能量为107J ;他们的爆破点设置具有正交性，可体现不同爆破位置带来的不同效果。
[0035]8.根据权利要求1所述的爆破方案设计，其特征在于，爆破方案一，工况一爆炸点为x3, x4 ;工况二爆破点为x2, x3, x4, x5 ;工况三爆破点xl, x2, x3, x4, x5, x6 ；爆破方案二，工况一爆炸点为71，72;工况二爆破点为71，72，73，74;工况三爆破点yl, y2, y3, y4, y5, y6 ;工况四爆破点 yl, y2, y3, y4, y5, y6, y7。
[0036]横向方案效果分析:
采空区爆破放顶的目的就是要人工使上覆岩层垮落。垮落过程中岩体碎块将重新搭接使空隙增加，垮落向上发展过程中垮落的空间逐渐减小，形成三带最终使地层的稳定。即放顶的目的就是使上覆岩层达到充分垮落。
[0037]工况一和工况二的裂隙可知，在横向设置爆破点的方案一中，工况一和工况二实施爆破，并达到稳定后，其对直接顶造成的破坏仅限于破裂区(爆炸影响半径)内。由于粉砂岩和砂质泥岩强度较大，在破裂区外的岩体未受到有效破坏。另一方面，直接顶上覆岩层中水平裂隙处并未分离，说明爆破影响并未发展到水平裂隙处。
[0038]工况三的裂隙可知，爆破不但使破裂区内的岩体颗粒完全下落，而且造成了直接顶上覆岩层的整体垮落。工况三裂隙中清晰的出现了岩层分离的现象，不仅出现在直接顶所在岩层，裂隙也广泛地向上发展。所以方案一工况三可以达到使上覆岩层达到充分垮落的目的。位移证明了上述论断，且位移已发展至地表。
[0039]上述现象说明，在该种上覆岩层构造条件下，为使其充分垮落必须破坏直接顶所在岩层。方案一工况三是可行的。
[0040]纵向方案效果分析:
工况一和工况二可知，爆破稳定后最终并未达到使上覆岩层充分垮落的目的，对直接顶造成的破坏仅限于破裂区(爆炸影响半径)内。这些现象与方案一中工况一和工况二类似，都是无效的放顶爆破。
[0041]工况三和工况四的最终爆破结果相近，以工况三为例说明。工况三类似于方案一中工况三爆破结果，爆破使上覆岩层充分垮落，垮落向上发展，直至地面受到影响。方案二工况三是有效的爆破方案。
[0042]对比方案一和方案二中工况三爆破后结果。对于产生的裂隙，方案一工况三裂隙在采空区左侧，而方案二工况三裂隙在采空区右侧。两者裂隙向上发展均显现塌落拱的形态。就上覆岩层运移而言，方案一塌落影响范围较宽，而方案二影响范围较窄；但方案一爆破后地面沉降比方案二的地面沉降大20%。
[0043]单独使用两个方案的结果表明，方案一工况三、方案二工况三和四是有效的方顶爆破方案。对于方案的组合使用也通过模拟得到了有效方案组合。
[0044]对于产生的裂隙，方案一工况三裂隙在采空区左侧，而方案二工况三裂隙在采空区右侧。两者裂隙向上发展均显现塌落拱的形态。就上覆岩层运移而言，方案一塌落影响范围较宽，而方案二影响范围较窄；方案一爆破后地面沉降比方案二的地面沉降大20%。
【主权项】
1.一种确定有效采空区放顶爆破方案的方法，其特征在于，为制定合理的采空区强制放顶爆破方案，根据上覆岩层的急倾斜性并伴有水平裂隙发育的实际情况制订了方案，并使用基于颗粒流理论进行了模拟；考虑到上覆岩层特点和代表性，设置了爆破点连线相互垂直的两组方案；模拟了两组方案不同工况下的爆破过程；其包括如下步骤:采空区模型的建立、爆破方案设计；本发明可用于采空区放顶爆破的方案选择。
2.根据权利要求1所述的岩体模型的建立，其特征在于，考虑到岩土体形成过程是由于风化、沉积等作用使颗粒在竖直方向从下到上逐层堆积形成的，并经过自然压实的过程，使用下落法构造模型。
