一种对煤层顶板下方的煤柱进行爆破时的爆破效果评价方法与流程

本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种对煤层顶板下方的煤柱进行爆破时的爆破效果评价方法。

背景技术：

目前，公知的浅埋煤层顶板残余煤柱井下爆破治理效果的评价手段较为单一，仅仅是通过工作面矿压监测及巷道离层情况来间接判断顶板运动情况。但是，爆破之后的顶板运动是一个覆岩破坏的动态变化过程，矿压显现和巷道顶板离层是滞后于覆岩破坏的，且爆破之后的破坏规律以及破坏程度无法通过一般的顶板监测来直接分析判定，进而无法准确检验其爆破治理效果。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种能够准确评价对煤柱的爆破效果的爆破效果评价方法。

本发明技术方案提供一种对煤层顶板下方的煤柱进行爆破时的爆破效果评价方法，包括如下步骤：

s001：在对煤柱爆破前，在煤柱下方的巷道内沿着工作面的推进方向均匀布置多个巷道钻孔k1、k2……kn；

在每个所述巷道钻孔内都对应设置一个应力计g1、g2……gn，并将每个所述应力计都与外部的监测控制装置通信连接；

记录每个所述应力计g1、g2……gn的初始数值a1、a2……an和每个所述应力计g1、g2……gn与所述工作面之间的距离h1、h2……hn，其中n为≥1的自然数；

s002：对所述煤柱进行爆破；

s003：在对所述煤柱爆破后，记录每个所述应力计g1、g2……gn的当前数值b1、b2……bn，并计算得出每个所述应力计g1、g2……gn的实际数值变化范围f1、f2……fn；

其中，f1＝a1-b1、f2＝a2-b2……fn＝an-bn；

s004：选取距离所述工作面的距离为l的应力计gm作为基准，并设定在煤柱被完全爆破时所述应力计gm的预设数值变化范围为f，其中hm＝l，1≤m≤n，m为≥1的自然数；

s005：将所述应力计gm的实际数值变化范围fm与所述应力计gm的预设数值变化范围为f进行比较分析；

如fm≥f，则判断所述煤柱的破坏程度符合完全爆破标准；

如fm＜f，则判断所述煤柱的破坏程度符合部分爆破标准。

较佳地，如在判断为所述煤柱的破坏程度符合部分爆破标准时，执行下述步骤：

在经过预设时间后，且所述工作面向所述煤柱推进预设距离后，再次记录所述应力计的当前数值；

此时，如fm≥f，则判断为在所述工作面的超前应力作用下，使得所述煤柱被破坏；

此时，所述煤柱的破坏程度符合完全爆破标准。

较佳地，在对所述煤柱爆破前还包括如下步骤：

在所述煤柱的周围布置有向下打入岩层中岩层钻孔，并在所述岩层钻孔内布置有位移计，将所述位移计与外部的所述监测控制装置通信连接；

记录所述位移计的初始数值；

在对所述煤柱爆破后还包括如下步骤：

在所述煤柱的破坏程度符合部分爆破标准的条件下，

记录所述位移计的爆破后数值；

设定煤层顶板垮落时的位移计变化范围为a，

如所述位移计的爆破后数值与所述位移计的初始数值之间的差值大于a，则判断煤层顶板出现垮落；

如所述位移计的爆破后数值与所述位移计的初始数值之间的差值小于或等于a，则判断煤层顶板未出现垮落。

较佳地，如判断为煤层顶板未出现垮落时，执行如下步骤：

在经过预设时间后，且所述工作面向所述煤柱推进预设距离后，再次记录所述位移计的当前数值；

如所述位移计的所述当前数值与所述爆破后数值之间的差值大于a，则判断煤层顶板出现超前垮落；

如所述位移计的所述当前数值与所述爆破后数值之间的差值小于或等于a，则判断煤层顶板未出现垮落。

较佳地，在所述煤柱的两侧沿着所述工作面的推进方向布置多个所述岩层钻孔，并在每个所述岩层钻孔内都布置有一个所述位移计。

较佳地，在每个所述岩层钻孔内沿着其深度布置有多个观测点，每个所述观测点设置在所述岩层钻孔与周围岩层的接触面上；

所述位移计为多点位移计，所述多点位移计包括多个探头，在每个所述观测点上都设置有一个所述探头。

较佳地，在对所述煤柱爆破后还包括如下步骤：

观测爆破后煤柱上方的地表是否有朝前破坏；

如对地表有超前破坏，则判断为煤柱爆破效果符合要求。

较佳地，在对所述煤柱爆破时还包括如下步骤：

监测工作面支架的阻力和矿内振动的数据，

分析所述工作面推过被爆破的所述煤柱所在区域时的矿压强度；

设定，在煤层顶板的能量有效释放时的预设矿压强度为p，

如所述矿压强度小于或等于p，则判断为所述工作面可以安全通过所述煤柱所在区域；

如所述矿压强度大于p，则判断为所述工作面不能通过所述煤柱所在区域。

较佳地，在判断为所述工作面不能通过所述煤柱所在区域时，执行下述步骤：

暂停所述工作面的推进；

在经过预设时间后，再次分析所述工作面推过被爆破的所述煤柱所在区域时的矿压强度；

直至分析得出的矿压强度小于或等于p时，继续推进所述工作面。

采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明通过对监测距离工作面一定距离的巷道钻孔内的应力计在爆破前与爆破后的数值变化范围，并与预设数值变化范围为f进行比较分析，进而得出煤柱的破坏程度。

