阅读说明：本技术 综采工作面初采坚硬顶板布置预裂炮孔及联线起爆方法 (Pre-splitting blast hole for arranging initial mining hard roof of fully mechanized mining face and online detonating method ) 是由 王朋飞 刘佳男 郝晨良 任玉琦 张百胜 李松玉 孙强 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种综采工作面初采坚硬顶板布置预裂炮孔及联线起爆方法,属于煤矿开采坚硬顶板悬顶处理技术领域。本发明包括以下步骤：第一步：布置初采开切眼内的炮孔；第二步,在正、副巷提前布置炮孔；第三步：布置补加炮孔；第四步：设计炮孔装药和封泥参数,联线起爆；第五步：正、副巷加强支护。本发明具有较强的现场可操作性,在保证顶板预裂效果的前提下,可节约钻孔数量、降低成本、减少工期。(The invention discloses a pre-splitting blast hole for arranging a primary mining hard roof of a fully mechanized mining face and a line detonation method, and belongs to the technical field of suspended roof treatment of the mining hard roof of a coal mine. The invention comprises the following steps: the first step is as follows: arranging blast holes in the primary mining incisions; secondly, arranging blast holes in the front lane and the auxiliary lane in advance; the third step: arranging additional blast holes; the fourth step: designing the parameters of charging and sealing the mud in the blast hole, and carrying out online detonation; the fifth step: and (5) reinforcing support of the primary roadway and the secondary roadway. The method has strong field operability, and can save the number of drilled holes, reduce the cost and shorten the construction period on the premise of ensuring the pre-splitting effect of the top plate.)

综采工作面初采坚硬顶板布置预裂炮孔及联线起爆方法

技术领域

本发明涉及一种综采工作面初采坚硬顶板布置预裂炮孔及联线起爆方法，属于煤矿开采坚硬顶板悬顶处理技术领域。

背景技术

由于煤炭形成时期以及后期地层活动等原因，煤层之上常赋存有坚硬、完整、自承能力强的一层至数层顶板岩层，这些岩层往往造成工作面推进长距离后仍大面积悬露不垮落。

众所周知，采空区大面积悬顶将造成工作面初次、周期来压步距大、工作面及回采巷道强矿压显现、顶板动载系数大；开采过程中还容易出现工作面顶板台阶下沉压垮压死支架等事故，对支架造成剧烈冲击；大面积悬露顶板整体垮落时还会造成飓风，冲到支架，严重威胁工作面的安全生产。因为，坚硬顶板控制一直是国内专家学者亟需破解的世界性难题。

深孔***预裂顶板是人为预制一系列顶板裂缝，达到减小了来压或断裂步距的目的。该技术的核心是***孔的布设方案，布置不合理将造成切缝效果不足，顶板弱化效果不理想、装药量大等较差的效果。

由于工作面初采阶段顶板未垮落前属于四边固支，是顶板最难垮落的阶段，因此，初采进行顶板***强制放顶极有必要，也为后期降低周期来压步距奠定良好的基础。为此，如何合理布置初采***孔、预裂方案以及***方案需要进一步研究，以保证***放顶效果。

发明内容

本发明旨在提供一种综采工作面初采坚硬顶板布置预裂炮孔及联线起爆方法，该方法实现了坚硬顶板的人工强制放顶。

本发明提供了一种综采工作面初采坚硬顶板布置预裂炮孔及联线起爆方法，包括以下步骤：

第一步：布置初采开切眼内的炮孔

为了工作面尽早垮落，工作面切眼设备安装好并试运转割煤3-4刀后，在开切眼后方产生1.8-4m的空间(目前常见的滚筒截深0.6-1m)，在此空间中立即布置两排炮孔施工。但只在两端布置，范围均约为开切眼长度的1/4左右，而且要求两排炮孔交替布置成三花眼的形式。

炮孔间距1.5m，排距0.6～0.8m（考虑顶板锚杆位置，可在此范围内调整），靠近采空侧的一排炮孔距采空侧帮0.5～0.7m（考虑顶板锚杆位置，可在此范围内调整），两排炮孔交替布置。根据矿方具备的钻机、钻具等条件，确定炮孔直径，但根据坚硬顶板厚度，要求炮孔总长度达到坚硬顶板厚度的2倍以上。

