降低煤矿厚硬岩层破断致灾风险的分层预裂爆破方法与流程

本发明涉及降低煤矿厚硬顶板破断致灾技术领域，具体是一种降低煤矿厚硬岩层破断致灾风险的分层预裂爆破方法。

背景技术：
一些矿区煤层上部赋存着厚硬顶板，由于顶板厚度大，并且强度大，造成顶板破步距较大，从而造成顶板来压强度大，矿压显现强烈，严重的会造成液压支架压死，发生冲击矿压及煤与瓦斯突出等事故，给安全生产带来严重的安全隐患，从而厚硬顶板的控制技术一直是世界采矿界的难题。目前控制坚硬顶板的方法主要包括：超前深孔预裂爆破、顶板注水软化、水压致裂等，这些方法都取得了很好的成效，但针对煤矿厚硬顶板破断致灾的预防，任何方法都不是万能的。超前深孔预裂爆破对工作面宽度及煤层倾角有较大的要求；顶板注水软化对顶板的矿物组成有较大要求，且遇到构造发育强烈时实施较为困难，并且注水软化后还需要强制放顶，水压致裂在顶板普氏系数大于10的情况下不易压裂，且受应力方向及裂纹发育方向影响较大。爆破方法受厚硬顶板的应力方向、裂隙发育方向影响较小。通过减小煤层上覆厚硬岩层的破断距是降低厚硬岩层破断致灾比较行之有效的方法。根据岩层的破断距计算公式，固支：，简支：，悬臂：（为岩层的破断距，为岩层厚度，为上覆岩层载荷，为岩层抗拉强度），从公式中可以看出破断距与岩层的厚度h、成正比例关系，与成反比例关系，故通过减小岩层厚度h是减小岩层破断距最方便的方法。预裂爆破可以在炮孔连线方向产生应力集中，在炮孔间距合适时，几个炮孔齐发爆破时，炮孔之间可以形成贯通裂纹，从而将完整的厚硬岩层分成两层岩层，降低了岩层的厚度，如示意图1所示，从而减小了厚硬岩层的破断步距。煤层上覆的厚硬岩层一般为沉积岩，岩层各向异性发育强烈，垂直于岩层方向的强度较小，会促进爆破裂纹的扩展。

技术实现要素：
本发明提供一种降低煤矿厚硬岩层破断致灾风险的分层预裂爆破方法，减小了破断距，降低破断致灾风险。本发明是以如下技术方案实现的：一种降低煤矿厚硬岩层破断致灾风险的分层预裂爆破方法，包括以下步骤，1）在工作面上覆厚硬岩层上开挖一条满足钻孔施工要求的岩巷，其长度等于工作面的走向长度；2）利用岩巷的作业空间，垂直于岩巷帮部的上覆厚硬岩层中打若干钻孔，钻孔在一个平面内且相互平行，钻孔长度约为工作面长度的一半，孔距为30-100倍钻孔孔径；3）对所有钻孔进行装药、封孔、然后连线进行齐发爆破，利用爆破应力波在炮孔连线方向产生的应力集中，使炮孔连线方向岩体产生裂纹，实现厚硬岩层的分层，最终实现分层破断。优选的，步骤1）中所述的岩巷的位置在上覆厚硬岩层几何中心，或根据煤矿工作面情况偏离上覆厚硬岩层的几何中心。优选的，如果上覆厚硬岩层的厚度过大，进行分层预裂爆破后，上覆厚硬岩层的破断距仍然较大时，需要掘进二条或二条以上的岩巷，进行多分层的预裂爆破。优选的，如果上覆厚硬岩层的厚度过大，进行分层预裂爆破后，上覆厚硬岩层的破断距仍然较大时，可以在分层预裂爆破的基础上，利用扇形钻孔进行强制放顶。优选的，步骤2）平行钻孔根据打孔时排岩粉的需要具有一定向上倾斜角度，一般与上覆厚硬岩层成3-5º，若上覆岩层为倾斜岩层，岩巷的位置可向厚硬岩层下部移动。优选的，步骤3）中为了满足单个钻孔内炸药的传爆性能，利用导爆索将各个药卷连接起来，将药卷与导爆索用防水胶带捆绑。优选的，钻孔的直径不小于90mm。本发明的有益效果是：利用在煤层上覆厚硬岩层预裂分层爆破减小了破断距，降低破断致灾风险；工艺简单，可操作性强，可消除厚硬顶板危害，从而实现煤矿安全生产。附图说明图1是分层预裂爆破成缝示意图；图2是二分层预裂爆破示意图；图3是图2的A-A剖视图；图4是多分层预裂爆破示意图；图5是图3的A-A剖视图；图6是分层预裂爆破与强制放顶联合示意图；图7是图6的A-A剖视图。图中：1、岩巷，2、上覆厚硬岩层，3、钻孔，4、顺槽，5、煤层。具体实施方式如图2和图3所示，一种降低煤矿厚硬岩层破断致灾风险的分层预裂爆破方法，利用煤层上覆厚硬岩层的破断距、及矿山压力方面的知识判断岩层破断时的致灾风险；如有致灾风险，计算二分层预裂爆破是否满足要求，如果满足要求，具体步骤如下：1）在工作面上覆厚硬岩层2上开挖一条满足钻孔施工要求的岩巷1，其长度等于工作面的走向长度。2）利用岩巷1的作业空间，垂直于岩巷1帮部的上覆厚硬岩层2中打若干钻孔3，钻孔3在一个平面内且相互平行，钻孔3长度约为工作面长度的一半，孔距一般为30-100倍钻孔孔径；当上覆厚硬岩层2强度大时取小值，反之取大值。3）对所有钻孔3进行装药、封孔、然后连线进行齐发爆破，利用爆破应力波在炮孔连线方向产生的应力集中，使炮孔连线方向岩体产生裂纹，实现上覆厚硬岩层2的分层，最终实现分层破断。步骤1）中所述的岩巷1的位置在上覆厚硬岩层2几何中心，或根据煤矿工作面情况偏离上覆厚硬岩层2的几何中心。步骤2）平行钻孔根据打孔时排岩粉的需要具有一定向上倾斜角度，一般与上覆厚硬岩层2成3-5º，若上覆岩层为倾斜岩层，岩巷的位置可向厚硬岩层下部移动。步骤3）中为了满足单个钻孔内炸药的传爆性能，利用导爆索将各个药卷连接起来，将药卷与导爆索用防水胶带捆绑。另外，在煤层5的两侧设有顺槽4，图3中的箭头方向为做左面推进方向。d为分层厚度，S为相邻两个钻孔的孔距。如果上覆厚硬岩层2的厚度过大，进行分层预裂爆破后，上覆厚硬岩层2的破断距仍然较大时，二分层预裂爆破满足不了要求，需要掘进二条或二条以上的岩巷1，进行多分层的预裂爆破，如果如图4和图5所示。如果上覆厚硬岩层2的厚度过大，进行分层预裂爆破后，上覆厚硬岩层2的破断距仍然较大时，二分层预裂爆破满足不了要求，可以在分层预裂爆破的基础上，利用扇形钻孔进行强制放顶，如图6或图7所示。钻孔3的直径一般不小于90mm，将柱状药卷捆绑在导爆索上，对钻孔进行装药、堵塞，堵塞长度一般不小于10米，随后连接起爆网络，最后对钻孔进行齐发爆破。爆破后，在两个钻孔之间打探查钻孔，利用钻孔电视，观察爆破后的裂纹扩展，以评价分层预裂效果，如果裂纹在炮孔连线方向扩展长度不理想则需要减小炮孔间距。