本发明还通过监测岩层钻孔中的位移计在爆破前与爆破后的数值变化范围，并与预设的煤层顶板垮落时的位移计变化范围a比较分析，进而得出煤层顶板是否垮落。

本发明还通过分析矿压，进而得出能够使得工作面通过煤柱所在区域。

由此，本发明提供的爆破效果评价方法，可以准确地测出煤柱爆破程度、煤层顶板垮落情况，还提高了工作面通过煤柱所在区域时的安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的爆破效果评价方法的流程图；

图2为采空区、煤层顶板、煤柱、煤柱下方的巷道的布置示意图；

图3为在煤柱下方的巷道内布置多个应力计的示意图；

图4为在煤柱的两侧布置位移计的示意图；

图5为在岩层钻孔内沿着其深度布置有多个观测点的示意图。

附图标记对照表：

1-采空区；2-煤层顶板；3-煤柱；

4-巷道；5-巷道钻孔；6-应力计；

7-岩层钻孔；8-位移计；81-探头；

9-岩层；10-工作面。

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图1-3所示，本发明一实施例提供的一种对煤层顶板下方的煤柱进行爆破时的爆破效果评价方法，包括如下步骤：

s001：在对煤柱3爆破前，在煤柱3下方的巷道4内沿着工作面10的推进方向均匀布置多个巷道钻孔5(钻孔k1、钻孔k2……钻孔kn)。

在每个巷道钻孔5内都对应设置一个应力计6(应力计g1、应力计g2……应力计gn)，并将每个应力计都与外部的监测控制装置(图中未示出，例如计算机)通信连接。

记录每个应力计g1、g2……gn的初始数值a1、a2……an和每个应力计g1、g2……gn与工作面之间的距离h1、h2……hn，其中n为≥1的自然数。

s002：对煤柱3进行爆破。

s003：在对煤柱3爆破后，记录每个应力计g1、g2……gn的当前数值b1、b2……bn，并计算得出每个应力计g1、g2……gn的实际数值变化范围f1、f2……fn。

其中，f1＝a1-b1、f2＝a2-b2……fn＝an-bn。

s004：选取距离工作面10的距离为l的应力计gm作为基准，并设定在煤柱3被完全爆破时应力计gm的预设数值变化范围为f，其中hm＝l，1≤m≤n，m为≥1的自然数。

s005：将应力计gm的实际数值变化范围fm与应力计gm的预设数值变化范围为f进行比较分析；

如fm≥f，则判断煤柱的破坏程度符合完全爆破标准；

如fm＜f，则判断煤柱的破坏程度符合部分爆破标准。

本发明提供的爆破效果评价方法主要用于对浅埋煤层顶板残余煤柱井下爆破治理的效果评价。

本发明中的工作面10为采煤工作面，其沿着箭头方向推动。

本发明中的煤层顶板2的上方采空区，煤柱3或集中煤柱位于煤层顶板2的下方，下部的巷道4或开采巷道位于煤柱3的下方。

本发明中的应力计6与外部的监测控制装置通信连接，可以将探测获得的数据传输至监测控制装置(例如计算机)用于后续分析计算。本发明中的通信连接可以为电连接，也可以为信号连接。

本发明中所提到的煤柱3被完全爆破，是指爆破后煤柱3被完全破坏，无需外力就会倒塌的爆破程度。

本发明中提到的完全爆破标准，为爆破后，煤柱3被完全破坏，无需外力爆破后的煤柱自身就会倒塌的爆破程度。如果煤柱的破坏程度符合完全爆破标准，说明本次爆破直接有效。

本发明中提到的部分爆破标准，为爆破后，煤柱3被部分破坏，需要借助外力或其它应力才能使爆破后的煤柱倒塌的爆破程度。如果煤柱的破坏程度符合部分爆破标准，则说明煤柱3在爆破后并未立即破坏，仍需工作面的超前应力作用促进爆破后的煤柱破坏，最终达到爆破目的，说明本次爆破间接有效。

本发明中的巷道钻孔5可以布置在巷道底板上。本发明中的应力计为是测量地应力的仪器，其也可以为压力计，根据周围环境的应力或压力的改变反应周围环境的变化。

巷道钻孔5优选地为8m，相邻的两个巷道钻孔5之间的间距为4m，l优选为32m，gm可以为gn中的任意一个，优选地m＝8，可以将准确地测算出煤柱爆破对工作面的影响。

