[发明专利]一种煤层顶板超前预裂方法

说明书

本发明公开了一种煤层顶板超前预裂方法，旨在实现煤层顶板各个岩层的充分爆破预裂。为此，本发明根据煤层顶板的柱状图，对煤层顶板的坚硬岩层进行取样，并在原位受力环境下对取样所得试样进行钻孔模拟实验，获得试样单位钻进量的模拟岩屑量；在采煤现场，利用钻机向煤层顶板钻倾斜向上的常规超前炮孔，并使钻杆贯穿煤层顶板的坚硬岩层；获得采煤现场坚硬岩层单位钻进量的现场等效岩屑量；对采煤现场钻杆钻进过程中单位钻进量产生的岩屑量进行实时监测，并依据获得的现场等效岩屑量，判断煤层顶板的坚硬岩层在沿常规超前炮孔方向的范围；利用扩孔设备对上述范围进行扩孔处理，并对超前炮孔进行不耦合装药爆破，以此实现煤层顶板的超前预裂。

技术领域

本发明属于煤层开采技术领域，尤其涉及一种煤层顶板超前预裂方法。

背景技术

当所开采的煤层顶板一定高度内赋存有大厚度完整坚硬岩层时，工作面开采后坚硬岩层向采空区悬顶不冒，在采空区附近煤体中引起了高支承应力，这种高支承应力极大地影响着采空区附近煤体中巷道的稳定性，由于很难深入采空区进行顶板爆破，目前煤层顶板强矿压治理最普遍采用的方法是顶板超前预裂(顶板钻爆法),其关键在于改变上覆坚硬岩层的连续性、促进其在采空区垮落，并充满采空区实现充填体再造。

然而当前钻爆法采用的常规超前炮孔、常规装药量进行爆破预裂，普通岩层虽能够实现爆破致裂效果，但是坚硬岩层因装药量不足导致爆破致裂效果差，通常需要二次爆破或者整体增加装药量，但是因常规超前炮孔装药空间不足，通常需要采用大直径钻孔以增加炮孔的装药量，以使得坚硬岩层预裂达到预期效果，但是采用大直径钻孔势必降低钻孔成孔速度，这将迟滞工作面的推进，制约工作面高产高效开采。而且装药量的增加会造成普通岩层过渡致裂，甚至使得普通岩层直接垮落，严重影响采煤安全。

此外，当前顶板钻爆法依据地层柱状图进行钻孔爆破，而在现实地层中，沉积环境差异、地质构造等作用，使得岩层分布差异巨大，这导致煤层和岩层分布不均匀性，因此当前的地层柱状图仅能提供参考，对于精细化爆破钻孔施工缺乏足够指导。

综上，有必要对现有煤层顶板爆破预裂方法进行改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种煤层顶板超前预裂方法，旨在实现煤层顶板各个岩层的充分爆破预裂。

为此，本发明实施例提供的煤层顶板超前预裂方法，包括:

根据煤层顶板的柱状图，对煤层顶板的坚硬岩层进行取样，并在原位受力环境下对取样所得试样进行钻孔模拟实验，获得试样单位钻进量的模拟岩屑量W₀；

在采煤现场，利用钻机驱动钻杆朝煤层工作面向煤层顶板钻倾斜向上的常规超前炮孔，并使钻杆贯穿煤层顶板的坚硬岩层，并根据公式W₀：W₁＝r²：R²，获得采煤现场坚硬岩层单位钻进量的现场等效岩屑量W₁；其中，R为采煤现场钻杆的钻头直径，r为模拟实验中所采用钻头的直径；

对采煤现场钻杆钻进过程中单位钻进量产生的岩屑量进行实时监测，并依据获得的现场等效岩屑量W₁，判断煤层顶板的坚硬岩层在沿常规超前炮孔方向的范围；

利用扩孔设备对上述范围进行扩孔处理，并对超前炮孔进行不耦合装药爆破，以此实现煤层顶板的超前预裂；

其中，常规超前炮孔的扩孔处的装药量大于常规装药量，其余部位的装药量采用常规装药量。

具体的，所述常规超前炮孔布置在煤层局部强矿压区域上，并沿着煤层工作面向的延伸方向并排间隔设定距离布置的多个。

具体的，所述常规超前炮孔与水平面的夹角为60-75°。

具体的，所述常规超前炮孔的深度超出坚硬岩层30-50cm。