综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术

工程实践表明,顶板事故在煤矿各类事故中占首要位置,已严重制约了我国现代化矿井安全高效开采。为了实现煤矿综采面坚硬顶板的安全治理,亟需形成综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术以有效解决因工作面大空间坚硬顶板垮落而影响安全生产的重大难题。基于此,通过自主创新和联合攻关,面向深部矿井坚硬顶板,开展了综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危技术研究;研发了高威力三级煤矿许用水胶炸药、填塞材料等技术与装备,形成了成熟的深孔爆破工艺,突破了厚硬顶板爆破中煤矿许用炸药威力与安全度的矛盾,解决了超深孔爆破中炸药可靠起爆等技术瓶颈问题;通过构建大空间采场覆岩-支架-围岩系统力学模型,揭示了采场大小周期来压及强矿压作用机理,提出了大空间采场厚硬覆岩多层位精准定位爆破弱化控制原理和基于爆破损伤的综采工作面厚硬顶板深孔爆破参数设计方法,形成了综采工作面厚硬顶板超前深孔卸压控制技术。研究成果在全国近百个综采面进行工程应用,未发生一起顶板事故,避免了综采面厚硬顶板发生压架、形成飓风、矿震等重大安全事故的风险,保障了综采面的安全高效生产,为综采面坚硬顶板远场解危的设计提供了理论依据并为现场施工提供了指导作用。

煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔爆破中的研究与应用

针对高瓦斯低透气性煤层,从理论上探讨了煤矿瓦斯抽采水胶药柱在煤层深孔中爆破时,炸药爆炸冲击波初始峰值压力和传播到孔壁处的入射压力以及孔壁煤面上的透射冲击压力。建立了炮孔周围煤体中的动态应力场,分析了爆源区径向裂隙区的形成和扩展半径。最后将裂隙区半径应用于煤层爆破孔和抽采孔布置参数设计,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破孔和瓦斯抽采孔的合理间距,并进行工程实践。结果表明该方法为高瓦斯低透气性煤层增透,进而为解决煤层瓦斯抽采提供了一条有效的解决方案。

高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟

针对高瓦斯低透气性煤层,采用Taylor方法建立了一个新的LS-DYNA3D爆破损伤模型,对深孔预裂爆破进行了数值模拟研究,再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加以及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,分析了爆破孔间距对爆生裂纹和爆破增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距为5-6 m,为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放提出了解决方案.

煤层深孔预裂爆破卸压增透效果数值模拟分析

针对高瓦斯低透气性煤层,对深孔预裂爆破进行了数值模拟分析研究。再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加以及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,系统地分析了控制孔与爆破孔对于爆破卸压增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采效率提出了解决方案。深孔预裂爆破为高瓦斯低透气性煤层增透、进而解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题提供了一条有效的途径。

基于UDEC煤体深孔预裂控制爆破数值模拟研究

通过定义煤体爆破损伤本构模型,利用fish语言编写计算代码,选择高斯脉冲函数作为爆炸波输入动力荷载,设置静态边界条件和对称边界条件,划分有限差分网格,建立了UDEC煤体深孔预裂控制爆破损伤模型,分析了煤体中距炮孔不同距离处爆炸应力波传播规律以及煤体爆破损伤区的扩展过程。研究结果表明:煤体中爆炸应力波随径向裂隙的扩展呈非线性指数衰减;煤体爆破损伤的最大损伤半径为3 m,且炸药起爆至煤体损伤破坏时间很短,大约为5.11 ms;煤体深孔预裂控制爆破最优炮孔间距为6 m。

近浅埋煤层老顶初次垮落规律及控顶措施

以榆阳煤矿2302工作面的开采实践为工程背景,利用"板"和"梁"2种力学模型对近浅埋煤层条件下的老顶初次来压步距进行了分析和计算。结合老顶实际垮落步距确定出适合近浅埋地质条件下的力学模型,并计算了"板"力学模型在不同边界条件下初次来压步距。为了解决老顶初次来压步距过大的问题,根据采场处于不同边界条件下初次来压步距的特点,提出了采用深孔预裂爆破和区段煤柱宽度缩小的方法,使采场处于"两边固支两边简支"的受力状态,以减小初次来压步距,保证初采初放期间工作面顶板安全。

煤层深孔预裂爆破耦合装药系数对爆生应力波能量的影响研究

针对煤层深孔预裂爆破爆生应力波能量弱、信噪比低的现状，为了给爆孔的装药结构提出合理的改进方案，本文建立了耦合和不耦合装药情况下爆孔孔壁爆炸载荷和透射波能量的计算模型，并利用Matlab软件获得了解析解。同时在淮南矿业集团潘三矿进行了耦合装药系数ξ对爆生应力波能量影响的现场实验，利用改进的基于功率谱的能量分析法对现场实验数据进行分析。理论数值计算及现场实验均表明：应力波总能量随ξ增大而减小；当ξ=1.5时，应力波信号在10-50Hz区间的低频能量最强，信噪比最高，增透效果最佳。