第二步，在正、副巷提前布置炮孔

沿正巷轴向方向布置一排炮孔，炮孔间距为1.0m左右，距外帮距离则考虑顶板锚杆位置进行确定。正巷内最靠近切眼采空侧的炮孔距切眼采空侧帮1.4-1.6m。

沿正巷与切眼轴向方向布置一排炮孔，炮孔距切眼采空侧帮1.4-1.6m，炮孔间距为0.6m左右。

初采期间从切眼端头至工作面煤壁前20-40m内连续布置炮孔，之后随工作面推进依次布置炮孔。

副巷***炮孔布置与正巷类似。

第三步：布置补加炮孔

为提高端头预裂效果，在正、副巷内距工作面煤壁前3～5m范围垂直于巷道轴向方向布置一排炮孔，具体参数根据矿井正、副巷条件确定。

第四步：设计炮孔装药和封泥参数，联线起爆。

炮孔装药和封泥参数包括炮孔长度（超过坚硬顶板厚度两倍以上）、炮孔仰角（90°为宜）、孔径（根据钻机条件，一般35-100 mm）、计算装药长度（大于炮孔长度的1/2且小于2/3）、计算装药量（根据钻孔深度、长度和装药长度计算，考虑装药难度，装药不耦合系数设为1.2）、计算封泥长度（不小于炮孔长度的1/3且不大于1/2）、装药卷数（根据选购的药卷规格和计算装药量确定装药卷数）；

放炮使用***，分组装药、分次***；一茬炮联线采用“局部并联，总体串联”的方式进行，每次起爆最多不能超过10个炮孔；

起爆顺序从切眼的正巷向副巷方向依次装药***，之后在副巷从里至外依次装药***，最后在正巷从里至外依次装药***；

第五步：正、副巷加强支护

超前工作面20-40m范围内加强正、副巷支护，在正、副巷的这个范围内打设2-3排单体支柱，单体支柱间架设柱距1m左右。

工作面端头支架与超前支护间距不大于0.5m。

本发明的有益效果：

具有较强的现场可操作性，在保证顶板预裂效果的前提下，可节约钻孔数量、降低成本、减少工期。

附图说明

图1 为切眼及副巷炮孔设计图；

图2 为切眼及正巷炮孔设计图；

图3 为切眼A-A断面图；

图4 为切眼B-B断面图；

图5 为副巷炮孔设计C-C断面图；

图6 为正巷炮孔设计E-E断面图；

图7 为副巷炮孔设计D-D断面图；

图8 为正巷炮孔设计F-F断面图；

图9 预裂炮孔装药结构示意图；

图10正巷侧***次序示意图；

图11副巷侧***次序示意图；

图12正巷超前加强支护示意图；

图13副巷超前加强支护示意图；

图中，1-开切眼；2-副巷；3-内帮；4-液压支架；5-正巷；6-炮孔；7-锚杆；8-乳化***；9-电***；10-水炮泥；11-湿炮土；12-脚线；13-π型梁。a代表采空侧，b代表回采侧，c代表机尾，d代表预裂距离，e代表机头，f代表正巷，g代表副巷。

具体实施方式

下面结合西曲矿实施案例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例，凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。

1. 采用所述的一种综采工作面初采坚硬顶板预裂炮孔布置与联线起爆方法，包括以下步骤：

第一步：布置初采开切眼内的炮孔。

工作面切眼设备安装好并试运转割煤3刀后，在开切眼后方产生2.4m的空间(该矿滚筒截深0.8m)，随即在此空间中布置两排炮孔施工。如图1和图2所示，两排炮孔只在两端布置，副巷侧切眼的预裂范围为50m，正巷侧切眼的范围为60m（开切眼总长度240m），两排炮孔交替布置三花眼形式。炮孔间距1.5m，排距0.6～0.8m（考虑顶板锚杆位置，可在此范围内调整）。如图3和图4所示，炮孔垂直于顶板，靠近采空侧的一排炮孔距采空侧帮0.5～0.7m（考虑顶板锚杆位置，可在此范围内调整），两排炮孔交替布置。根据矿方具备的钻机、钻具等条件，确定炮孔直径为42mm，该矿坚硬顶板厚度平均为2.4m，确定炮孔总长度为7m，大于坚硬顶板厚度的2倍即4.8m以上。