较佳地，如在判断为煤柱3的破坏程度符合部分爆破标准时，执行下述步骤：

在经过预设时间后，且工作面10向煤柱3推进预设距离后，再次记录应力计的当前数值；

此时，如fm≥f，则判断为在工作面的超前应力作用下，使得煤柱3被破坏；此时，煤柱的破坏程度符合完全爆破标准。

也即是，在煤柱3未被完全破坏时，或煤柱3在爆破后并未立即破坏时，在一段时间之后，通过工作面10的向前推进，工作面10的应力对爆破后的煤柱3起作用，使得爆破后的煤柱倒塌。此时，第一步煤柱爆破加上后续的工作面的应力，使得此时的煤柱爆破程度符合完全爆破标准，从而满足爆破要求。

如果此时fm＜f，则在工作面的超前应力作用下，也不能使得煤柱3被破坏；煤柱的破坏程度不符合要求，说明本次爆破效果不好。

较佳地，如图4所示，在对煤柱3爆破前还包括如下步骤：

在煤柱3的周围布置有向下打入岩层9中岩层钻孔7，并在岩层钻孔7内布置有位移计8，将位移计8与外部的监测控制装置通信连接，并记录位移计8的初始数值。

在对煤柱3爆破后还包括如下步骤：

在煤柱3的破坏程度符合部分爆破标准的条件下，记录位移计8的爆破后数值，设定煤层顶板2垮落时的位移计变化范围为a。

如位移计8的爆破后数值与位移计8的初始数值之间的差值大于a，则判断煤层顶板2出现垮落，说明煤层顶板2的能量或压力集中瞬间释放，不利于维持矿压稳定和工作面推进。

如位移计8的爆破后数值与位移计8的初始数值之间的差值小于或等于a，则判断煤层顶板2未出现垮落，则说明此时煤层顶板2的能量还未释放，此时还处于比较安全的状态。

岩层钻孔7的直径优选在100mm-230mm之间，相邻的岩层钻孔7之间的距离为30m。

位移计8为用于监测位移变化的仪器。在煤柱3的破坏程度符合部分爆破标准的条件下，此时爆破后的煤柱3自身并未垮落，如果煤层顶板2垮落在岩层钻孔7上，由于压力作用会影响位移计8在岩层钻孔7内的位置深度，从而引起位移计8的位置变化，从而得出位移计8的位置变化范围。

通过将位移计8的位置变化范围与设定的a比较，即可得出煤层顶板2的垮落情况。

较佳地，如判断为煤层顶板2未出现垮落时，执行如下步骤：

在经过预设时间后，且工作面10向煤柱3推进预设距离后，再次记录位移计的当前数值；

如位移计的当前数值与爆破后数值之间的差值大于a，则判断煤层顶板2出现超前垮落。

如位移计的当前数值与爆破后数值之间的差值小于或等于a，则判断煤层顶板2未出现垮落。

由于工作面10的应力作用加上之前对煤柱的爆破，使得煤层顶板2出现超前垮落，并最终垮塌，该过程中煤层顶板2中的能量或压力是一个均匀释放的过程，并未出现顶板突然垮落现象，消除了工作面10通过煤柱区域时的大面积动载矿压的风险，提高了通过的安全性。

较佳地，如图4所示，在煤柱3的两侧沿着工作面10的推进方向布置多个岩层钻孔7，并在每个岩层钻孔7内都布置有一个位移计8，提高监测效果。

较佳地，如图5所示，在每个岩层钻孔7内沿着其深度布置有多个观测点，每个观测点设置在岩层钻孔7与周围岩层9的接触面上。

位移计8为多点位移计，多点位移计包括多个探头81，在每个观测点上都设置有一个探头81，以提高监测效果。

较佳地，在对煤柱3爆破后还包括如下步骤：

观测爆破后煤柱3上方的地表是否有朝前破坏？如对地表有超前破坏，则判断为煤柱爆破效果符合要求。如没有对地表造成超前破坏，则爆破效果可能不理想。

通过对地表观测的方式，简单方便，通过肉眼就可以观察，方便执行。

较佳地，在对煤柱3爆破时还包括如下步骤：

监测工作面支架的阻力和矿内振动的数据。

分析工作面10推过被爆破的煤柱3所在区域时的矿压强度。

设定，在煤层顶板2的能量或压力有效释放时的预设矿压强度为p，如矿压强度小于或等于p，则判断为工作面可以安全通过煤柱所在区域；如矿压强度大于p，则判断为工作面不能或暂时不能通过煤柱所在区域，提高了工作面通过的安全性。

较佳地，在判断为工作面10不能通过煤柱3所在区域时，执行下述步骤：

暂停工作面10的推进；

在经过预设时间后，再次分析工作面10推过被爆破的煤柱3所在区域时的矿压强度；

直至分析得出的矿压强度小于或等于p时，继续推进工作面，保证安全通过。

在经过一段时将后，煤层顶板2的压力得到释放，同时爆破产生的振动也一定程度减小，从而使得工作面10可以顺利通过被爆破的煤柱3所在区域。

本发明中对煤柱3的爆破可以采用在煤柱3中打钻孔，向钻孔中埋设炸药的方式进行爆破。

对工作面支架的阻力的监测可以通过设置压力传感器获得煤层顶板对其的压力，然后通过公式测算出工作面支架的阻力。

矿内或矿井内振动的数据的监测及获得，都可以通过设置传感器的方式获得振动数据。

根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。