松動(dòng)爆破在增子坊礦采面過(guò)斷層中應(yīng)用實(shí)踐

李燕偉，李雁輝

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)鐵峰煤業(yè)有限公司增子坊煤礦，山西 朔州 037200）

斷層是煤炭開(kāi)采時(shí)常見(jiàn)構(gòu)造，在斷層上、下盤(pán)滑移影響下頂?shù)装鍘r層會(huì)入侵到煤層中，從而給煤炭正常回采帶來(lái)制約[1-2]。使用采煤機(jī)直接截割巖層雖然可滿(mǎn)足采面推進(jìn)需要，但是存在采煤機(jī)截割齒及刮板輸送機(jī)刮板鏈磨損嚴(yán)重、 采面粉塵產(chǎn)生量大等問(wèn)題，不利于采面經(jīng)濟(jì)高效推進(jìn)[3-7]。增子坊礦5#煤層8300-1 面開(kāi)采范圍內(nèi)發(fā)育有F7、F8斷層，在兩個(gè)斷層相互作用下導(dǎo)致底板細(xì)中粒砂巖侵入到5#煤層中，針對(duì)上述問(wèn)題，增子坊煤礦擬使用松動(dòng)爆破方式弱化該類(lèi)巖石，從而提高工作面生產(chǎn)效率。

1 工程概況

8300-1 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)590 m、寬度150 m。采面位于53 盤(pán)區(qū)中東部，南起53 盤(pán)區(qū)皮帶巷；北隔35 m 為F35正斷層； 西鄰已采5300 工作面；東部為實(shí)煤體。5#煤層賦存穩(wěn)定，煤厚11.50 m，傾角0°～7°煤層，含1～7 層夾石。

經(jīng)過(guò)地質(zhì)勘探，8300-1 工作面存在多處斷層，斷層的存在導(dǎo)致頂?shù)装鍘r層層位發(fā)生顯著錯(cuò)動(dòng)，局部區(qū)域進(jìn)入煤層，工作面回采期間割煤機(jī)需割巖。進(jìn)入煤層層位的巖層為5#煤底板，巖性為細(xì)中粒砂巖，結(jié)合礦井地質(zhì)報(bào)告，巖層強(qiáng)度為30～40 MPa。具體采面底板巖層入侵采面情況如表1、圖1所示。

表1 頂?shù)装鍘r性

圖1 100～250 m段斷層情況

圖1（a）中工作面巖層進(jìn)入煤層的情況，分布在距離切眼100～250 m 范圍，目前部分巖層已被采煤機(jī)割除，剩余部分為一個(gè)三角形區(qū)域，如圖1（b）所示。沿巷道走向剩余60 m，沿工作面傾向最大寬度為35 m。

2 松動(dòng)爆破現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 松動(dòng)爆破方案

從8300-1 面0-24#支架間施工鉆孔，為實(shí)現(xiàn)較好的爆破效果，炮孔間距設(shè)計(jì)為1 m；設(shè)計(jì)鉆孔仰角3°～5°，垂直采場(chǎng)煤壁施工，鉆孔深度最深39 m 最淺11 m，裝藥長(zhǎng)度為孔長(zhǎng)的2/3～1/2，具體根據(jù)孔深確定。煤壁間采用三花眼布置鉆孔，每8 個(gè)孔一組，共劃分為5 組（其中第5 組視情況施工），同組內(nèi)鉆孔施工長(zhǎng)度相同，鉆孔長(zhǎng)度自順槽向中部遞減，最長(zhǎng)為39 m，最短為11 m，共計(jì)鉆孔40個(gè)，鉆孔總長(zhǎng)度1 000 m，如表2、圖2所示。

圖2 鉆孔施工

表2 鉆孔施工參數(shù)

本次爆破砂巖以預(yù)裂為主，炸藥單耗取0.5 kg/m3，則單米裝藥量需達(dá)到1.0 kg。根據(jù)礦上現(xiàn)有鉆機(jī)型號(hào)，確定的炮孔直徑為Φ65 mm，選用規(guī)格為Φ35 mm×200 mm×200 g 的乳化炸藥包，每米裝5 根。采用PVC 管輔助裝乳化炸藥及炮泥，軸向不留空氣柱，采用不耦合裝藥形式。采用毫秒延期雷管爆破，起爆方式視炸藥量決定。爆破施工參數(shù)如表3所示。

