采煤工作面過大落差斷層開采實踐分析

郭美俊

（山西焦煤汾西礦業(yè)柳灣煤礦，山西 孝義 032300）

煤炭資源回采時常見斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，當煤炭回采范圍內(nèi)發(fā)育有大落差斷層時會導致煤層失去連續(xù)性，斷層上下兩端位置煤層出現(xiàn)錯斷[1]。當采面揭露大斷面斷層時礦井普遍采用搬家方法過斷層，此種方式存在過斷層耗時長、需留設一定寬度保護煤柱、煤炭資源開采效率低以及勞動強度高等問題；部分礦井為實現(xiàn)快速回采，提出通過采煤機割巖方式過斷層，但是期間面臨巖層硬度大、采煤機截割齒磨損嚴重以及其他綜采設備故障率高等問題，巖層弱化可提高采面過斷層效率[2-5]?，F(xiàn)階段常用的弱化技術(shù)包括有松動爆破、水力壓裂等，其中以松動爆破應用最為廣泛。若將爆破鉆孔布置在采面前方煤巖體上，不僅使得鉆孔施工與采面回采無法同步開展，而且爆破過程中也面臨頂板破碎、管理困難以及部分綜采設備振動損壞等問題，從而制約生產(chǎn)效率[6]。為此，本文依據(jù)山西某礦31102 綜采工作面過DF19斷層為工程實例，提出預先在斷層另一盤掘進巷道，并在巷道內(nèi)布置爆破鉆孔對采面割巖范圍內(nèi)巖層進行弱化，不僅降低了松動爆破給采面正?；夭蓭淼挠绊懚铱商岣吡瞬擅娴耐七M效率。

1 工程概況

31102 綜采工作面回采11#煤層，煤厚3.12 m、埋深650m、傾角3°。11#煤層頂?shù)装鍘r性見表1 所示。31102 綜采工作面設計推進距離2980m、采面傾斜寬度300 m，割煤采用MGTY-710/1.1D 采煤機，采面斜長208 m，布置有112 臺型號ZY6400/21/35 液壓支架，8 臺ZY6400/17/38 端頭支架（機頭、機尾各4 架），采面內(nèi)刮板輸送機型號為SGZ-800/800，破碎機型號為PCM-100。

表1 頂?shù)装鍘r性

根據(jù)回采巷道掘進揭露巖層情況以及已有物探資料顯示，31102 綜采工作面回采推進至1 260 m時會揭露DF19 斷層[（H=6.5 m～11 m，走向26°～40°）（傾向∠25°～32°）]。受斷層影響，上下兩盤煤層不連續(xù)，斷層帶為砂質(zhì)泥巖及細粒砂巖。采面為礦井現(xiàn)階段唯一采煤工作面，生產(chǎn)任務繁重，為實現(xiàn)采面快速通過DF19 斷層，提出采用預掘巷道并在巷道內(nèi)向斷層帶進行松動爆破，以達到提高采煤機破巖效率目的。

2 工作面推進過斷層技術(shù)方案

2.1 預掘巷道

根據(jù)31102 綜采工作面與DF19 斷層位置關(guān)系，提出從采面運輸巷內(nèi)沿著斷層在采面內(nèi)展布情況掘進巷道，并在巷道內(nèi)施工爆破孔對斷層帶內(nèi)巖層進行弱化，從而實現(xiàn)采面推進與斷層內(nèi)巖層弱化的同步開展。巷道11#煤層底板并按280°方位角掘進，具體掘進長度為368 m，施工位置見圖1 所示。

圖1 預掘巷道位置

2.2 過斷層技術(shù)方案

為確保采面綜采設備穩(wěn)定，提高煤炭資源回收率并降低過斷層期間割巖量，提出在距離斷層一定距離時按照-7°俯角破底板推進過斷層。在采面與DF19 斷層相距55.84 m 時即開始破底掘進，具體采面過斷層技術(shù)方案見圖2 所示，通過在預掘巷道內(nèi)向掘進區(qū)域施工爆破鉆孔進行爆破弱化。

圖2 采面過DF19 斷層示意圖

2.3 預掘巷道內(nèi)爆破鉆孔施工

在預掘巷道向斷層帶內(nèi)施工爆破鉆孔對巖層進行弱化，布置的爆破鉆孔孔深為40.16 m，爆破鉆孔孔徑93 mm，由于爆破孔較長、裝藥量較大，對鉆孔封孔質(zhì)量有較高要求。具體爆破鉆孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)見圖3 所示，鉆孔內(nèi)藥卷間預留有0.8 m 空氣柱。將封孔長度設計為10 m～15 m，封孔材料選擇水炮泥、黃泥。

圖3 鉆孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)

由于松動爆破鉆孔孔深較大，采用分段裝藥方式時母線分股量以及雷管數(shù)量較多，從而導致爆破鉆孔可靠性低，部分炸藥出引爆，從而給煤炭回采安全帶來一定威脅。為此，根據(jù)礦井實際情況，提出在鉆孔內(nèi)并聯(lián)采用2 發(fā)雷管引爆。在預掘巷道內(nèi)松動爆破鉆孔采用集中施工、集中爆破方式施工，為減少爆破弱化給采面生產(chǎn)的影響，爆破集中在檢修班、鉆孔鉆進則集中在生產(chǎn)班。為提高爆破施工安全性，結(jié)合鉆孔正向裝藥結(jié)構(gòu)特點，炸藥起爆方式為導爆索全長起爆。

鉆孔單孔裝藥量可通過公式（1）計算。

式中：Q 裝藥量，kg；q 炸藥消耗量，0.28 kg/m3～0.35 kg/m3；V 弱化巖石體積，m3。根據(jù)井下實際情況，得到單孔裝藥量約為50 kg～70 kg。炸藥類型為Φ27 mm×300 mm 煤礦許用三級乳化炸藥、單節(jié)質(zhì)量300 g。具體施工參數(shù)見表2 所示。

表2 深孔松動爆破參數(shù)

3 效果考察

采面推進過斷層破巖效率以及巖層內(nèi)裂隙擴展情況是表征預裂爆破效果的主要指標。具體采面推進至松動爆破區(qū)域時迎頭巖體情況見圖4 所示。從圖4 中看出，在深孔松動爆破影響下，巖體類發(fā)育有縱橫交錯的裂隙，鄰近爆破孔間裂隙貫通。

圖4 巖層弱化情況

采面過斷層期間推進速度達到3.2 m/d，采煤機截割齒磨損也顯著降低，預計采面耗時25 d 即可回采推進過斷層，采用的預掘巷道松動爆破技術(shù)可為采面安全快速過大斷面斷層創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)論

1）31102 綜采工作面預計回采至1 260 m 時會揭露DF19 斷層，在斷層影響下煤層連續(xù)性遭到破壞，從而給煤炭回采帶來制約。為此，為降低斷層給采面回采影響，提出采用預掘巷道并在巷道內(nèi)施工松動爆破鉆孔對斷層帶內(nèi)巖體進行弱化，從而降低對采面回采影響。

2）依據(jù)采面與斷層位置關(guān)系以及綜采設備性能，決定在與斷層相距55.84 m 時即以7°俯角破底推進，采面在推進至松動爆破影響范圍內(nèi)時采煤機破巖效率以及磨損程度等均明顯降低，采面可保持3.2 m/d 推進速度，從而為安全高效過大斷面斷層創(chuàng)造良好條件。