技术领域 [0001]本发明属于顶板型冲击地压防治技术领域，具体涉及一种基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法。 背景技术 [0002]冲击地压是煤矿中深部开采面临的主要灾害之一，冲击地压分类方法繁多，根据煤岩层失稳类型的不同，可将冲击地压分为煤体压缩型、顶板断裂型和断层错动型，其中顶板断裂型冲击防治关键在于如何有效弱化坚硬顶板破裂时释放的弹性能。目前顶板水力压裂、顶板预裂爆破、长距离分段水力压裂等措施对顶板型冲击地压防治起到了积极效果。 [0003]经实践验证，顶板型冲击地压防治中效果相对较好的为顶板预裂爆破在冲击地压防治实践过程中发现：基于冲击地压防治的顶板预裂爆破的目的不在于切落关键岩层，而是在关键岩层中形成爆破裂隙，依靠工作面回采期间上覆岩层压力促使关键层岩层破裂，产生的爆破裂隙越多，其劈裂时释放弹性能越低，越有利于冲击地压防治，故基于冲击地压防治的顶板预裂爆破的关键在于通过爆破最大程度增加关键层岩层破裂程度，故如何对促使爆破裂隙沿着有利于提升爆破效果的角度扩展范围更大是提升防治冲击地压效果的关键。 发明内容 [0004]本发明的目的是提供一种基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法，能够有效降低二次回采扰动期间临空巷道悬露顶板破裂产生的弹性能，减少顶板破裂诱发临空巷道冲击状况发生。 [0005]本发明所采用的技术方案是，基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法，选取实施分段割缝的爆破目标岩层，通过爆破目标岩层确定爆破孔K_i参数和爆破孔分段割缝参数，基于爆破孔K_i参数和爆破孔分段割缝参数进行施工得到爆破孔K_i和爆破孔分段割缝，最后爆破孔K_i内装药起爆。 [0006]本发明的特征还在于， [0007]包括以下步骤， [0008]步骤1，收集样本工作面数据或临近工作面的数据，绘制微震事件沿垂向分布特征图，通过微震事件沿垂向分布特征图选取爆破目标岩层； [0009]步骤2，依据步骤1选取的爆破目标岩层厚度，施工若干个不同倾角的顶板裂隙探测孔，将顶板裂隙探测孔内返水异常点之间连线，连接线为推测悬顶线； [0010]步骤3，根据步骤2的顶板裂隙探测孔和推测悬顶线得到爆破孔数量i、倾角α_i、孔间距、孔深L_i和装药段长度X_i的参数； [0011]步骤4，依据步骤3爆破孔K_i参数得到爆破孔分段割缝长度Z_ij、爆破孔分段割缝数量和位置关系的参数； [0012]步骤5，依据爆破孔参数和爆破孔分段割缝参数进行施工； [0013]步骤6，对施工完成的爆破孔内装填炸药，进行起爆。 [0014]步骤1样本工作面数据为地质勘探钻孔和顶板取芯孔的地层数据，临近工作面数据为回采期间微震监测数据。 [0015]步骤1中爆破目标岩层选取在采煤层上覆15m～60m，选取多个爆破目标岩层，记为M_n，沿样本工作面垂向自上而下n＝1，2，3…n，各爆破目标岩层厚度计为H_Mn。 [0016]步骤3中爆破孔数量i为爆破孔K_i覆盖所有爆破目标岩层M_n；爆破孔倾角α_i为30°～60°，且爆破孔倾角α_i不小于相邻存在裂隙的顶板裂隙探测孔5的倾角；相邻爆破孔K_i直线距离不小于8m。 [0017]步骤3中爆破孔孔深L_i距离推测悬顶线6不小于5m，且不超过垂向距离最高一层爆破目标岩层M1； [0018]爆破孔K_i的装药段长度X_i计算公式如公式1所示， [0019]X_i≤(L_i×sina_i-3/4×Y)/sina_i      (1)； [0020]式中，L_i为爆破孔K_i的爆破孔孔深，Y为区段煤柱的宽度，a_i为爆破孔K_i的倾角角度； [0021]爆破孔K_i的装药段覆盖所有爆破目标岩层M_n，且装药段底部距离巷道顶板垂向高度h不小于15m。 [0022]步骤4中爆破孔割缝长度Z_ij为装药段长度X_i内与实施分段割缝的目标岩层M_n，如公式2所示； [0023]Z_ij＝H_Mn/Sina_i   (2)； [0024]式中，i表示第i个爆破孔，j表示第i个爆破孔内第j个分段割缝段，a_i为爆破孔K_i的倾角角度。 [0025]步骤4中爆破孔分段割缝数量为每个爆破孔K_i内爆破孔分段割缝数量为4条，且4条爆破孔分段割缝沿爆破孔K_i径向相互夹角为90°，相对爆破孔分段割缝为一组，一组爆破孔分段割缝方向与沿空巷道走向平行，另一组爆破孔分段割缝方向垂直于沿空巷道走向。 [0026]步骤5相邻施工爆破孔K_i间距为10m～15m。 [0027]本发明的有益效果是， [0028](1)本发明的顶板预裂爆破方法通过在爆破孔内针对关键层位预先施工割缝，对炸药爆破能量起到导向与聚能作用，一方面引导爆破裂隙扩展方向朝向有利于增大炮孔间距的方向，另一方面，扩大裂隙扩展范围，降低二次回采扰动期间沿空巷道悬露顶板破裂产生的弹性能，有利于临空巷道冲击地压防治。 [0029](2)本发明的顶板预裂爆破方法仅针对爆破目标层位施工，既可以提高分段割缝作业效率，又可以提高对爆破目标层位裂隙扩展效果；且4个割缝方向两两一组，其中一组割缝方向顺着巷道走向方向，另一组垂直于巷道走向方向，在弱化临空巷道动载扰动的同时有利于弱化工作面机尾附近矿压显现。 附图说明 [0030]图1是本发明基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法的流程示意图； [0031]图2是本发明基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法的微震事件平均能量沿垂向分布特征图； [0032]图3是本发明基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法的微震事件累积能量沿垂向分布特征图； [0033]图4是本发明基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法顶板裂隙探测孔分布示意图； [0034]图5是本发明基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法的推测悬顶线结构示意图； [0035]图6是本发明基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法中爆破孔参数示意图； [0036]图7是本发明基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法中爆破孔分段割缝参数示意图； [0037]图8是图7中A视角的剖面图； [0038]图9是图7中B视角的剖面图。 [0039]图中，1.样本工作面，2.临近工作面，3.区段煤柱，4.临空巷道，5.顶板裂隙探测孔，6.推测悬顶线，7.爆破孔K₁，8.爆破孔K₂，9.返水异常点。 具体实施方式 [0040]下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。 [0041]本发明基于轴向分段割缝的顶板预裂爆破方法具体流程如图1所示，选取实施分段割缝的爆破目标岩层，通过爆破目标岩层确定爆破孔K_i参数和爆破孔分段割缝参数，基于爆破孔K_i参数和爆破孔分段割缝参数进行施工得到爆破孔K_i和爆破孔分段割缝，最后爆破孔K_i内装药起爆。 [0042]具体步骤为： [0043]步骤1，收集样本工作面1数据或临近工作面2的数据，绘制微震事件沿垂向分布特征图，通过微震事件沿垂向分布特征图选取爆破目标岩层； [0044]样本工作面1数据为地质勘探钻孔和顶板取芯孔的地层数据，临近工作面2数据为回采期间微震监测数据；爆破目标岩层选取在采煤层上覆15m～60m，选取多个爆破目标岩层，记为M_n，沿样本工作面1垂向自上而下n＝1，2，3…n，各爆破目标岩层厚度计为H_Mn。 [0045]步骤2，依据步骤1选取的爆破目标岩层厚度，施工若干个不同倾角的顶板裂隙探测孔5，将顶板裂隙探测孔5内返水异常点9连线，连接线为推测悬顶线6； [0046]步骤3，根据步骤2的顶板裂隙探测孔5和推测悬顶线6得到爆破孔数量i、倾角α_i、孔间距、孔深L_i和装药段长度X_i的参数； [0047]爆破孔数量i以爆破孔K_i覆盖所有爆破目标岩层M_n为准；爆破孔倾角α_i为30°～60°，且爆破孔倾角α_i不小于相邻存在裂隙的顶板裂隙探测孔5的倾角；相邻爆破孔K_i直线距离不小于8m。 [0048]爆破孔孔深L_i距离推测悬顶线6不小于5m，且不超过垂向距离最高一层爆破目标岩层M1； [0049]爆破孔K_i的装药段长度X_i计算公式如公式1所示， [0050]X_i≤(L_i×sina_i-3/4×Y)/sina_i  (1)； [0051]式中，L_i为爆破孔K_i的爆破孔孔深，Y为区段煤柱(3)的宽度，a_i为爆破孔K_i的倾角角度；爆破孔K_i的装药段覆盖所有爆破目标岩层M_n，且装药段底部距离巷道顶板垂向高度h不小于15m。 [0052]步骤4，依据步骤3爆破孔K_i参数得到爆破孔分段割缝长度Z_ij、爆破孔分段割缝数量和位置关系的参数； [0053]爆破孔割缝长度Z_ij为装药段长度X_i内与实施分段割缝的目标岩层M_n，如公式2所示； [0054]Z_ij＝H_Mn/Sina_i  (2)； [0055]式中，i表示第i个爆破孔，j表示第i个爆破孔内第j个分段割缝段，a_i为爆破孔K_i的倾角角度。 [0056]爆破孔分段割缝数量为每个爆破孔K_i内爆破孔分段割缝数量为4条，且4条爆破孔分段割缝沿爆破孔K_i径向相互夹角为90°，相对爆破孔分段割缝为一组，一组爆破孔分段割缝方向与沿空巷道4走向平行，另一组爆破孔分段割缝方向垂直于沿空巷道4走向。 [0057]步骤5，依据爆破孔参数和爆破孔分段割缝参数进行施工；在临空巷道4内采空区侧每隔p米施工一个爆破孔K_i，p为10m～15m，然后对各爆破孔K_i采用专业机械割缝装置进行分段割缝施工。 [0058]步骤6，对施工完成的爆破孔内装填炸药，进行起爆。 [0059]实施例 [0060]步骤1，收集矿井中样本工作面1的地质勘探钻孔和顶板取芯孔的地层数据，由于井下顶板取芯孔相对精准，故取通过顶板取芯孔收集到的地层数据来绘制微震事件沿垂向分布特征图，通过顶板取芯孔收集的地层数据如表1所示； [0061]表1顶板取芯孔地层数据 [0062] [0063]如图2和图3所示，样本工作面1在在累计回采60m后绘制已回采段微震事件平均能量和累计能量的沿垂向分布特征图，选择主采煤层上覆15-60m范围内微震密集分布岩层作为爆破目标岩层，即选择图2和图3中距离顶板48.2m～56m厚度为7.8m的中细砂岩、距离顶板43.4m～48.2m厚度为4.9m的中砂岩、距离顶板30.7m～38.3m厚度为7.6m的粉砂岩、距离顶板15.4m～25.3m厚度为9.9m的粉砂岩，以上四个爆破目标岩层分别计为M₁、M₂、M₃、M₄，各爆破目标岩层厚度H_M1＝7.8m、H_M2＝4.9m、H_M3＝7.6m、H_M4＝9.9m。 [0064]步骤2，如图4和图5所示，根据爆破目标岩层高度，在样本工作面1临空巷道4内施工多个不同倾角的顶板裂隙探测孔5；采用钻孔窥视等手段进行钻孔裂隙发育情况探测，将各钻孔返水异常点9位置相互连线，称为推测悬顶线6。 [0065]步骤3，如图6所示，基于步骤2探测结果，爆破孔倾角α_i取值范围为35-60°，此角度范围内布置两个爆破孔，分别为爆破孔K₁7和爆破孔K₂8，可满足两个爆破孔装药段最小直线距离E不小于8m的要求，故爆破孔数量i＝2，爆破孔倾角α₁＝35°、α₂＝55°。 [0066]由于爆破孔孔深L_i距离应满足距离推测悬顶线6至少5m，且不超过垂向距离顶板以上最高一层爆破目标层位M1，故爆破孔孔深L₁＝40m、L₂＝57m。 [0067]将Y＝25m，L₁＝37m，L₂＝57m，α₁＝35°，α₂＝55°带入装药段长度X_i公式中， [0068]X₁≤(37×sin35°-3/4×25)/sin35°； [0069]X₂≤(57×sin55°-3/4×25)/sin55°； [0070]计算得出X₁＝13m，X₂＝25m。 [0071]步骤4，如图7所示，基于步骤2探测结果和步骤3得到的爆破孔参数，爆破孔K₁7的爆破孔分段割缝长度Z11＝H_M4/Sina₁＝9.9/Sin35°＝17m，爆破孔K₂8的第一段爆破孔分段割缝长度Z21＝H_M3/Sina₂＝7.6/Sin55°＝9m，爆破孔K₂8的第二段爆破孔分段割缝长度Z22＝(H_M1+H_M1)/Sina₂＝(7.8+4.9)/Sin55°＝15.5m。 [0072]如图8和图9所示，爆破孔K₁7的分段割缝数量取4条，4条分段割缝在爆破孔K₁7径向剖面上相互夹角为90°，两个相对的分段割缝为一组，共两组，其中一组分段割缝方向顺着临空巷道4走向方向，另一组分段割缝垂直于临空巷道4走向方向。爆破孔K₂8与之相同。 [0073]步骤5，在临空巷道4内采空区侧相隔10米施工爆破孔K₁7和爆破孔K₂8，然后对爆破孔K₁7和爆破孔K₂8内采用专业机械割缝装置进行分段割缝的施工。 [0074]步骤6，按照国家相关煤矿井下爆破作业操作规定实施装药起爆。