綜采工作面采用松動(dòng)爆破過(guò)斷層技術(shù)探討

郝淑榮

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司，山西 晉中 032612）

隨著煤炭開(kāi)采技術(shù)的不斷提升，綜采已成為現(xiàn)階段我國(guó)常用的煤炭開(kāi)采方式，同時(shí)隨著煤炭開(kāi)采深度不斷加深，采面開(kāi)采時(shí)遇到的地質(zhì)構(gòu)造也更為復(fù)雜，影響采煤工作的有序開(kāi)展［1-3］。為了解決綜采工作面過(guò)斷層問(wèn)題，眾多的研究學(xué)者展開(kāi)廣泛研究并提出眾多過(guò)斷層技術(shù)手段，歸結(jié)起來(lái)為“搬家跳采法”、“調(diào)整采高法”、“挑頂臥底法”等［4-5］。當(dāng)斷層落差不大時(shí)，綜采工作面一般采用平推硬過(guò)斷層方式，但遇堅(jiān)硬巖層時(shí)會(huì)給采煤機(jī)刀具、懸臂，刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)等造成不利影響；當(dāng)斷層落差達(dá)或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜且采煤機(jī)無(wú)法直接通過(guò)時(shí)，采取“搬家跳采”方式，會(huì)增加綜采設(shè)備搬家時(shí)間以及回采巷道掘進(jìn)工程量［6-8］。

為了克服綜采工作面過(guò)斷層遇到堅(jiān)硬巖層時(shí)采煤機(jī)割巖困難，刀具、懸臂以及運(yùn)輸設(shè)備損耗嚴(yán)重等問(wèn)題，一般會(huì)采用松動(dòng)爆破方式輔助破巖。但是采取的松動(dòng)爆破會(huì)造成頂板巖層破碎、垮落、大塊巖體下落砸壞設(shè)備，甚至出現(xiàn)安全事故等問(wèn)題，如何確保松動(dòng)爆破過(guò)程的安全，是制約綜采工作面采取松動(dòng)爆破過(guò)斷層時(shí)的一個(gè)重要方面。文中以宏遠(yuǎn)煤礦150203工作面過(guò)斷層為工程背景，結(jié)合采面實(shí)際地質(zhì)條件，合理確保爆破參數(shù)，確保了該綜采工作面順利通過(guò)斷層。

1 工程概況

150203工作面南北長(zhǎng)、東西窄，地面為無(wú)人山谷、丘陵地形。地面標(biāo)高范圍+1328～+1452 m，區(qū)內(nèi)井下煤層標(biāo)高范圍+1082 m～+1140 m，埋深厚度215～312 m。150203工作面位于二采區(qū)中部以北，南部為皮帶大巷，東面為150201采空區(qū)，西面為150205工作面，北面為寒王河保護(hù)煤柱。150203工作面走向長(zhǎng)1188 m，傾斜長(zhǎng)148 m，區(qū)內(nèi)面積：178200 m2。開(kāi)采的15號(hào)煤層煤層厚度4.5 m，具體15號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。工作面區(qū)域內(nèi)構(gòu)造較復(fù)雜，煤層整體為單斜式褶曲構(gòu)造，局部煤層底板含有波狀起伏的褶曲構(gòu)造。

表1 15號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

在150203工作面內(nèi)發(fā)育有F2、F3、F7等斷層，具體的斷層參數(shù)以及對(duì)采面生產(chǎn)影響見(jiàn)表2。

表2 斷層結(jié)構(gòu)參數(shù)及對(duì)采面生產(chǎn)影響

2 過(guò)斷層爆破技術(shù)

150203采面開(kāi)采的15號(hào)煤層頂板以堅(jiān)硬的砂巖、石灰?guī)r為主，同時(shí)在采面內(nèi)有對(duì)回采影響較大的F2、F7正斷層，斷層落差均在煤層開(kāi)采厚度以內(nèi)，可以采取平推硬過(guò)方式過(guò)上述斷層。采面在過(guò)斷層時(shí)，采煤機(jī)截割頭、懸臂以及刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備磨耗嚴(yán)重，為了提升采面過(guò)斷層效率，減少綜采設(shè)備損傷及磨耗程度，在采面采用松動(dòng)爆破輔助過(guò)斷層方式。具體采面松動(dòng)爆破方式有掏槽、無(wú)掏槽兩種方式，施工的爆破孔均為淺孔，對(duì)兩種爆破方式進(jìn)行對(duì)比分析，最終優(yōu)選出更為合理的過(guò)斷層爆破方式。

