一种大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115045660A(43)申请公布日2022.09.13(21)申请号202210704185.9F42D1/00(2006.01)(22)申请日2022.06.21(71)申请人中国矿业大学地址221116江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学科研院申请人华亭煤业集团有限责任公司(72)发明人薛成春曹安业刘耀琪上官科峰郭文豪薛再君温颖远王崧玮白贤栖(74)专利代理机构北京东方盛凡知识产权代理事务所(普通合伙)11562专利代理师王宁宁(51)Int.Cl.E21C41/18(2006.01)F42D3/00(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图5页(54)发明名称一种大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法及系统(57)摘要本申请公开了一种大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法及系统，方法包括以下步骤：根据大倾角回采工作面回采方向，划分回采巷道卸压等级区域；采集卸压等级区域的煤层顶板岩层特征参数，确定目标爆破致裂岩层位；计算出目标爆破致裂岩层位的顶板弹性能分布特征；基于弹性能分布特征，制定卸压等级区域的顶板爆破致裂参数；根据顶板爆破致裂参数，实施大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法，实现回采工作面采前顶板预裂。本申请有效提高大倾角回采工作面厚硬顶板的爆破致裂效果，同时可提高顶板爆破致裂的针对性，降低由厚硬顶板破断产生的动载扰动造成的回采巷道冲击动力灾害风险，提高了回采工作面工作人员的生命安全系数。CN115045660ACN115045660A权利要求书1/3页1.一种大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法，其特征在于，包括以下步骤：根据大倾角回采工作面回采方向，划分回采巷道卸压等级区域；采集所述卸压等级区域的煤层顶板岩层特征参数，确定目标爆破致裂岩层位；计算出所述目标爆破致裂岩层位的顶板弹性能分布特征；基于所述弹性能分布特征，制定所述卸压等级区域的顶板爆破致裂参数；根据所述顶板爆破致裂参数，实施大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法，实现回采工作面采前顶板预裂。2.根据权利要求1所述的大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法，其特征在于，划分所述卸压等级区域的方法包括：K＝kZ＝k1k2k3k4k5ηH式中，K表示回采巷道围岩应力载荷值；k表示回采巷道应力集中系数；Z表示回采巷道原始应力值；H表示上覆岩层的厚度；η表示上覆岩层的容重；k1表示褶皱构造附近30m范围应力集中系数；k2表示断层构造附近30m范围应力集中系数；k3表示巷道周边煤体内固定支承压力集中系数；k4表示工作面“见方”区域100m范围内应力集中系数；k5表示工作面周期来压区域20m范围内应力集中系数。3.根据权利要求1所述的大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法，其特征在于，确定所述目标爆破致裂岩层位的方法包括：在各所述卸压等级区域内选定一个顶板钻孔探测点；探测各所述顶板钻孔探测点，获取煤层顶板岩层属性和物理力学参数的探测结果；根据所述探测结果，采用公式(1)、公式(2)确定爆破致裂目标层位：式中，(yj)n表示为第j层顶板对第n层顶板的载荷；j，n，i分别表示为顶板岩层序号；En，tn分别表示为第n层覆岩的弹性模量与厚度；ηn表示为第n层覆岩的容重；对满足公式(2)关系的第n层覆岩层为判定为爆破致裂目标层：(yj)n＜(yj‑1)n(2)。4.根据权利要求1所述的大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法，其特征在于，计算所述目标爆破致裂岩层位的所述顶板弹性能分布特征的方法包括：构建大倾角回采工作面顶板结构力学模型函数；根据所述力学模型函数，构建所述大倾角回采工作面顶板任意一点x处的弯矩函数；基于所述顶板弹性能与弯矩之间的关系，构建所述大倾角回采工作面顶板任意一点x处的弹性能计算公式；基于所述煤层顶板岩层的力学参数探测结果和弹性能计算公式，得出所述顶板弹性能分布特征，确定目标致裂岩层的致裂区域。5.根据权利要求4所述的大倾角回采工作面顶板深孔爆破致裂方法，其特征在于，构建所述大倾角回采工作面顶板结构力学模型的方法包括：F＝F1+F2+F32CN115045660A权利要求书2/3页F3＝Fd(x)＝‑{ρg(λsinα+cosα)·[H0+(L+DL‑x)sinα]}(D1+DL≤x≤D)；式中，F1表示为顶板岩层施加在回采巷道塑性区内的线性载荷；F2表示为采空区矸石充填后对顶板岩层施加的线性载荷；F3表示为顶板岩层施加在煤层倾斜方向上的应力载荷；式中，Px为煤壁侧向约束力，m表示为工作面区段煤柱的垂高；c表示为煤岩间的黏聚力；λ表示为侧向应力系数；表示为煤层与顶板岩层间的摩擦角；DL表示为回采巷道塑性区宽度；[δy，max]表示为回采巷道侧支承压力峰值；D1表示为采空区矸石充填区宽度；D表示为工作面倾斜长