[发明专利]地表钻孔强制放顶方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种强制放顶方法，特别是涉及一种地表钻孔强制放顶方法。

背景技术：

现有强制放顶施工方法有三种：第一种方法是坚硬顶板悬顶较大条件下采用的沿切顶线边缘向顶板钻孔的强制放顶施工方法；第二种方法是平巷内钻平行于工作面的深刻孔的强制放顶施工方法；第三种方法是地表钻孔扩孔爆破强制放顶方法。其中，第一种和第二种强制放顶施工方法，作业人员在井下采空区施工，作业人员的作业安全无法保障；施工效率低；炮孔参数不易达到设计要求。第三种地表钻孔扩孔爆破强制放顶方法，虽然可以克服前两种放顶方法的不足，但在施工时，需要在炮孔孔底多次放少量炸药进行扩孔，使得炮孔底部形成药壶，然后在药壶内放入药包，集中引爆进行放顶，存在扩孔程序比较繁琐，所需时间较长，放顶效率低；扩孔时存在不确定因素，可能会造成废孔，增加成本；扩孔时存在不安全因素如：扩孔爆破时存在冲出物对周围的人员和设备造成损伤的风险。

如不进行扩孔存在的主要技术问题是：采空区顶板预裂安全厚度的确定，直接影响地面钻孔爆破强制放顶的效果，如采空区顶板预裂安全厚度过大，采空区顶板放不下来，但岩层会产生裂隙，破坏了采空区顶板的完整性，为再次放顶带来极大的困难，存在安全隐患，同时，一次放顶不成功，需要再次放顶；如采空区顶板预裂安全厚度过小，爆破时会产生冲孔，即爆破能量沿着炮孔方向向下释放，将采空区顶板击穿形成孔洞，但采空区顶板放不下来，依然需要再次放顶。同一采空区顶板需要多次爆破放顶才能成功，且每次放顶后，岩层的情况都会变得更加复杂，放顶难度增加，有时甚至无法实施放顶，留下安全隐患，放顶效率低，放顶成本高。

如何准确计算采空区顶板预裂安全厚度，成为实施地表钻孔爆破强制放顶方法亟待解决的问题。现有计算采空区顶板预留安全厚度的方法有：①厚跨比法；②空场长宽比法；③结构力学梁理论计算法；④普氏拱理论估算法等等，其中，采空区顶板预留安全厚度是指在巷道上部往下钻孔爆破时，为保证上部作业人员和设备的安全预留的岩层厚度。以上计算方法以满足井工煤矿采空区安全生产为目的，满足不了强制放顶确定采空区顶板预裂安全厚度的要求，因此，迫切需要一种新的计算方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种安全、高效、低成本的地表钻孔强制放顶方法。

本发明由如下技术方案实施：地表钻孔强制放顶方法，地表钻垂直炮孔，在所述垂直炮孔内装药后进行填塞，然后爆破；其中，所述垂直炮孔底部至岩层顶板之间的厚度，即采空区顶板预裂安全厚度，其按如下公式计算Q＝f(n)*q_b*W³，式中，Q表示集中药包药量；f(n)表示爆破作用指数；q_b表示标准抛掷爆破炸药单耗；W表示采空区顶板预裂安全厚度。

本发明的优点：(1)本发明从地表钻垂直孔不扩孔强制放顶爆破技术，操作方便，不受空间限制，无需扩孔程序，大大缩短钻孔工序时间，提高放顶效率，降低放顶成本；(2)采用新的采空区顶板预留安全厚度计算方法，能够实现一次性成功放顶，放顶效率高，放顶成本大大降低，同时也避免了因一次放顶不成功留下安全隐患的问题；(3)避免了作业人员在井下采空区作业，降低了作业人员的作业风险。

具体实施方式：

地表钻孔强制放顶方法，地表钻垂直炮孔，在所述垂直炮孔内装药后进行填塞，然后爆破；其中，所述垂直炮孔底部至岩层顶板之间的厚度，即采空区顶板预裂安全厚度，其按如下公式计算Q＝f(n)*q_b*W³，式中，Q表示集中药包药量，根据工程实际情况，经常规计算得到；f(n)表示爆破作用指数，为常数，根据工程实际情况取值；q_b表示标准抛掷爆破炸药单耗，为常数，根据工程实际情况取值；W表示采空区顶板预裂安全厚度。

伊金霍洛旗昊达煤炭有限责任公司煤矿于2003—2008年采用房柱式爆破开采3-2煤层，形成了约2.1km²的采空区，其中1.3km²已采用灭火工程剥离处理，剩余约0.8km²采空区未处理。

本爆破工程的钻孔直径选定为150mm，采用高密度乳化炸药装药，密度在1.25g/cm³之间。

采空区顶板预裂安全厚度W依下式计算：

①Q＝f(n)*q_b*W³