深孔預(yù)裂爆破在工作面過大落差斷層中應(yīng)用

吳勝明

【摘 要】 傳統(tǒng)回采工作面過大落差斷層采用搬家方式，存在耗時(shí)長(zhǎng)、煤炭資源浪費(fèi)等問題。本文提出將深孔預(yù)裂爆破技術(shù)應(yīng)用于采面過大落差斷層中，輔助采煤機(jī)割巖，并詳細(xì)對(duì)爆破鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)、裝藥方式、封孔、爆破等技術(shù)進(jìn)行分析?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)后，爆破孔間巖石塊度分布均衡，爆破破巖效果顯著，可以輔助采煤機(jī)破巖，使得采煤機(jī)可以順利通過大落差斷層。

【關(guān)鍵詞】 大落差斷層;深孔爆破;裝藥結(jié)構(gòu);封孔方式

【中圖分類號(hào)】 TD235 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】 2096-4102（2020）02-0022-03

回采工作面過斷層難易程度與開采煤層厚度、頂?shù)装鍘r性、斷層產(chǎn)狀以及開采條件等相關(guān)，現(xiàn)階段針對(duì)大落差斷層（落差20～50m），采面一般采取跳采方式，但是這種方式需要掘進(jìn)新的切眼、回采設(shè)備需要搬家，耗時(shí)費(fèi)力。采用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，為采面平推硬過大落差提供了一種可選方案，但是深孔爆破技術(shù)應(yīng)用過程中也存在爆破孔施工精度低、爆破振動(dòng)影響圍巖以及封堵要求高等問題，采取合理的技術(shù)措施，可以有效降低上述問題對(duì)采面影響。文中就對(duì)深孔預(yù)裂爆破過斷層技術(shù)在回采工作面過斷層應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析，以期能為其他礦井類似情況提供一定借鑒。

1工程概況

山西某礦2303回采工作面走向2360m，斜長(zhǎng)268.4m，根據(jù)回采巷道、切眼掘機(jī)揭露地質(zhì)資料顯示，采面開采的3號(hào)煤層厚度在4.2～10.8m，平均7.6m，煤層傾角介于4°～11°，頂?shù)装鍘r性見圖1。采面推進(jìn)至2×32導(dǎo)線點(diǎn)北側(cè)40m位置時(shí)會(huì)揭露FD6斷層（H=10.3m∠70°），具體采面揭露斷層見圖2，根據(jù)前期地質(zhì)勘探資料，斷層在2303采面內(nèi)延伸長(zhǎng)度約為430m，對(duì)采面生產(chǎn)造成較大影響。

由于3號(hào)煤層為礦井主采煤層，且煤層厚度平均在7.6m，若直接舍棄斷層影響附近煤層，勢(shì)必會(huì)造成寶貴的煤炭資源浪費(fèi)，且影響礦井正常生產(chǎn)。通過綜合分析，礦井決定采用深孔爆破技術(shù)過FD6斷層。

2深孔爆破技術(shù)方案

2.1爆破區(qū)域劃分

根據(jù)2303揭露的FD6斷層參數(shù)，并依據(jù)斷層對(duì)回采工作面開采影響程度差異，將采面過斷層劃分為A、B、C三個(gè)區(qū)域。其中A區(qū)域位于2×32探孔北38m～12m，長(zhǎng)度約為26m，可以具體細(xì)化成A1～A3三個(gè)區(qū)域;B區(qū)域北側(cè)為A區(qū)域邊界，南側(cè)為探巷2號(hào)終止處，長(zhǎng)度約53m，可以具體細(xì)化成B1～B5五個(gè)區(qū)域，A、B區(qū)域內(nèi)的爆破孔均布置在2303下平巷。

C區(qū)域北側(cè)為B區(qū)域邊界，南側(cè)為探巷1號(hào)與FD6斷層交匯處，長(zhǎng)度約73m，可以具體細(xì)化成C1～C6五個(gè)區(qū)域，其中由于C3～C6范圍內(nèi)斷層對(duì)采面影響較小，因此不需要爆破。在C1～C3段爆破孔布置在探巷2號(hào)內(nèi)。具體劃分位置見圖2。

2.2爆破鉆孔布置

由于受到FD6斷層影響，在斷層影響范圍內(nèi)煤層賦存變化顯著，依據(jù)需要爆破的巖層厚度對(duì)爆破鉆孔布置進(jìn)行確定，其中爆破巖層厚度在1.5m以內(nèi)時(shí)，采用單排爆破孔方式;爆破巖層厚度在1.5～2.5m時(shí)，布置兩排爆破孔，上下交錯(cuò)成三花眼方式;當(dāng)爆破巖層厚度大于2.5m時(shí)，布置三排爆破孔，上下交錯(cuò)成五花眼方式。

2.3裝藥結(jié)構(gòu)

