｓＮ ． ２ ｅ
Ｆｅ ｒ ｒ ２ ０ ｂ ｕａｙ ０１
Ｚ ＨＡＮＧ Ｘｕ － ａ ｇ ，ＪＡ Ｇ ａ ｇ ｓ ｅ ｇ ’ ｅ ｌ ｎ Ｉ ｕ ｎ —ｈ ｎ ｉ ，ＸＵ Ｇａ ｇ ’ ｎ
（ ． ｏ ｌ ｎｎ １ Ｃ ａ Ｍｉｉｇ＆ Ｄ ｓ ｎｎ ｅ ｅｒｈ Ｂ ａ ｃ ，Ｃ ｉａＣ ａ Ｒ ｓ ａｃ ｎ ｔｕｅ ｅ ｉｇ１ ０ １ Ｃ ｉａ ｅ ｉ ｉｇＲ ｓａｃ ｒｎ ｈ ｈｎ ｏ ｌ ｅｅ ｒｈ Ｉｓ ｔｔ ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ３， ｈｎ ； ｇ ｉ ｊ
深孔爆破 弱化 坚硬 顶板 参 数优 化 分析
张 学亮 贾光胜 ， 一，徐 刚
（ ．煤炭科 学研究 总院 开采设计研究 分院，北京 １０ １ ；２ １ ０ ０ ３ ．天地科技股份有 限公 司 开采设计 事业部 ，北京 １０ １ ００ ３）
［ 摘
要］ 论述 了坚硬顶板的危害 ，指 出深孔爆破可 弱化坚硬顶板 并说 明其 特点。重点分析 了
Ｋｅ ｗ ｏ ｄｓ： ｄ ｅ —ｈ ｌ ｌ ｓｉ ｇ；ｈ ｒ ｏ ｆ ａ ａ ｔｒ ｏ ｉ ｚ ｔｏ ｙ ｒ ｅｐ ｏ ｅ ｂ ａ ｔｎ ａ ｄ ｒ ｏ ；ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｐｔｍｉａｉｎ
长壁 工作 面开采 绝大 多数 采用全 部垮 落法 处理
当于无 自由面爆 破在 其 内部 的扰动损 伤破 裂 。 （ ）深 孔爆破 是 分组依 次起 爆 ， 面的爆 破形 ２ 前 成弱 面 区域 对后 续 的爆破 效果起 到增 强作 用 。
ｒｎ ｅ ａ ｇ ．Ｐ ａ ｔ ａ ｐ ｌ ａｉ ｎ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔｐ ｒ ｍｅ ｅ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｒｎ ｅ ｗ ｓｆ ａ ｉ ｌ ｎ ｆ ｃｉｅ ｒ ｃｉ ｌａ ｐ ｉ ｔ ｈ ｗ ｄ ｔａ ａ ａ ｔｒｏ ｔ ｃ ｃ ｏ ｍｉａｉ ａ ｇ ａ ｅ ｓ ｅ ａ ｄ ｅｆ ｔ ． ｏ ｂ ｅ ｖ
在确定 深孔 爆破 参数 的过 程 中 ，既要 考虑 到取
顶板 大 面积 突然 垮 落 时极 易 形 成 飓 风 和 强 冲击 载
荷 ，容易 造成 人员 伤亡 和设 备损坏 ，而且容 易造成
得 良好 的爆破 效 果 ，又 要 在经 济 技 术 上合 理可 行 。 因此 ，爆 破参 数确定 的合 理 与否是 该方 法能 否取得
２ Ｃ ａ Ｍｉｉｇ＆ Ｄ ｓ ｎｎ ｅａｔ ｎ ， ｉｎ ｉ ｃｅｃ ． ｏｌ ｎｎ ｅｉ ｉｇＤ ｐ ｒ ｔ Ｔａ ｄ Ｓ ｉ ｅ＆ Ｔ ｃｎｌｇ ｏ ， ｔ ， ｅ ｉｇ１０ １ ，Ｃ ｉａ ｇ ｍｅ ｎ ｅｈ ｏ ｙＣ ． Ｌｄ Ｂ ｉｎ ０ ０ ３ ｈｎ ） ｏ ｊ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｓｐ ｐ ｒ ｉｃ ｓｅ ｉ ｓｅ ｆｈ ｒ ｏ ｆａ ｄ ｉｄ ｃ ｔｄ ｔ ａ ｅ ｐ—ｈ ｌ ｌ ｓｉｇ ｃ ｕ ｄ ｓ ｆ ｎ ｈ ｒ ｏ ｆ ｔ ｍｐ ａｉ ａｌ ｎ ． ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｓ ｕ ｓ ｄ ｄ ｓ ｔｒｏ ａ ｄ ｒ ｏ ｎ ｉａ ｅ ｈ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｏ ｅｂ ａ ｔ ｏ ｌ ｏｔ ａ ｄ ｒｏ ．Ｉ ｅ ｈ ｔ ｌ ａ ａ ｎ ｅ ｃ ｙ
２ １ 钻 孔长 度 ．
瓦斯 瞬 间涌 出 ，诱 发瓦斯 重 特大事 故 ，当煤 岩体有
冲击倾 向性 时 ，还 容易诱 发 冲击矿 压 灾害 ¨ ４。 ＩＪ 为 了达 到工作 面安 全 、高效 生 产 ， 须对 此 类 必 顶板 进行 弱化 处理 ，深 孔爆 破是较 为 常用 的一种 方
钻孔 长度 、钻孔 间距、钻孔直径 、封孔长度 ４个对深孔爆破影响最大 的参数及装 药结构和对深孔爆 破 的影响及其参数优化范围。实际应用表明参数优化范围是可行且有效的。 ［ 关键词 ］ 深孔爆破 ；坚硬 顶板；参数优 化 ［ 中图分类号 ］Ｔ ２５ ３ Ｄ ３ ．５ ［ 文献标识码 ］Ａ ［ 文章编号 ］１０ —２ ５ （００ １ ０ ６０ ０ ６６ ２ ２ １ ）Ｏ － ２ －３ ０ Ｏｐ ｉ ｉ ａ ｉ ｎ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｏ ｅ ｈ ｌ ａ ｔｎ ｏ ｏ ｔ ｎｉ ｇ Ｈａ ｄ Ｒｏ ｆ ｔｍ ｚ ｔｏ ａ ｙ ｉ ｆＰａ ａ ｔ ｒ ｆＤｅ ｐ－ ｏ ｅ Ｂｌ ｓ ｉ ｇ ｆ ｒ Ｓ ｆｅ ｎ ｒ ｏ