2.1 無(wú)掏槽孔技術(shù)參數(shù)

（1）爆破孔孔徑

根據(jù)礦井現(xiàn)有的設(shè)備，確定爆破孔孔徑為42 mm。

（2）爆破孔深度

斷層內(nèi)巖層較為破碎且受到較為明顯的夾制作用，在一定程度上制約爆破效果，爆破孔深度較深時(shí)爆破松動(dòng)效果較差；爆破孔深度過(guò)小時(shí)，則存在松動(dòng)爆破次數(shù)過(guò)多，爆破作業(yè)耗時(shí)長(zhǎng)，影響采面正常推進(jìn)等問(wèn)題。根據(jù)采面地質(zhì)情況以及斷層附近巖石參數(shù)，確定爆破鉆孔深度為2400 mm。

（3）爆破孔間距

根據(jù)采面過(guò)斷層時(shí)的巖性，結(jié)合本礦井實(shí)際爆破經(jīng)驗(yàn)，確定的爆破孔間距為800 mm。

（4）爆破孔排距

根據(jù)采面過(guò)斷層時(shí)巖層厚度，確定爆破孔排距，當(dāng)斷層巖層厚度在1.5 m以內(nèi)時(shí)，布置1排松動(dòng)爆破鉆孔；當(dāng)巖層厚度在1.5～2.0 m間時(shí)，可具體根據(jù)斷層巖層厚度分布情況，將爆破鉆孔錯(cuò)排布置；當(dāng)巖層厚度在2.0 m以上時(shí)，布置上下兩排爆破鉆孔。

（5）爆破孔裝藥量

爆破孔裝藥分兩段間隔進(jìn)行，其中里段裝藥0.9 kg，外段裝藥0.3 kg，具體爆破鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)件見(jiàn)圖1。外段炸藥起爆采用1根雷管，內(nèi)段炸藥起爆采用2根雷管。

圖1 無(wú)掏槽孔爆破鉆孔裝藥結(jié)構(gòu)

2.2 有掏槽孔技術(shù)參數(shù)

爆破孔孔徑42 mm，深度2400 mm，間距1000 mm，排距700 mm，單個(gè)爆破鉆孔的裝藥量為1.0 kg,具體的爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 有掏槽孔爆破鉆孔的裝藥結(jié)構(gòu)

在垂直與斷層傾向方向上布置6排松動(dòng)爆破孔，每2排爆破孔共用一段引爆雷管。受斷層影響，斷層兩側(cè)的煤巖體強(qiáng)度較低，將掏槽眼布置在煤巖體內(nèi)可以為松動(dòng)爆破孔提供自由面，提高掏槽效果。將掏槽方式設(shè)計(jì)為兩級(jí)斜孔掏槽，一級(jí)掏槽孔孔深為1700 mm，掏槽深度1600 mm；二級(jí)掏槽孔孔深為2500 mm，掏槽深度2400 mm。一級(jí)掏槽孔孔間距為1200 mm，一級(jí)、二級(jí)掏槽孔間距為800 mm。具體布置的爆破鉆孔見(jiàn)圖3，爆破鉆孔參數(shù)見(jiàn)表3。

圖3 爆破鉆孔

表3 有掏槽孔松動(dòng)爆破參數(shù)

2.3 優(yōu)選爆破方式

有掏槽眼爆破與無(wú)掏槽眼爆破相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）爆破時(shí)產(chǎn)生的飛矸量少，不會(huì)出現(xiàn)爆破后的碎石壓死刮板輸送機(jī)問(wèn)題，整個(gè)爆破過(guò)程對(duì)回采工作面生產(chǎn)影響較小。

（2）一次爆破時(shí)的爆破鉆孔數(shù)量少，但是也存在整個(gè)采面過(guò)斷層期間的爆破次數(shù)多問(wèn)題。

從保護(hù)綜采設(shè)備以及爆破對(duì)采面生產(chǎn)影響等方面考慮，最終選用的松動(dòng)爆破技術(shù)過(guò)斷層方案為具有兩級(jí)斜孔掏槽松動(dòng)爆破方式。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場(chǎng)爆破孔施工

