顶板深孔爆破卸压技术研究

顶板深孔爆破卸压技术研究

张丛

中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆市， 401121

摘要：顶板深孔爆破卸压技术在使用时一般会受到外界爆破因素的影响，整体风险较大，所以在施工时需要结合施工的实际情况尽可能提前做好计划，降低风险带来的影响力度，并且保证此项技术的实施进度。在此项技术实施过程中，相关操作人员应该对其先进性理论分析，针对理论分析结果和现场试验选择顶板深孔爆破位置，同时做好卸压爆破过程中需要的炸药量，对于炸药量而言，当前一共有两种安装方法，一种是一米装填五千克炸药，另一种是一米装填八千克炸药量，无论哪一种形式，整体都要呈现出扇形布置。在监测方面尽可能选择井下监测和系统监测两种方式进行监测工作，以此提高整体工作的质量和效率，并且精准定位爆破震动诱发的信号，因此通过微震系统的监测选择最为适合的方式进行爆破工作方式。为了更好的提升此项技术的影响，相关操作人员应该先从走向进行布置，其中主要布置扇形，支撑压力的提升，可以增加能量。

关键词：顶板深孔爆破卸压技术；走向扇形布置；微震监测；冲击矿压

引言：随着矿井开采工作的深度不断增加，在开采过程中相关工作人员遇到了各类难题，为了解决此类问题，相关施工人员应用了顶板深孔爆破卸压技术。在开采过程中深度的增加要与地质条件的复杂性相吻合，结合实际条件选择适当深度的开采工作，以此降低矿井安全隐患问题的发生，从而实现高质量开采。在矿井工作方面，相关操作人员在施工过程中很容易导致顶板侧向悬顶，针对此类问题如果冲击力度较强就会造成一定危险性，因此为了满足实际工作需求，相关施工人员需要在顶板产生震动后作出卸压反应。而顶板深孔爆破可以满足实际的工作需求，并且可以满足安全问题，因此被广泛应用在矿井工作之中。在实际施工中相关操作人员在使用此项技术时，首先需要结合相应理论对数值模型进行分析，结合分析结果判断具体负荷，负荷数值确定具体施工方案，以此规避风险问题，提升相关工作质量和效率，确保此项工作可以达成相应需求。

1. 岩层顶板中深孔卸压爆破机理

炸药在爆破孔中引爆后，会受到大范围的冲击影响，此类影响会导致岩石受压破碎，在破碎后形成环向拉应力。应力波会导致岩石裂缝向内部延伸，并且还会引起岩石的进一步破碎，最终形成裂隙扩展或者二次裂隙的形成。同时在爆破过程中形成的气体也会随之膨胀，以此贯穿破碎的岩石，让其破碎整体逐渐加大，同时在此过程中促进碎片运动，最终形成爆破堆。在爆破过程中起到影响作用的是坚硬岩石和砂岩顶板，此类物质会降低爆破力度，同时也会对地压造成一定影响，降低了弯曲弹性。如果顶板过于坚硬的话，也会造成断裂和位移情况，大量弹性性能的出现直接造成了强烈的震动，诱导了煤层能量的释放，最终冲击到地压。顶板深孔卸压爆破技术的实施改变了施工的相关的物理学性质，所以对其顶板造成了一定的破坏，在破坏过程中内部积累了大量的性能，所以会达到降低危险性的目的^[1]。

在应用此项技术时，相关施工人员需要提前分辨出预裂煤层，降低强度同时减少跨步，尽可能释放深层岩石的部分弹性，同时降低集中问题，在操作过程中也应该尽可能的破坏顶板的整体，在一定程度上尽可能形成松动，此时试验算成功。

2. 深孔爆破处理煤层顶板方案

本次试验的矿区整体深度达到七百米，经过一系列数据统计后，相关数据表明，开采深度越大，整体所形成的冲击力越大，同时在开采过程中，深度越深整体冲击力对于地压的威胁越大。针对工作面问题发现，工作面处于粉砂岩和分析砂岩互层，因此此类物质不仅密度高，也十分坚硬，并且局部无直接顶。在老顶位置可以看到明显的中岩砂平均厚度在二十米左右。此问题是导致后续施工难度加大的关键性因素，为了规避此类问题相关施工人员需要满足眼顶不垮落的需求，并且结合采空区老顶的实际情况尽可能辅助悬臂梁结构为后续工作提供帮助，以此达成相应的需求，在应力集中的过程中，工作面的老顶就会有一定冲击作用，通过冲击作用影响，给爆破工作带来一定冲击力。其中顶板结构和深埋情况均是造成冲击地压的内在条件，同时也是影响作用最大的两个环节。其中如果老顶的暴露面积较多，那么自身所储蓄的能力就大，因此断裂所带来的冲击力对于地压的影响就大。

