左建平团队提出爆破效果更好的“阶梯炮孔”预裂爆破方案 　　这是左建平团队在对浅埋大采高工作面顶板初次垮落预裂爆破机理进行断裂力学分析的基础上提出来的，目前该方案已经在纳林庙二号井的621-03工作面进行了工程实践，取得了理想的爆破效果。相关研究成果日前发表于《煤炭学报》2016年第9期。 　　我国神东矿区煤层具有埋深浅、基岩薄、煤层厚的特点，一般具有单一关键层的特征，顶板将形成滑落失稳型结构，导致来压迅猛，黄庆享教授将此类煤层条件定义为典型的浅埋煤层。采取有效的强制放顶措施，防止工作面初次来压时发生冲击，是实现浅埋薄基岩大采高工作面安全高效开采的关键。 　　纳林庙二号井621-02工作面实施直线布置“等深炮孔”预裂爆破后，顶板垮落效果不理想，基本顶初次断裂时，产生的巨大冲击波将2 000 m外风门吹弯，工作面片帮严重，30~90号支架安全阀开启。为了解决这个问题，团队提出了“阶梯炮孔”预裂爆破方案。 　　研究人员利用有限元非线性动力学软件LS-DYNA对两种爆破方案的Mises应力演化规律进行对比分析开切眼顶板爆破效果。爆破后，两种深孔预裂爆破方案在不同时刻(1.2，2.0,3.0，4.0, 5.0 ms)Mises应力演化规律如下图所示。 　　由图可看出，方案2爆破后产生的应力集中区(图中红色区域)范围和深度更大，爆破应力波的衰减比方案1更慢，这样对顶板节理岩体的破坏力度更大，持续破坏时间更长，更有利于岩体中裂隙的扩展、贯通，从而形成更多的裂隙网格。对比图(d)，(e)发现应力集中区有增大的趋势，这主要是由于两种爆破方案在顶板自由面处都产生了应力波反射回弹现象，反射拉应力波使得更多的能量聚集，扩大了应力集中区的范围，从而使爆破产生的能量更充分地去破碎岩石。但两种爆破方案的反射拉应力波对顶板岩石做功的效果不一样，方案1中3个炮孔的应力波基本同时在顶板自由面发生回弹，而由于方案2炮孔深度不同，3个炮孔的应力波依次在顶板发生回弹，较浅炮孔使浅部岩体破坏垮落，为较深炮孔爆破岩体增加更多的自由面，提升其破岩能力，从而对基本顶产生更好的破坏作用，降低其强度和断裂步距。综上所述，方案2对炮孔的利用率更高，能更好地利用爆破能量来破碎岩体，爆破效果更好。 　　该项研究为类似条件下顶板预裂爆破提供了理论指导。 　　研究得到了国家自然科学基金、北京市科委重大科技成果转化落地培育项目、霍英东教育基金会第十四届高等院校青年教师基金应用课题项目的资金支持。 　　以下为该篇论文的机构示意。 来源：《煤炭学报》 引用格式：左建平，孙运江，刘文岗,等.浅埋大采高工作面顶板初次断裂爆破机理与力学分析[J].煤炭学报,2016,41(9):2165-2172. (转载请标明出处)