【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿安全开采，尤其涉及一种人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法。
技术介绍
1、冲击地压是矿山井巷和采场周围煤岩体由于变形能释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象，不仅会导致煤岩体的破坏、工作设备的损坏、人员的伤亡等情况发生，还可能引发瓦斯与煤尘爆炸、火灾或水灾，甚至造成地面震动和建筑物破坏等。因此，冲击地压是深部矿井煤炭开采的主要灾害之一。
2、煤层上方厚度较大、硬度较高的顶板岩层(即诱冲关键层)是造成冲击地压发生的主要原因之一，其内部聚集了大量的弹性能，一旦在采矿过程中，顶板岩层发生破断或滑移的情况，会使得其内部的弹性能被大量释放，从而引发冲击地压或矿震；因此，如何提供一种新的方法，能对诱冲关键层施工人造卸压层，从而有效降低诱冲关键层内积聚的弹性应变能，使其达不到煤层冲击所需的最小能量，最终降低冲击地压或矿震的发生可能性，是本行业的研究方向之一。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，能对诱冲关键层施工人造卸压层，从而有效降低诱冲关键层内积聚的弹性应变能，使其达不到煤层冲击所需的最小能量，最终降低冲击地压或矿震的发生可能性。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，具体步骤为：
3、s1、确定诱冲关键层位置：在煤层以上100m范围内，根据诱冲关键层判别方法，并结合矿井地质柱状图的数据资料，得到矿井区域各岩层
4、s2、布置卸压措施巷：在步骤s1确定的诱冲关键层所在岩层，沿工作面回采方向布置卸压措施巷道，卸压措施巷的数量n应当根据工作面宽度b0进行确定，且满足150n≥b0，并且其长度l应大于工作面回采长度；即当工作面宽度b0≤150m时，卸压措施巷数量n＝1；当150m＜b0≤300m时，措施巷数量n＝2；以此类推；
5、s3、设计爆破钻孔的参数：在每个卸压措施巷侧壁沿巷道走向，以等间距a布置至少一排爆破钻孔，爆破钻孔直径r为60mm～100mm，并根据工作面宽度、岩层厚度和硬度的具体施工条件选取适当参数，所述适当参数选取标准为：满足各爆破钻孔爆破后能够形成连续的破碎层，且爆破后能够使诱冲关键层充分破裂，其爆破钻孔间距应小于其裂隙圈直径，裂隙圈直径不小于诱冲关键层厚度；岩层厚度越大、硬度越高，爆破钻孔间距越小；
6、爆破钻孔长度b1应满足以下条件：
7、
8、式中：
9、h——诱冲关键层到煤层的垂直距离；
10、θ——岩层卸压角，与岩层的性质有关；
11、按照上述参数完成爆破钻孔施工后，并在各个爆破钻孔内装入炸药，最后对各个爆破钻孔内的炸药进行引爆，从而在各个诱冲关键层内形成人造卸压层；
12、s4.对卸压效果进行评价反馈：在各个诱冲关键层形成人造卸压层后，通过评价方法对每个诱冲关键层中的人造卸压层的卸压效果进行评价反馈，若评价结果满足安全要求后开始进行回采工作；否则，重复步骤s1至s4再次进行人造卸压层卸压或者根据卸压效果评价结果选取煤层注水、顶板爆破、煤层爆破卸压等方法进行补充卸压。
13、进一步，所述步骤s1中，计算各坚硬岩层的诱冲系数，从而确定各坚硬岩层是否为诱冲关键层的具体判别公式：
14、
15、
16、式中：
17、c为诱冲指数，当c≥1时，该岩层为诱冲关键层；
18、ef——坚硬覆岩破断后释放的总能量；
19、e0——煤体发生冲击破坏的最小能量；
20、rt——坚硬覆岩极限抗拉强度，mpa；
21、h——坚硬覆岩厚度，m；
22、e——坚硬覆岩弹性模量，mpa；
23、q——坚硬覆岩上覆载荷，kn；
24、h——诱冲关键层距煤层的垂直距离，m；
25、η——衰减指数。
26、进一步，所述步骤s2中，卸压措施巷的长度需满足两端均超出工作面回采长度10～30m，卸压措施巷的截面形状为矩形，其尺寸能根据实际情况进行调整。
27、进一步，所述步骤s3中，爆破钻孔的布置形式为单排等间距布置，相邻爆破钻孔间距a为2倍裂隙圈半径rp，即a＝2rp，以保证裂隙的连续性，其中rp根据下式确定：
28、
29、
30、
31、其中：
32、p2——孔壁初始冲击压力峰值，mpa；
33、ρ0——炸药密度，kg/m3；
34、υ——岩石泊松比；
35、d1——炸药爆速，乳化炸药为4150m/s；
36、σt——岩石抗拉强度，mpa；
37、a——应力波衰减指数，a＝2-b；
38、n——压力增大倍数，取8～11；
