預(yù)掘巷道松動(dòng)爆破技術(shù)在采煤工作面過斷層中的應(yīng)用研究

杜興耀

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

斷層是煤礦井下煤炭開過程中常見地質(zhì)構(gòu)造類型，當(dāng)采面回采揭露的斷層落差較小時(shí)，一般使用平推硬過方法過斷層，當(dāng)斷層落差較大多采用重新開切眼布置采面方式推進(jìn)[1-3]。采用平推硬過法過斷層雖然可實(shí)現(xiàn)采面連續(xù)生產(chǎn)，但當(dāng)斷層帶內(nèi)為堅(jiān)硬的巖層時(shí)，采面直接過斷層存在采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等綜采設(shè)備磨耗嚴(yán)重等問題[4-5]。采用合適技術(shù)方法降低斷層帶內(nèi)巖層強(qiáng)度可提高采煤機(jī)割巖效率，從而提升采面過斷層速度[6]。山西某礦3506 綜采工作面回采過程中揭露DF19 斷層，提出采用預(yù)掘巷道松動(dòng)爆破技術(shù)輔助過斷層，實(shí)現(xiàn)了采面高效、安全過斷層，現(xiàn)場(chǎng)取得較好應(yīng)用成果。

1 工程概況

3506 綜采工作面設(shè)計(jì)斜長(zhǎng)、走向長(zhǎng)分別達(dá)到300m、3 215 m，是現(xiàn)階段礦井主力生產(chǎn)采面。采面開采的5號(hào)煤層厚度均值為5.05 m，傾角5°，埋深430 m。煤層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，中間有1～2 層厚度在0.2～0.5 m 泥巖、炭質(zhì)泥巖矸石。采面采用大采高綜采方式，具體5號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1 所示。

表1 頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)

根據(jù)已經(jīng)探測(cè)資料以及3506 綜采工作面回采巷道掘進(jìn)揭露現(xiàn)實(shí)，3506 綜采工作面在回采期間會(huì)揭露DF19 斷層（H 為6.5～11 m，26°～40°∠25°～32°），斷層與采面斜角。預(yù)計(jì)采面在回采推進(jìn)至630 m 時(shí)揭露DF19 斷層。受到斷層影響，采面在過斷層期間采煤機(jī)需要直接截割基本細(xì)粒砂巖以及砂質(zhì)泥巖，從而在一定程度上制約采面推進(jìn)效率。為實(shí)現(xiàn)采面高效回采，提出采用預(yù)掘巷道松動(dòng)爆破斷層帶巖層方式過斷層，具體在預(yù)掘巷道內(nèi)施工松動(dòng)爆破孔，提前對(duì)斷層帶內(nèi)堅(jiān)硬的巖層進(jìn)行爆破，不僅可降低采面過斷層難度而且松動(dòng)爆破不會(huì)給采面正常生產(chǎn)帶來影響。在采面運(yùn)輸順槽內(nèi)沿著斷層上盤煤層底板掘進(jìn)，巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為360 m，采用綜掘機(jī)掘進(jìn)、錨網(wǎng)索支護(hù)圍巖。具體預(yù)掘回撤通道布置見圖1 所示。

圖1 預(yù)掘巷道施工位置

2 采面過斷層技術(shù)方案

2.1 過斷層技術(shù)方案

為了提高采面煤炭資源回收率、降低采煤機(jī)割巖量并確保液壓支架在過斷層期間安全，采面過斷層時(shí)最大角度應(yīng)控制在7°以內(nèi)。具體設(shè)計(jì)的過斷層技術(shù)方案：在采面與斷層間距48～55 m 開始以7°俯角破底推進(jìn)，當(dāng)采面推進(jìn)過上盤后即可與預(yù)先掘進(jìn)的巷道相交，具體見圖2 所示。在斷層下盤預(yù)掘巷道內(nèi)施工松動(dòng)爆破鉆孔對(duì)斷層帶內(nèi)堅(jiān)硬巖層進(jìn)行弱化。

