深孔爆破弱化煤层顶板技术研究

摘要：针对朱庄煤矿Ⅱ646工作面巨厚顶板难冒导致采场支架移动困难的问题，采用深孔爆破的方法弱化煤层顶板，降低爆破作用区域的岩石强度和弹性模量，改变顶板岩石的运动规律，变难冒顶板为可冒顶板，并根据爆破理论确定合理的爆破参数，通过矿压分析确定合适的步距。试验结果表明，爆破后，采场支架的应力下降较明显，支架基本能正常移动，达到了弱化顶板的目的。

关键词：

深孔爆破；煤层顶板；弱化顶板；岩石强度

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：1672-3198（2011）10-0294-01

1 前言

对于难冒的煤层顶板，一般采取高压注水和深孔爆破的方法来弱化顶板，两者相比，深孔爆破弱化顶板的方法的效率较高。

2 深孔爆破的作用机理

爆破理论认为，埋入无限岩石中的炸药爆炸后，产生强冲击波和大量高温高压爆生气体。由于爆炸压力远远超过介质的动抗压强度，使得炮孔周围一定范围内的介质被强烈压缩、粉碎，形成压缩粉碎区；在该区内有相当一部分爆破能量消耗在对介质的过度破碎上，然后冲击波透射到介质内部，以应力波形式向岩体内部传播。在应力波作用下，介质质点产生径向位移，在靠近压缩区的介质中产生径向压缩和切向拉伸。当切向拉伸应力超过介质的动抗拉强度时会产生径向裂隙，并随应力波的传播而扩展。当应力波衰减到低于介质抗拉强度时，裂隙便停止扩展。在应力波向前传播的同时，爆生气体紧随其后迅速膨胀，进入由应力波产生的径向裂隙中；由于气体的尖劈作用，裂隙继续扩展。随着裂隙的不断扩展，爆生气体膨胀，气体压力迅速降低；当压力降到一定程度时，积蓄在介质中的弹性能就会释放出来，形成卸载波，并向炮孔中心方向传播，使介质内部产生环向裂隙。径向裂隙和环向裂隙互相交叉而形成的区域称为裂隙区。当应力波进一步向前传播时，已经衰减到不足以使介质产生破坏，而只能使介质质点产生振动，以地震波的形式传播，直至消失。

煤层顶板中的深孔爆破主要是激发岩石中的初始损伤裂纹，使岩石局部的应力状态发生变化，达到降低岩石的强度和弹性模量的目的。在炸药作用的范围内，岩石的强度降低并形成一个弱面，增大冒落岩石的碎胀系数，改变顶板岩体周期来压冒落步距，减小工作面支架的压力，为工作面的顺利生产提供条件。

3 工程试验

3.1 工程概况

Ⅱ646工作面所采煤层属二叠系下统山西组，从两巷掘进揭露的煤层情况看，该面煤层结构简单，煤层厚度为0.8～2.0m，平均厚度约1.5m，属中厚煤层。经计算，可采性指数Km=0.85，煤厚变异系数γ=36%，为较稳定煤层，煤层倾角为5°～10°。该煤层直接顶板为浅灰色层状中细粒砂岩，层理明显，厚度18～20m；往上为深灰色砂质泥岩或泥岩，厚度20～30m。由于煤层顶板岩石强度较大，顶板自然冒落的步距增加，工作面局部应力增加，导致部分支架移动困难，顶板岩石力学性能参数见表1。

4 结果与分析

在工作面周期来压时，对工作面的114个支架移动情况进行统计，爆破前后难移动支架数量对比见表4。

在工作面周期来压时，深孔爆破前后，对综采支架矿压统计情况进行对比，见综采支架矿压统计直方图a，图b:

从

表4及综采支架矿压统计直方图（图a，图b）的对比来看，爆破后支架基本能正常移动，说明爆破后支架的局部应力下降，周期来压时对采场的影响较小。统计数据反映了爆破区域岩石的强度降低，煤层顶板岩石的弱断面基本形成，岩石冒落的步距减小，整体性降低，对采场支架的支撑压力和弯矩降低，使得支架能正常移动。

5 结论

（1）通过深孔爆破的物理作用，改变顶板岩体结构和岩石的物理性状，将坚硬难冒顶板改变为可冒顶板，达到可控制的目的。

（2）爆破后煤层顶板跟原岩相比，岩体物理力学性质改变，岩体强度降低，自行冒落步距缩短，变难冒顶板为可冒顶板，减弱对采场支护设备作用强度。

（3）通过深孔爆破弱化顶板后，采场支架基本能正常工作，为煤矿安全高效开采提供了保证。

参考文献

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