3.根据权利要求1所述的岩体模型的建立，其特征在于，为了模拟掘进过程中上覆岩层的运移，该地质剖面模型(X方向)长300m，高(z方向)300m (底面距地表300m);地质条件复杂，从左向右分层较多，且岩性不同，平均倾角达87° ;由于PFC3D建模的特殊性，结合地质勘查结果，考虑到砂岩、砂质泥岩和砂岩形成的岩体，及其之间裂隙尺度，将颗粒(ball)半径设为0.6-0.9m的正态分布。
4.根据权利要求1所述的岩体模型的建立，其特征在于，模型边界条件为模型上顶面自由，其余面均在X、y、z三个方向固定；同时为了表现该模型边缘与外界岩体接触的实际效果，设固定面的摩擦系数为平均值0.5。
5.根据权利要求1所述的岩体模型的建立，其特征在于，为了模拟向斜左翼分层构造和水平方向存在的裂隙发育，根据发育的特征使用PFC3D中的JSET来模拟这些构造JSET命令可以模拟岩体中节理等软弱面；具体地，表层黄土和碎石中不存在裂隙发育，不设施JSET ;在模型z方向的10~250m区域内设置JSET ;对于向斜左翼的模拟，考虑到实际情况和计算量的因素，设置构造面间岩层水平方向厚度为10m，左翼总水平厚度240m，倾斜角87°高度10~250m ;对于水平裂隙的模拟，根据勘察所得，设距地表50~100m，裂隙间距为5m ;距地表100~150m，裂隙间距为1m ;距地表150~210m，裂隙间距为20m ;分层的层间和水平裂隙间的法向和切向连接强度为O，岩体内部的法向和切向连接强度为108Pa，其摩擦系数均为 0.5o
6.根据权利要求1所述的岩体模型的建立，其特征在于，为模拟实际的采空区形成过程，掘进的模拟是通过删除模型底部颗粒完成的，设开挖高度为10m，每次掘进长度为20m，共220m分11次开挖完成；第11次后形成的稳定模型即为爆破方案实施所需基础模型。
7.根据权利要求1所述的爆破方案设计，其特征在于，对直接顶进行放顶爆破，由于直接顶附件岩层是急倾斜的，且厚度较大，考虑使用两种爆破方案进行尝试；方案一:爆破点基本水平排列，分布在采空区中心区域；6个爆破点xl, x2, x3, x4, x5, x6分别距起始开挖面40m、70m、100m、130m、160m、190m ;深度距直接顶约20m，单孔爆炸能量为107J ;方案二:爆破点基本竖直排列，分布在采空区中心竖向区域内；7个爆破点yl, y2, y3, y4, y5, y6, y7，竖向间距约为11.5m，与掘进起始面水平距离110m，单孔爆炸能量为107J ;他们的爆破点设置具有正交性，可体现不同爆破位置带来的不同效果。
8.根据权利要求1所述的爆破方案设计，其特征在于，爆破方案一，工况一爆炸点为x3, x4 ;工况二爆破点为x2, x3, x4, x5 ;工况三爆破点xl, x2, x3, x4, x5, x6 ;爆破方案二，工况一爆炸点为yl, y2 ;工况二爆破点为yl, y2, y3, y4 ;工况三爆破点yl, y2, y3, y4, y5, y6 ；工况四爆破点 yl, y2, y3, y4, y5, y6, y7。
【专利摘要】本发明公开了一种确定有效采空区放顶爆破方案的方法，其特征在于，为制定合理的采空区强制放顶爆破方案，根据上覆岩层的急倾斜性并伴有水平裂隙发育的实际情况制订了方案，并使用基于颗粒流理论进行了模拟；考虑到上覆岩层特点和代表性，设置了爆破点连线相互垂直的两组方案。模拟了两组方案不同工况下的爆破过程；其包括如下步骤：采空区模型的建立、爆破方案设计；本发明可用于采空区放顶爆破的方案选择。
【IPC分类】G06F17-50, G06Q50-02
【公开号】CN104850695
【申请号】CN201510245130
【发明人】贾宝山, 尹彬, 王翰钊, 皮子坤, 王汉元, 李春苗, 段鹏飞
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月14日