针对上述问题，为了有效处理工作面冲击问题，相关施工人员选择了注水法和爆破法共同施工，以此降低冲击力的倾向性，但是本次项目中煤矿自然孔隙率均小于百分之四，因此我们不难看出注水效果不佳，所以对其进行卸压爆破的效果并不明显，因此需要对此项工作进行综合分析，在综合分析以后，可以发现深孔爆破处理工作可以对坚硬的顶板作出处理，也能实现对地压的严格控制，因此此项技术更具有优势，整体优势较为明显。

3. 开切眼顶板深孔爆破方案设计

在此向爆破工作中起到决定性作用的是炮眼设置环节，在炮眼设置环节当中，首先需要结合工作面实际情况进行分析，如果工作面中倒车硐侧距与切眼分位置在一米左右时，整体可以布局呈现出了一字型分布的局势，总共需要布置将近二十个炮眼，炮眼和炮眼之间的距离应该保持在十米左右。同时炮眼与水平面还需要满足一定倾斜角度，一般情况下，炮眼与水平面之间有三十度的倾斜度，其中孔的深度随着距离的变化也各有差异性，孔深如果在十六米左右则需要设置七个，如果孔深在二十八米左右整体需要设置六个左右，其中垂直深度应该保持在七米、十米、十三米

^[2]。具体炮眼布置图如图1所示，具体结构图如图2所示，相关参数如表一所示。

图1炮眼布置图

图2具体结构图

表1 炮孔相关参数

4. 深孔爆破力学模型及数值计算

（一）3D有限元法建模

建立有限元模型，是保证深孔爆破力学参数合理的关键。此模型在应用前期需要先对数值进行计算，以此计算出工作面一长排的钻孔方案，并且让其达到一定的爆破效果分析，在此基础之上合理完善布置工作，尽可能降低裂缝损伤结果。针对工程中爆破结果反馈来看，整体爆破的效果将工作面逐步推进，同时在开切眼处多处顶板出现了下落问题，因此产生了大量的裂缝，此类裂缝达到了预期效果，并且在实际施工中也推进了项目施工进度。当前我国矿井现场爆破工作施工整体复杂性较强，因此在工程实施前期需要对其作出良好规划，并且严格落实方案内容根据相应的理念问题，满足实际施工需求，并且结合各方面需求，满足实际施工标准。相关机理主要反映的是深孔爆破破裂问题，针对此类问题建设相应的模型。在模型当中尽可能地对角线作出处理，以此得到最高精度的有限元模型。

2. 数值计算及结果

在计算过程中需要按照钻孔的布置来完善中心线，由于钻孔位置的不同，相关数据也会出现一定差异性，为了规避上述差异性，需要按照实际情况以炮孔的视角进行模型观察，并且取顶板中心切线位置进行刨面的应力试验，结合模型所得出的结果显示，刨面的不同整体应力分布也存在一定差异性，在此基础之上相关操作人员需要针对应力波衰减情况制定相应的方案，选择最合适的方案内容进行操作，在操作过程中也应该积累大部分能量进行碎石工作。如果两个方案所形成的效果均较为明显，就需要根据数值和相应的计算结果进行合理选择，在选择过程中也应该满足实际需求，尽可能达到功效一致。如果所面对的情形各有不同，那么应该结合反射应力波进行结算，针对速达峰值，选择水平较高的应力方案进行操作，确保后续工作可以满足实际需求，以此聚集更多的能量，让此项工作可以顺利完成^[3]。

结论：综上所述，本文以案例的形式进行此项技术的介绍，在案例中相关工作需要结合微震监测数据定位来进行监测工作，针对监测结果发现工作面回采过程中可以形成的顶位，结合顶位对该层次中顶板深孔爆破工作进行操作。具体操作需要结合开采区域实际情况进行分析，本文中案例所选择的爆破方式是一米五千克的炸药量，整体以扇形进行布置。结合微震系统的诱发能量分析，确保微震事件大体方向，提升爆破的效果。对于炸药量的选择方面，相关工作人员需要按照一定的指标，适当选择炸药量，尽可能满足实际需求，并且结合方案合理布置施工现场，在爆破过程中更应该针对可以发生的问题作出预测，结合预测内容进行现场施工，以此提高施工效果。在微震监测系统中选择扇形布置方案可以提升顶板深孔爆破卸压效果。

参考文献：

[1]温颖远,郭志刚,曹安业,等.基于微震数据评价的顶板深孔爆破卸压效果分析[J].煤炭科学技术,2020,48(06):57-63.

[2]刘占全,王德胜,崔凤,等.巴润矿矿岩混合复杂爆区爆破分离技术试验研究[J/OL].金属矿山:1-8[2021-12-24].

[3]高晓进,张震,徐刚,等.双主动超前爆破预制顶板裂隙断顶卸压护巷技术[J/OL].采矿与岩层控制工程学报:1-8[2021-12-24].