平顶山矿区煤与瓦斯突出规律及防治对策

分析了平顶山矿区煤与瓦斯突出规律,对防突措施进行了反思,指出了低透高突煤层超前排放防突措施的局限性,以及深孔控制卸压爆破防突措施的应用前景。

深孔预裂爆破装药量计算方法及水耦合装药结构优化

岩体内爆破裂隙的发育程度与装药参数密切相关。针对现有装药量计算方法在深孔预裂爆破应用中适用性差的问题,通过建立柱状装药简化计算模型,基于体积法计算原则,提出了一种深孔预裂爆破装药量计算方法,并分析了水压爆破作用机理,对深孔预裂水耦合爆破装药结构进行优化,解决了深孔封堵劳动量大、含水地层封堵困难、炸药拒爆等不易处理的难题。采用上述研究成果,在新驿煤矿硬岩巷道开展了综掘硬岩深孔预裂爆破现场试验,借助钻孔成像仪及声波测试仪进行爆破效果检测。结果表明:爆破后孔内岩石大量裂隙增加,岩石完整性下降,封堵段岩石完整性系数下降至0.3~0.5,装药段下降至0.1,综掘机推进过程中爆破区域推进速度增加,验证了装药量计算方法及装药结构的优越性。

漳村煤矿深孔预裂爆破增透技术的应用研究

针对漳村煤矿2306工作面低透气性煤层抽采瓦斯效率低,耗工误时等问题,提出了利用深孔预裂爆破增透技术,增加煤 体透气性,提高瓦斯抽采量的措施.主要探究了深孔预裂爆破增透的作用机理,以现场矿井实际应用的煤层、爆破和炸药参数为基础,对煤层深孔预裂爆破利用三维数值模拟方法进行研究.数值模拟分析得到了2306工作面瓦斯巷煤层的松动爆破半径为4m,为深孔预裂爆破试验的钻孔布置提供了理论依据；在2306工作面瓦斯巷内进行了深孔裂爆破试验,现场考察了深孔预裂爆破增透试验瓦斯抽采效果,平均瓦斯浓度较比较孔抽采瓦斯浓度提高2～4倍,平均瓦斯抽采纯量较比较孔抽采瓦斯纯量提高2～5倍,提高了煤层瓦斯抽采率,缩短了煤层预抽时间,具有显著的经济与社会效益.

综采工作面快速过陷落柱工程技术实践

为保证S5101综采工作面快速通过陷落柱,多回收资源,拟定采用“预裂深孔爆破+浅孔爆破松动”的快速推进技术;爆破工艺参数为:预裂深孔爆破炮眼深度均为20 m,炮眼间排距均为0.6 m,浅孔松动炮眼布置在深孔预裂炮眼之间,采用“三花”布置,炮眼直径38 mm,炮眼深度均为2.4 m;实践表明,该技术减少搬家倒面带来的系统调整工程,节约扩巷工程量52 m,增加原煤产量3万吨;仅用2个月时间,顺利通过180 m陷落柱构造带。

孔预裂爆破在综采工作面过陷落柱中应用研究

为提高采面过陷落柱效率并为降低采煤机截割齿磨耗,提出采用深孔预裂爆破方式辅助采煤机割岩,并以3207综采工作面过X4140陷落柱为工程实例,对深孔预裂爆破方案进行设计。现场应用后,采面得以高效通过X140陷落柱,采面平均推进速度达到4.05 m/d,截割齿消耗速率仅为3.53把/m,取得较为显著的应用成果。研究成果可为其他矿井综采工作面过陷落柱提供借鉴。

矿用导爆索深孔预裂爆破增透效果应用研究

阳煤集团高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井主要分布在沁水煤田。目前所采各煤层瓦斯含量在14.75~21.73 m^3/t之间,煤层透气性系数为0.000375 md,属本煤层难抽放煤体。阳煤集团新景公司试验用导爆索深孔爆破技术增加煤体透气性后再进行抽采瓦斯,效果明显,为煤体增透提供了新的技术途径。

中央采区孤岛煤柱区冲击地压防治技术实践

以姚桥煤矿中央回风下山工程为实例,该巷道位于中央采区孤岛煤柱区,面临冲压危险;采用顶板深孔预裂爆破技术,制定底板卸压设计方案来应对;拟定冲压危险判定及对策;为今后过类似的孤岛煤柱区提供了一定的借鉴经验。

过大落差断层深孔预裂爆破施工工艺研究

深孔预裂爆破技术应用于综采工作面过大落差断层中,能帮助提高采煤产量,保障工作面生产连续,但受井下环境恶劣、施工技术要求高以及工作面安全问题等因素影响,制约着此技术推广使用。为克服上述困难,结合以往施工经验,对施工工艺进行了系统化研究,提出了钻孔施工原则,以满足高质量钻孔要求,并对装药、封堵、起爆施工方法进行优化创新,弥补原有技术中药包分布不均、封堵密实差以及爆破振动不易控制等缺陷,保证了各项工序安全高效、衔接紧密。在新巨龙煤矿2303S工作面,结合断层具体情况,进行了过断层技术方案制定和施工工艺的应用,通过分析爆后效果,证明了深孔预裂爆破施工工艺能有效提高爆破效果、保障施工安全,使采煤机顺利通过断层。