圖2 采面過斷層示意圖（m）

2.2 預(yù)掘巷道內(nèi)松動(dòng)爆破

在預(yù)掘巷道巷幫中部施工松動(dòng)爆破孔，松動(dòng)爆破孔孔深均為45 m，傾角均按照7°布置，松動(dòng)爆破孔間距均為5.0 m。為了提高松動(dòng)爆破效果，爆破孔內(nèi)采用分段裝藥方式，單段裝藥長(zhǎng)度為10 m、藥卷間預(yù)留0.8 m 空氣柱；松動(dòng)爆破孔封孔長(zhǎng)度為16 m，其中在距離孔口10 m 為封孔段，在封孔段與裝藥段間充填6 m長(zhǎng)水炮泥、水炮泥卷規(guī)格均為65 mm×250 mm。具體松動(dòng)爆破孔封孔以及裝藥結(jié)構(gòu)見圖3 所示。

圖3 動(dòng)爆破孔封孔以及裝藥結(jié)構(gòu)圖（m）

由于松動(dòng)爆破孔較深，鉆孔內(nèi)轉(zhuǎn)入的炸藥量較大，為提高松動(dòng)爆破孔起爆安全性提出用2 發(fā)雷管并聯(lián)布置在藥卷內(nèi)，并使用母線并聯(lián)起爆。

松動(dòng)爆破鉆孔單孔裝藥量可用下述公式計(jì)算：

Q=qV.

式中：Q 為單孔裝藥量，kg；q 為單位體積炸藥消耗量，取值0.28～0.35kg/m3；V 為松動(dòng)爆破巖層體積，m3。

松動(dòng)爆破鉆孔內(nèi)裝入煤礦許用三級(jí)乳化炸藥，藥卷規(guī)格均為Φ35 mm×300 mm，單卷藥卷質(zhì)量為300 g?，F(xiàn)場(chǎng)施工的松動(dòng)爆破孔孔徑均為75 mm，將兩藥卷綁扎到一起安裝可提高堅(jiān)硬巖層弱化效果。根據(jù)松動(dòng)爆破孔深度以及公式（1）計(jì)算得到的預(yù)掘巷道內(nèi)布置的爆破孔參數(shù)見表2 所示。

表2 爆破預(yù)裂裝藥參數(shù)

3 預(yù)掘巷道松動(dòng)爆破過斷層效果考察

松動(dòng)爆破效果最為直觀的表現(xiàn)即可采面過斷層期間巖層裂隙擴(kuò)展情況，具體采面在回采推進(jìn)至松動(dòng)爆破范圍時(shí)巖層爆破弱化情況見圖4 所示。從圖中看出爆破孔間產(chǎn)生有貫通的裂隙，巖層的穩(wěn)定性以及連續(xù)性均得以明顯降低；在松動(dòng)爆破孔周邊1.5 m 范圍內(nèi)巖層均較為破碎。通過在預(yù)掘巷道內(nèi)進(jìn)行松動(dòng)爆破可對(duì)斷層帶內(nèi)巖層進(jìn)行弱化，提高采煤機(jī)破巖效率。

圖4 斷層帶巖層松動(dòng)爆破效果圖

采煤機(jī)在松動(dòng)爆破弱化范圍內(nèi)掘進(jìn)時(shí)可保持4.8 m/d 推進(jìn)速度，預(yù)計(jì)采面耗時(shí)15 d 即可推進(jìn)過D19 斷層，同時(shí)采煤機(jī)截割齒磨耗較松動(dòng)爆破前降低30%以上，預(yù)計(jì)可減少截割齒更換費(fèi)用約3.5 萬元。

4 結(jié)論

1）為提高采面煤炭開采效率以及煤炭資源綜合回收率，提出采用平推硬過法過D19 斷層，依據(jù)斷層、采面位置關(guān)系對(duì)采面過斷層技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體為：在采面與斷層間距48～55 m 開始以7°俯角破底推進(jìn)，當(dāng)采面推進(jìn)至斷層下盤時(shí)即可與揭露預(yù)掘巷道。

2）為提高采面推進(jìn)速度并降低采煤機(jī)等綜采設(shè)備磨耗，在預(yù)掘巷道內(nèi)布置松動(dòng)爆破鉆孔對(duì)斷層帶內(nèi)堅(jiān)硬巖層進(jìn)行弱化，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)松動(dòng)爆破鉆孔布置方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，鄰近的松動(dòng)爆破孔間發(fā)育有貫通的裂隙，同時(shí)松動(dòng)爆破孔周邊1.5 m 范圍內(nèi)巖體均破碎，可為采煤機(jī)破巖創(chuàng)造良好條件。采面在巖層中推進(jìn)時(shí)可保持4.8 m/d 推進(jìn)速度，預(yù)計(jì)耗時(shí)15 d 即可回采推進(jìn)過斷層。