第二步：在正、副巷提前布置炮孔

如图2所示，沿正巷轴向方向布置一排炮孔，炮孔间距1.0m，距外帮1.0～1.2m（考虑顶板锚杆位置，可在此范围内调整）。正巷内最靠近切眼采空侧的炮孔距切眼采空侧帮1.5m。

在正巷支架后方与切眼轴向平行的方向布置一排炮孔，炮孔距切眼采空侧帮1.5m，炮孔间距为0.6m。

如图2-图8所示，初采期间从切眼端头至工作面煤壁前30m内连续布置炮孔，之后随工作面推进依次布置炮孔。

副巷***炮孔布置与正巷类似，但需注意根据通风设施调整炮孔距外帮的距离。

第三步：布置补加炮孔

为提高端头预裂效果，在正、副巷内距工作面煤壁前3～5m范围垂直于巷道轴向方向布置一排炮孔。西曲矿补加炮孔参数如下：

如图5和图6所示，副巷补加若干个炮孔均匀布置，靠内帮炮孔距内帮0.5m，间距700mm。正巷补加若干个炮孔均匀布置，靠内帮炮孔距内帮0.3m，间距800mm。

第四步：设计炮孔装药和封泥参数，联线起爆

炮孔直径42mm，***为三级煤矿许用乳化***，药卷规格为φ35×200mm，200g/卷，径向装药不耦合系数为1.2。单个炮孔装药方式如图9所示。先安装乳化***8，后安装电***9，而后安装水炮泥10、湿炮土11和脚线12。

18403工作面共施工炮孔241个，炮孔深度为7m ，炮孔均垂直于顶板。施工炮孔总长1687m。其中：每个炮孔计算装药长度5m，封泥长度2m。

炮孔参数与装药量见表1-1所示。

表1-1 工作面端头顶板弱化处理炮孔参数与计算装药量表

工作面炮孔钻机初步采用锚杆钻机施工（也可用矿上已有钻机，不管何种型号完成炮孔即可）。PN-A型炮泥机1台，炮泥规格Φ35mm×200m，用沙子与黄土制作。工作面***所用***为三级煤矿许用乳化***，药卷规格为Φ35×200mm，200g/卷，***为煤矿许用8#普通瞬发电***（或同段位）。***所需的设备和火工品如表2-1汇总。

表2-1 初采顶板预裂***所需火工品汇总表

放炮使用FD-200Z型***，分组装药、分次***。一茬炮联线采用“局部并联，总体串联”的方式进行，每次起爆最多不能超过10个炮孔。

起爆顺序从切眼的正巷向副巷方向依次装药***，之后在副巷从里至外依次装药***，最后在正巷从里至外依次装药***。

起爆次序如图10和图11所示，具体为：

（1）采用分组装药、分次***。一次***采用“局部并联，总体串连”的方式进行。

（2）装药前必须先对炮孔进行检查，炮孔有变形时不进行装药。

（3）单孔装药量暂定为5kg。现场单孔装药量可根据现场实际情况进行调整，当顶板坚硬，放顶效果不好时，可在保证封泥长度不小于1.5m的情况下增加装药量。

（4）每次起爆炮孔数量暂定不超过10个，可根据现场实际情况进行调整，但每次起爆总药量不超过80kg。

（5）当班已装药炮孔必须当班完成***。

（6）按炮孔布置图及相应标准进行施工，在现场可以提前进行喷漆标记。

第五步：正、副巷加强支护

超前工作面30m加强正、副巷支护。如图12、13所示，正巷、副巷距工作面30m范围内打设3排单体支柱，单体支柱间架设柱距1m。

如图12，正巷中第一排距工作面煤帮800mm，第二排距第一排800mm，第三排距保险帮800mm，柱上架设π型梁13。正巷受设备影响，根据设备现场情况可以适当调整单体间排距，但必须保证支护质量和数量。

如图13，副巷中第一排距副帮800mm，第二排距第一排800mm，第三排距工作面煤帮800mm，柱上架设π型梁13。

工作面端头支架与超前支护间距0.3m。

本发明不会限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽范围。