松動爆破技術(shù)在8103綜放面過斷層中的應用

趙文平

（大同煤礦集團恒寶源煤業(yè)有限公司，山西 朔州 036000）

綜采放頂煤是厚煤層開采時最為常用開采方法，隨采深增加，煤炭開采時受地質(zhì)構(gòu)造影響顯著［1］。由于斷層落差、與采面位置關(guān)系等存在差異，造成采面過斷層技術(shù)方法各不相同。具體有挑頂起底、調(diào)整采高以及搬家跳采等［2-3］。當斷層落差大于采面煤厚且斷層結(jié)構(gòu)較為復雜時一般采用搬家跳采來降低斷層對煤炭開采影響；當斷層落差小于采面煤厚時一般采用挑頂強過方法，但是若挑頂區(qū)域內(nèi)巖層硬度較硬時，為了提高采面推進速度、降低采煤機磨耗、提高煤炭回采率等，一般通過松動爆破來輔助過斷層［4-6］。

本文根據(jù)同煤恒寶源煤礦9#層8103 回采工作面巖性特征以及煤層賦存地質(zhì)條件，依據(jù)松動破巖機理，合理確定爆破參數(shù)，并進行現(xiàn)場應用，實現(xiàn)了采面順利、安全、快速通過斷層，取得顯著應用成果。

1 工程概況

8103 工作面開采9#煤層，南部為8101 工作面采空區(qū)，北部、西部均為實體煤層；8103 采面膠帶運輸順槽長600 m、回風順槽長650，切眼斜長150 m。9#層厚度5.8～17.8 m，平均11.8 m，煤層結(jié)構(gòu)簡單-復雜（含矸0～4 層），頂?shù)装鍘r性巖性見表1。

表1 9#層頂?shù)装鍘r性

根據(jù)地測資料，采面內(nèi)發(fā)育落差0.5～2.0 m斷層20 余條，部分斷層參數(shù)見表2。

表2 采面內(nèi)部分斷層參數(shù)

構(gòu)造名稱 走向傾角性質(zhì)落差對回采的影響程度9#2103F8斷層164°∠70°～50°正H=1.3 m 有一定影響9#2103F9斷層20°∠70°～50°正H=1.6 m 有一定影響9#5103F4斷層164°∠70°～50°正H=1.5 m 有一定影響9#2103F1斷層126°∠70°～50°正H=1.2 m 有一定影響9#2103F2斷層55°∠70°～50°正H=1.3 m 有一定影響

2 松動爆破參數(shù)設計

由于8103 工作面內(nèi)斷層發(fā)育且多為落差不大的小斷層，但是斷層內(nèi)巖層硬度較大，為提高破巖效率采用松動爆破方式輔助采煤機破巖。由于采面內(nèi)斷層數(shù)量多，本文以采面過9#2103F9斷層為例，對松動爆破參數(shù)進行設計，從而為采面過其他斷層松動爆破參數(shù)設計提供參考。

2.1 爆破孔間距

爆破孔間距直接影響破巖效果，根據(jù)前蘇聯(lián)相關(guān)學者研究成果松動爆破孔間距E可采用下述公式計算［7］，：

式中：b為側(cè)向壓力系數(shù)；P2表示爆破孔內(nèi)靜壓壓力，MPa；St為巖層抗拉強度（10 MPa）；a為爆炸壓力波衰減系數(shù)；r為爆破孔直徑，m。爆破孔參數(shù)根據(jù)工程類比法［8］確定，具體b=2、P2=9.2 MPa、St=10 MPa、a=1.75、r=0.04 m，代入上述參數(shù)到公式（1）計算得到E=0.842 m。

以采面過9#2103F9斷層為例，由于斷層影響采面部分區(qū)域為砂巖、砂質(zhì)泥巖，巖性堅硬，松動爆破采用三級煤礦許用炸藥，為了提升松動爆破效果，將爆破孔水平、垂向間距均設計為0.8 m。

2.2 爆破孔深

爆破孔深會直接影響破巖效果，為確保破巖效果最終確定爆破孔深度h為0.8 m。

2.3 裝藥量

爆破孔孔徑為40 mm、深度為0.8 m，9#2103F9斷層帶巖層硬度系數(shù)f值介于3～4，具體爆破孔內(nèi)的炸藥量Q可采用下述公式計算：

式中：q1為單位體積巖體炸藥消耗量（取值根據(jù)現(xiàn)場爆破經(jīng)驗確定，具體為0.6 kg/m3；V為破巖體積，可通過下述公式計算：V=π·h（E/2）2，代入相關(guān)參數(shù)，求得V=0.40（m3）。

Q=0.6×0.4=0.24（kg）=240（g）。根據(jù)礦井使用的炸藥參數(shù)，最終確定每個爆破孔內(nèi)裝入一節(jié)炸藥，即裝入的炸藥量Q為300 g，采用1 根電雷管引爆。

2.4 裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)有研究成果，裝藥結(jié)構(gòu)為正向時，炸藥爆破后產(chǎn)生的能量由孔口向孔底方向釋放，孔口受到爆炸影響小，可以降低爆破對采面綜采設備影響。因此，爆破孔裝藥結(jié)構(gòu)為正向裝藥。

為了確保爆破效果，當爆破巖層厚度在1.5 m以內(nèi)時采用單排眼方式，厚度在1.5 m以上時采用三花眼方式。具體在回采工作面內(nèi)遇斷層時布置的爆破鉆孔參數(shù)見表2，爆破孔布置形式見圖1。

表2 爆破參數(shù)

圖1 爆破孔布置形式

3 松動爆破效果

通過根據(jù)采面、斷層實際情況，制定合理的爆破參數(shù)，取得顯著效果。

1）松動爆破后鄰近的爆破孔間有貫通裂縫，寬度在12～16 mm，在爆破孔周邊0.5 m范圍內(nèi)巖體破碎、在0.5～0.8 m范圍內(nèi)裂隙發(fā)育。

2）松動爆破后采煤機截割滾筒磨耗要較松動爆破前降低40%左右，采煤機割巖推進速度與截割煤時基本一致，可縮短過斷層時間約30%左右。

3）在松動爆破過程中未出現(xiàn)明顯的飛石拋擲現(xiàn)象，具體爆破后的現(xiàn)場情況見圖2，采用設計的松動爆破參數(shù)不會給刮板機、液壓支架等帶來影響。同時爆破后產(chǎn)生的震動小，不會影響采面頂板煤層穩(wěn)定。

圖2 現(xiàn)場爆破效果

4 結(jié)語

1）8103 綜放工作面內(nèi)斷層落差不大但是斷層數(shù)量多，斷層對采面正常生產(chǎn)有顯著的影響，根據(jù)8103 綜放工作面生產(chǎn)條件以及采面內(nèi)斷層發(fā)育情況，采用理論分析確定爆破孔間距、孔深均為0.8 m，單孔裝藥量為300 g，采用正向裝藥方式。

2）松動爆破后采煤機滾筒磨耗較未松動爆破時降低約40%，采煤機破巖速速與割煤速度基本一致，縮短采面過斷層時間約30%左右。

3）用松動爆破輔助過斷層可確保采面正常生產(chǎn)，通過采煤機直接截割破碎巖層，避免采用挑頂帶來的采面煤炭回采率降低問題，提升煤炭資源回收率，在一定程度上增加煤炭產(chǎn)量。