表3 施工爆破參數(shù)

2.2 爆破安全核算

（1）采場(chǎng)安全

考慮到炸藥爆破時(shí)，爆破半徑內(nèi)可能貫通采場(chǎng)、影響爆破效果，因此需計(jì)算炮孔與工作面之間間距。裝藥段距離自由面最近距離為4 m（封孔長(zhǎng)度最小4.0 m），同時(shí)本工程采用的炸藥預(yù)裂半徑小于2 m，因此炮孔與采場(chǎng)距離安全。

（2）回采巷道安全

爆破振動(dòng)安全距離可由下式計(jì)算：

式中：R 為爆破振動(dòng)安全距離，m；Q 為最大單段藥量，kg；V 為保護(hù)區(qū)安全振速，cm/s；K，α 為與爆破點(diǎn)至保護(hù)區(qū)的地形、 地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，如表4所示。

表4 爆區(qū)不同巖性的K、α 值

本次爆破中巖性按堅(jiān)硬考慮，本工程最大單段爆破裝藥總量為26 kg，K=100，α=1.5，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中對(duì)巷道的安全振速規(guī)定，保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速取為30，則本次爆破振動(dòng)的影響距離為6.6 m。爆破孔與采面運(yùn)輸順槽最小距離為7.0 m，為此采面松動(dòng)爆破孔布置滿(mǎn)足安全允許距離要求。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

在8300-1 采面采用上述松動(dòng)爆破方案后，可對(duì)侵入到5#煤層中的細(xì)中粒砂巖進(jìn)行弱化，提高采煤機(jī)破巖效率。

3.1 巖性弱化效果

兩個(gè)鄰近的松動(dòng)爆破孔均產(chǎn)生相互聯(lián)通裂隙，特別是在爆破孔周邊650 mm 以?xún)?nèi)，鉆孔周邊產(chǎn)生大量的細(xì)微裂隙。對(duì)細(xì)中粒砂巖進(jìn)行松動(dòng)爆破弱化后，巖體完整性以及整體強(qiáng)度得以明顯降低。

3.2 回采效果

在對(duì)采面內(nèi)細(xì)中粒砂巖松動(dòng)爆破過(guò)程中，未發(fā)生飛矸現(xiàn)象，爆破范圍影響內(nèi)的液壓支架、刮板輸送機(jī)等均未受到爆破影響； 同時(shí)采面運(yùn)輸順槽頂板、煤壁等未產(chǎn)生新的裂隙、圍巖變形量也未增加。松動(dòng)爆破不會(huì)給采面采場(chǎng)設(shè)備以及回采巷道正常使用帶來(lái)影響。

采煤機(jī)割巖過(guò)程中截割齒磨耗較松動(dòng)爆破前降低40%以上，采煤機(jī)牽引速度與割煤時(shí)保持一致，從而顯著降低了煤層中堅(jiān)硬巖層給正?；夭蓭?lái)影響。通過(guò)松動(dòng)爆破后，采面可保持4.2 m/d回采速度，可減少采面過(guò)斷層時(shí)間約20%。

4 結(jié)論

1）8300-1 采面在F7、F8斷層影響下，導(dǎo)致底板堅(jiān)硬的細(xì)中粒砂巖入侵到開(kāi)采的5#煤層中，受到細(xì)中粒砂巖完整性較好、 裂隙不發(fā)育以及堅(jiān)硬等因素影響，采煤機(jī)在割巖時(shí)存在粉塵產(chǎn)生量大、采煤機(jī)磨損嚴(yán)重以及牽引速度慢等問(wèn)題，給采面高效回采帶來(lái)制約。

2）采用松動(dòng)爆破方式對(duì)細(xì)中粒砂巖進(jìn)行弱化，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)松動(dòng)爆破布置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)爆破安全進(jìn)行核算。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，鄰近爆破孔間產(chǎn)生聯(lián)通的裂隙，細(xì)中粒砂巖強(qiáng)度以及完整性得以明顯降低；同時(shí)采場(chǎng)綜采設(shè)備、運(yùn)輸順槽均未受松動(dòng)爆破影響。

3）采煤機(jī)破巖牽引速度可保持1.6 m/min，與割煤速度基本保持一致，同時(shí)采煤機(jī)截割齒損耗較松動(dòng)爆破前降低約40%，采面過(guò)斷層時(shí)間縮小約20%，取得較好應(yīng)用成果。