在回采工作面進(jìn)行5次松動(dòng)爆破試驗(yàn)，最終確定出150203采面施工的破巖孔深度為1800 mm、掏槽孔深度為1600 mm，具體井下應(yīng)用的爆破鉆孔布置方式見(jiàn)圖4。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際爆破孔設(shè)計(jì)

表4 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際爆破孔參數(shù)

為了提高爆破孔封孔效率，避免預(yù)先制作的炮泥水分揮發(fā)而失去堵塞效果問(wèn)題，炮泥進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)制作。布置在斷層中的破巖孔內(nèi)單孔裝入炸藥量為0.6 kg；在斷層兩側(cè)煤巖體中布置第一排掏槽孔，孔內(nèi)裝入炸藥量為0.8 kg，第二排掏槽孔內(nèi)裝入的炸藥量為0.8 kg，爆破方向與刮板輸送機(jī)運(yùn)行方向相反。施工的炮眼綜合利用率在90%以上，現(xiàn)場(chǎng)取得了顯著的破巖松動(dòng)效果，爆破時(shí)產(chǎn)生的飛矸數(shù)量較少，后續(xù)的松動(dòng)爆破也表明，采用1800 mm松動(dòng)爆破深度可以確保采面順利通過(guò)斷層。

3.2 應(yīng)用效果

在回采工作面內(nèi)采取松動(dòng)爆破參數(shù)取得顯著的應(yīng)用效果，具體為：

（1）爆破結(jié)束后在爆破鉆孔周邊350 mm范圍內(nèi)的煤、巖體較為破碎，在350～650 mm范圍內(nèi)煤、巖體裂隙、縫隙發(fā)育明顯，在650～850 mm范圍內(nèi)產(chǎn)生的較多的細(xì)微裂隙，爆破后產(chǎn)生的塊度均衡，大塊巖塊產(chǎn)生量低，炮眼綜合利用率達(dá)到90%以上。堅(jiān)硬的砂巖、石灰?guī)r等完整性顯著降低，避免采煤機(jī)直接硬割堅(jiān)硬巖石帶來(lái)的設(shè)備磨耗嚴(yán)重，故障率高等問(wèn)題；

（2）在整個(gè)松動(dòng)爆破過(guò)程中，幾乎沒(méi)有飛矸拋擲現(xiàn)象發(fā)生，有效保護(hù)了液壓支架、刮板輸送機(jī)以及其他距離爆破點(diǎn)較近的機(jī)電設(shè)備安全。爆破產(chǎn)生的振動(dòng)小，對(duì)回采巷道以及采面頂板巖層穩(wěn)定性影響不顯著；

（3）通過(guò)采用“挑頂”、“臥底”等輔助措施，回采工作面實(shí)現(xiàn)快速、安全通過(guò)斷層，顯著提高了采煤機(jī)截割煤、巖效率。

4 結(jié)語(yǔ)

1）根據(jù)綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合對(duì)比分析掏槽孔爆破以及無(wú)掏槽孔爆破兩種方式，最終優(yōu)選兩級(jí)斜孔掏槽松動(dòng)爆破方式更適合150203采面過(guò)斷層。

2）對(duì)兩級(jí)斜孔掏槽松動(dòng)爆破參數(shù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，采用的松動(dòng)爆破技術(shù)可以對(duì)堅(jiān)硬砂巖、石灰?guī)r進(jìn)行松動(dòng)，避免采煤機(jī)直接截割堅(jiān)硬巖層帶來(lái)的設(shè)備損耗嚴(yán)重問(wèn)題，同時(shí)爆破時(shí)幾乎無(wú)飛矸產(chǎn)生，保障了爆破點(diǎn)附近的刮板輸送機(jī)、液壓支架及其他機(jī)電設(shè)備的安全。

3）采面采用直接過(guò)斷層技術(shù)措施，減少工作面過(guò)斷層搬家次數(shù)，顯著提升了綜采工作面生產(chǎn)效率；避免掘進(jìn)新的回采巷道，減少巷道掘進(jìn)工程量；降低了煤炭資源損失，提高煤炭采出率。