一种厚煤层综放工作面双层硬厚岩层超前预裂方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿安全技术领域，具体地说是一种厚煤层综放工作面双层硬厚岩层超前预裂方法。
【背景技术】
[0002]我国煤层赋存条件复杂，属于坚硬顶板的煤层约占三分之一左右，且分布在50%以上的矿区，随着综合机械化采煤技术的发展，有38%的综采工作面属于来压强烈的坚硬顶板，坚硬顶板的大面积悬露特性给矿山安全生产带来了严峻挑战。
[0003]以往改变坚硬岩层的力学性质多采用注水弱化顶板，通过水的压裂和软化，降低岩体强度和完整性，达到顶板易冒落的目的。但注水目前存在着效率低，某些顶板软化效果差等缺点，提高注水弱化顶板的效率、减少工程量，降低注水成本等是研宄和发展注水法的重点。
[0004]爆破法放顶破坏岩体的完整性是一种可行的顶板处理方法，其中采前预爆破，干扰回采工序较小，但炸药消能量很大，成本较高，特别是大量的炸药在井下爆破，污染严重，这种方法今后的发展将爆破的位置选择在顶板拉应力最大区域和要控制的来压步距位置，从而减少钻孔工程量和炸药消耗量，降低顶板处理成本。采后爆破中浅孔循环放顶和步距式深孔放顶，干扰回采工序，影响回采进度，不利于高产高效的机械化生产。
[0005]两巷断顶法虽然不影响采场生产，但对于某些完整性强的顶板，放顶效果较差，这种方法配合强力液压支架，尚有一定适用范围，其实质是以高阻力支架控制为主，爆破断顶为捕。而从在某些条件下可采取步距式断顶，即在支架可承受的来压步距内，打扇形深孔、爆破断顶，迫使顶板按步距冒落。
[0006]以往对坚硬顶板的处理均单一依靠高压水或者炸药的作用，而未考虑矿山压力对预裂岩层的主要压裂作用，因而同等治理效果下工程量大、材料成本高。
【发明内容】
[0007]为解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种厚煤层综放工作面双层硬厚岩层超前预裂方法，以工作面开采超前支承压力为主要作用因素，在利用炸药对高、低位硬厚岩层预裂爆破处理的基础上，辅以预裂裂隙的高压注水致裂，与常规硬厚顶板治理方法相比较具有工程量小、材料消耗少、实施效果好的优点。
[0008]一种厚煤层综放工作面双层硬厚岩层超前预裂方法，通过以下步骤实现:
1)根据工作面上覆硬厚岩层支承条件，计算硬厚岩层破断步距，确定循环爆破距离；
2)根据炸药性能参数及硬厚岩层物理力学参数，计算爆破裂隙区范围，确定炮孔布置参数；
3 )工作面进风巷和工作面回风巷内，在低位硬厚岩层内沿回采工作面推进方向布置扇形旋转炮孔，对低位硬厚岩层进行预裂爆破；
4)工作面进风巷和工作面回风巷内，在高位硬厚岩层内布置走向截断孔，将高位硬厚岩层的边界支承条件设置为简支支承或自由支承条件，对高位硬厚岩层进行碎裂；
5)在低位硬厚岩层预裂爆破后，选择低位硬厚岩层的扇形旋转炮孔作为高压注水孔，进行高压注水，进一步压裂岩体，扩大岩层裂隙发育区的范围。
[0009]步骤3)中扇形旋转炮孔孔底连线与顶板自然断裂半O-X破裂圈三角形弧板裂隙带分布基本一致。
[0010]步骤3)中所述低位硬厚岩层的预裂爆破需要留设2-3米的保护层。
[0011]步骤4)中走向截断炮孔孔底达到高位硬厚岩顶部，在走向截断炮孔对应高位硬厚岩层部分进行装药并控制装药量不超过炮孔长度的60%。
[0012]步骤5)中高压注水孔的注水压力不低于lOMpa，单孔注水时间不小于60min。
[0013]步骤3)、4)、5)中高、低位硬厚岩层爆破预裂及高压注水均在支承压力峰值范围以外进行。
[0014]本发明设计了双层硬厚岩层低位碎裂、高位断裂、水压致裂、矿山压力再致裂四位一体的预裂模式，通过确定工作面超前支承压力范围，在支承压力范围以外对厚煤层上方双层硬厚岩层实施预裂爆破，实现煤层顶板的有效冒落；通过计算不同边界支承条件下硬厚岩层破断步距，确定合理的预裂爆破步距；沿工作面进风巷和回风巷，在低位硬厚岩层中向工作面推进方向布置扇形旋转炮孔，实现低位硬厚岩层端部的有效破碎，随采随冒；沿工作面进风巷和回风巷，布置走向截断孔对高位硬厚岩层实施拉槽截断爆破，改变高位硬厚岩层的支承条件，实现高位硬厚岩层的有效回转断裂；对爆破后预裂深孔实施高压注水，利用高水压对爆生裂隙进一步致裂；预裂爆破及高压注水均在支承压力峰值区域以外实施，实现预裂及水压裂隙在支承压力作用下的进一步扩展，真正解决双层硬厚岩层难以冒落的问题，施工材料消耗少，工程量小，节约人力物力，降低生产成本，实施效果显著，具有很高的实际应用价值。
【附图说明】
[0015]图1岩层O-X型破断形式示意图；
图2低位硬厚岩层碎裂爆破示意图；
图3高位硬厚岩层拉槽截断爆破剖面示意图；
图4高位硬厚岩层拉槽截断爆破炮孔布置平面示意图；
图5低位硬厚岩层预裂炮孔高压再注水示意图。
【具体实施方式】
[0016]如图1-5所示，该厚煤层综放工作面双层硬厚岩层超前预裂方法，通过如下步骤实现:
1)根据工作面上覆硬厚岩层支承条件，计算硬厚岩层破断步距，确定循环爆破距离；
2)根据炸药性能参数及硬厚岩层物理力学参数，计算爆破裂隙区范围，确定炮孔布置参数；
3)工作面进风巷I和回风巷2内，在低位硬厚岩层6内沿工作面3推进方向布置扇形旋转炮孔4，对低位硬厚岩层6进行预裂爆破；
4)工作面进风巷I和回风巷2内，在高位硬厚岩层7内布置走向截断孔5，将高位硬厚岩层7的边界支承条件设置为简支支承或自由支承条件，对高位硬厚岩层7进行碎裂；
5)在低位硬厚岩层6预裂爆破后，选择低位硬厚岩层6的扇形旋转炮孔4作为高压注水孔8，进行高压注水，进一步压裂岩体，扩大岩层裂隙发育区的范围。
[0017]作为优选的方式，步骤3)中扇形旋转炮孔4孔底连线与顶板自然断裂半O-X破裂圈三角形弧板裂隙带分布基本一致。