裝藥結(jié)構(gòu)為正向不耦合的三節(jié)捆綁式，可以滿足小直徑藥卷、大直徑爆破孔要求，具體裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)的爆破孔孔徑為76mm，采用礦井二級(jí)需用乳化炸藥，直徑27mm，長(zhǎng)度100mm，質(zhì)量100g/節(jié)。采用的裝藥結(jié)構(gòu)通過增加單位長(zhǎng)度爆破孔裝藥量，提高爆破預(yù)裂效果。

2.4封孔

為了避免爆破時(shí)沖孔顯現(xiàn)發(fā)生，封孔采用素水泥漿封孔，水泥漿水灰比控制為1∶1，并按照水泥用量的3.5%添加早強(qiáng)劑（甲酸鈣）。封孔采用水泥漿后，水泥量可以流入到鉆孔周邊巖層裂隙中，經(jīng)過1d養(yǎng)護(hù)水泥強(qiáng)度與周邊巖層強(qiáng)度接近，可近似認(rèn)為是同一種介質(zhì)，從而提升爆破孔孔壁黏結(jié)性。

由于灌注的水泥漿具有流動(dòng)，根據(jù)爆破孔傾角不同，具體有仰角炮孔、俯角炮孔兩種封孔結(jié)構(gòu)，俯角炮孔封孔先采用炮棍將止?jié){炮泥塞至乳化炸藥頂端，隨后向爆破孔內(nèi)注入素水泥漿，在爆破孔孔口0.3～0.5m范圍內(nèi)用封孔炮泥充填。仰角炮孔應(yīng)先插入帶有彎頭的注漿管頂住乳化炸藥，并在距離孔口0.3～0.5m處塞止?jié){炮泥塞，通過注漿管向炮孔內(nèi)注入素水泥，封孔完畢后用止?jié){塞封堵注漿管，并用封孔炮泥充填孔口空間。具體封孔結(jié)構(gòu)見圖4。

2.5各區(qū)爆破參數(shù)

依據(jù)深孔爆破相關(guān)研究成果，以及回采工作面采煤需要，在劃分的各區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)爆破的爆破孔參數(shù)見表1。

2.6起爆順序

由于在A區(qū)、C區(qū)內(nèi)爆破孔裝入炸藥量少，爆破孔可以直接起爆。由于B區(qū)域內(nèi)爆破孔裝入炸藥量多，因此爆破孔起爆必須分2～3次進(jìn)行。為了降低爆破對(duì)巷道圍巖影響，分段起爆時(shí)增加保護(hù)側(cè)邊緣爆破孔、次邊緣爆破孔封孔長(zhǎng)度，從而降低爆破引起的自由面效應(yīng)，具體見圖5。

3爆破效果分析

（1）爆破后爆破孔孔口封孔炮泥均出現(xiàn)一定程度隆起，沖出量較少，未出現(xiàn)盲炮、沖孔顯現(xiàn)，采煤機(jī)截割到爆破區(qū)域時(shí)爆破孔間存在貫通裂縫，爆破孔間巖石塊度分布均衡，深孔預(yù)裂爆破破巖效果較為理想，這主要是由于施工的爆破孔質(zhì)量高、采用的裝藥結(jié)構(gòu)較為合理，同時(shí)采用素水泥漿封孔確保了乳化炸藥爆炸后能量在爆破段的充分?jǐn)U張，延長(zhǎng)爆生氣作用爆破孔巖壁時(shí)間，從而導(dǎo)致周邊巖層內(nèi)裂隙得以充分?jǐn)U張?，F(xiàn)場(chǎng)效果見圖6。

（2）爆破時(shí)僅僅在2302下平巷B區(qū)段內(nèi)裝藥量較多區(qū)間存在微弱的頂板巖層脫落問題，巷道支護(hù)結(jié)構(gòu)未受到較大影響。

4結(jié)束語(yǔ)

本文將深孔預(yù)裂爆破應(yīng)用到回采工作面過大落差斷層中，并對(duì)爆破鉆孔施工參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)、封孔技術(shù)以及起爆方式進(jìn)行詳細(xì)闡述，取得以下主要研究成果：

（1）通過對(duì)裝藥結(jié)構(gòu)以及裝藥技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用素水泥漿作為封孔材料，爆破孔封孔質(zhì)量顯著提升，在現(xiàn)實(shí)使用過程中未再發(fā)生沖孔顯現(xiàn);

（2）通過采用分段集中爆破方式，控制一次爆破時(shí)炸藥量，減少爆破產(chǎn)生振動(dòng)影響范圍，確保爆破范圍內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)以及機(jī)電設(shè)備安全。

礦井在2302工作面采用深孔爆破技術(shù)后，降低了采煤機(jī)截割巖層難度，實(shí)現(xiàn)了回采工作面平推硬過大落差斷層。采用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)后，回采過斷層耗時(shí)為26d，耗時(shí)僅為搬家過大斷層技術(shù)的1/2，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為其他礦井過大落差斷層提供一定的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

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