39、rc——药卷半径；
40、rb——钻孔半径。
41、进一步，所述步骤s3中，各个诱冲关键层内形成的人造卸压层边界范围，在垂直方向上的投影，均需超出对应覆盖的工作面区域边界30～50m。
42、进一步，所述步骤s3中，炸药选用煤矿许用乳化炸药或水胶炸药，装药密度为3～5kg/m，采用连续装药，同时在爆破钻孔内放置pvc管防止塌孔现象出现，装药长度不超过2/3的钻孔长度，装药量根据实际情况调整，且封孔长度不低于1/3的爆破钻孔长度，单孔应用雷管数量不少于2发，炮孔半径rb与药卷半径rc比值为不耦合系数k，需满足
43、进一步，所述步骤s4中，采用应力监测法、钻屑法和微震法的其中至少两种对每个诱冲关键层中的人造卸压层的卸压效果进行评价反馈，若评价结果均满足安全要求后开始进行回采工作。
44、与现有技术相比，本专利技术先通过特定的判断方法获取煤层上方一定范围内是否存在诱冲关键层，若存在则对其位置进行定位；接着在诱冲关键层内按照设定的参数沿工作面回采方向布置卸压措施巷道，完成后设计爆破钻孔的参数，接着按照上述参数在卸压措施巷侧壁沿巷道走向以等间距布置至少一排爆破钻孔，最后在各个爆破钻孔内确定炸药量，并装填炸药后进行引爆，爆炸后在诱冲关键层形成人造卸压层；最后在各个诱冲关键层形成人造卸压层后，通过评价方法对每个诱冲关键层中的人造卸压层的卸压效果进行评价反馈，若评价结果满足安全要求后开始进行回采工作。通过上述方式，能够降低诱冲关键层积聚的弹性应变能，使其达不到煤层冲击所需的最小能量，从而在源头上大幅度降低工作面发生冲击破坏的可能性，对防治冲击地压具有重要意义。
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1.一种人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤S1中，计算各坚硬岩层的诱冲系数，从而确定各坚硬岩层是否为诱冲关键层的具体判别公式：
3.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤S2中，卸压措施巷的长度需满足两端均超出工作面回采长度10～30m，卸压措施巷的截面形状为矩形，其尺寸能根据实际情况进行调整。
4.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤S3中，爆破钻孔的布置形式为单排等间距布置，相邻爆破钻孔间距a为2倍裂隙圈半径Rp，即a＝2Rp，以保证裂隙的连续性，其中Rp根据下式确定：
5.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤S3中，各个诱冲关键层内形成的人造卸压层边界范围，在垂直方向上的投影，均需超出对应覆盖的工作面区域边界30～50m。
6.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤
7.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用应力监测法、钻屑法和微震法的其中至少两种对每个诱冲关键层中的人造卸压层的卸压效果进行评价反馈，若评价结果均满足安全要求后开始进行回采工作。
...【技术特征摘要】
1.一种人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤s1中，计算各坚硬岩层的诱冲系数，从而确定各坚硬岩层是否为诱冲关键层的具体判别公式：
3.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤s2中，卸压措施巷的长度需满足两端均超出工作面回采长度10～30m，卸压措施巷的截面形状为矩形，其尺寸能根据实际情况进行调整。
4.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特征在于，所述步骤s3中，爆破钻孔的布置形式为单排等间距布置，相邻爆破钻孔间距a为2倍裂隙圈半径rp，即a＝2rp，以保证裂隙的连续性，其中rp根据下式确定：
5.根据权利要求1所述人造卸压层的顶板爆破长钻孔布置方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：李家卓，项城林，李宁，马衍坤，郑鑫，邱航，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：
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