松動爆破在采面過斷層輔助破巖中的應用

張和平

【摘 要】 為解決煤礦采煤工作面過斷層時巖層堅硬、采煤機難以切割的問題，文章提出采用松動爆破方式輔助破巖，并采用工程類比以及理論分析方法確定爆破破巖技術方案，最終成功通過了斷層。研究結果表明：1.根據現場條件確定爆破孔采用正向裝藥方式、一次爆破深度2400mm、爆破孔間距均為800mm、單孔裝藥量為0.9kg;2.現場應用后，爆破孔周邊0.5m范圍內巖體破碎、鄰近爆破孔間產生有10～16mm寬的貫通裂縫，有效降低了巖層強度;3.采煤機在過斷層期間可保持4.0m/min牽引速度、采煤機刀具磨耗降低約45%，采面過斷層耗時較松動爆破前降低約30%，表示提出的松動爆破破巖方案效率高、針對性強。研究成果為其他礦井綜采工作面過斷層提供了經驗借鑒。

【關鍵詞】 綜采工作面;松動爆破;堅硬巖層;采煤機;斷層

【中圖分類號】 TD353 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2096-4102（2021）01-0006-02

隨著煤礦開采強度的增加，煤炭回采過程中遇斷層等地質構造更為普遍，不僅制約煤炭的有序、高效回采，而且有一定安全隱患。針對綜采工作面過斷層問題，諸多的研究學者提出“挑頂臥底”“調整采高”“搬家倒面”等過斷層技術，為采面平穩過斷層提供了一定指導。當斷層落差較小時，采用平推硬過方式（即采煤機直接截割斷層帶巖層）可降低斷層對煤炭回采影響，但是當斷層帶內巖層堅硬、塊體較大時也存在采煤機刀具磨損嚴重問題。爆破輔助破巖是煤礦井下常用方式，通過松動爆破降低巖體強度及穩定性，可顯著提高采煤機破巖能力，但當爆破參數選定不合理時產生的強大沖擊波會給采面頂板、綜采設備帶來影響，因此，根據采面地質情況設計合理的爆破參數是爆破輔助破巖中需要解決的問題。文中以8506綜采工作面過斷層為工程背景，結合采面生產地質條件，通過制定合理的松動爆破方案實現了采面安全、快速通過斷層，取得顯著應用成果。

1工程概況

8506綜采工采面走向長度560m、寬度246m，開采8號煤層，埋深約420m、厚度約4.5m、傾角8°，煤層賦存穩定。采面回采范圍內地質構造發育，對采面回采有影響的斷層主要DF05（H=0.6～1.3m，161°∠55°）、DF07（H=0.9～1.7m，113°∠72°）、DF12（H=0.5～1.8m，74°∠62°）、DF13（H=0.6～3.5m，156°∠49°）等，具體斷層分布情況見圖1。

8號煤層頂底板巖層均為堅硬的砂巖以及石灰巖，具體8號煤層頂底板巖性見表1。

2松動爆破技術

根據8506綜采工采面內斷層分布情況以及對回采影響，采用深度松動爆破方式弱化堅硬巖層，具體爆破參數按下述要求確定：

炸藥以及雷管。在斷層影響下采煤機需要截割堅硬的砂巖，為了降低采煤機過斷層期間磨損并提高過斷層效率，依據礦井現有的炸藥類型，決定選用爆破能力強、安全性好的煤礦許用III級乳化炸藥，雷管選擇采用毫秒延時電雷管。

爆破孔孔徑。該礦井下爆破孔均采用YT-170風鉆鉆進，采用的鉆桿均為φ32mm六角中空鉆桿、鉆頭為φ40mm梅花鉆頭，因此，爆破孔孔徑均設計為42mm。

爆破孔間距。炮眼間距會直接影響松動爆破效果，炮眼間距確定與爆破所在區域內巖層巖性、炸藥性質以及爆破孔孔徑等參數密切相關。根據前蘇聯學者研究成果，松動爆破時采用的爆破孔間距可依據下述經驗公式確定：

以8506綜采工采面過DF13斷層為例，該斷層為正斷層，在斷層影響下采煤機需要截割部分堅硬的粉砂巖，為了提升松動爆破效果，依據選用炸藥以及松動爆破所在區域內巖層巖性以及爆破孔參數，最終確定爆破孔水平、垂向間距均為800mm。

爆破孔深度。爆破深度會影響爆破松動范圍，根據8506綜采工采面開采范圍內斷層分布特征以及巖層巖性，為了降低松動爆破次數，將爆破孔深度設計為2400mm。

爆破孔裝藥量。根據已經爆破經驗，爆破孔炸藥消耗量取值暫定為q=0.6kg/m3，單個爆破孔裝藥量可通過下式計算：

Q=abqL（2）

其中：a——爆破孔間距（m）;b——爆破孔排距（m）;L——爆破孔深度（m）。

具體計算得到Q=0.8×0.8×0.6×2.4=0.923kg。根據選用乳化炸藥規格，確定每個爆破孔內裝入三段乳化炸藥，裝藥量為0.9kg。

裝藥方式。根據已經有的研究結果，乳化炸藥選用正向裝藥方式時，裝藥爆破后產生的能量從孔口向孔底方向釋放，孔口位置巖體受到炸藥沖擊波影響較小，可避免爆破孔出現“沖炮”事故，從而降低松動爆破對采面頂板穩定性巖層以及回采設備影響。具體裝藥結構見圖2。

為了確保爆破效果，當斷層落差大于2700mm時爆破孔采用“五花眼”布置形式，斷層落差在1600mm～2700mm時采用“三花眼”布置形式，落差在1600mm以內則采用單排孔布置形式。具體爆破孔布置參數見表2、炮眼布置形式見圖3。

3效果分析

根據采煤內斷層情況，采取制定的松動爆破技術參數后，取得顯著的松動破巖效果。

按照設定的爆破參數爆破后，鄰近爆破孔間產生縱向貫通裂縫，裂縫寬度介于10～16mm，同時在爆破孔周邊0.5m范圍內巖體破碎、在0.5m～0.8m間距范圍內裂隙較為發育，可顯著降低采煤機割巖量。

采面對斷層帶內堅硬巖體采用松動爆破后，在爆破孔孔口位置未出現明顯的拋石現象，松動爆破不會給附近的刮板輸送機、液壓支架等設備產生影響。

文章提出的爆破方案炮眼利用率超過90%，顯著降低了堅硬砂巖強度，避免采煤機直接截割堅硬巖層帶來刀具磨耗嚴重問題。松動爆破后采煤機過斷層刀具磨損量較直接硬割斷層刀具磨損量降低45%，采煤機割巖層牽引速度與割煤牽引速度基本一致，過斷層耗時可縮短約30%。

4結論

8506綜采工采面內發育有眾多落差在3.5m以內的正斷層，斷層未將煤層完全錯開，由于斷層發育且煤層頂底板巖層均為堅硬的砂巖，給綜采工作面正?；夭蓭盹@著影響。根據采面回采條件以及斷層發育情況，提出采用平推硬過法過斷層，為提升采煤機破巖能力，采用松動爆破方式降低巖層強度。

采用工程類比以及理論分析具體確定了松動爆破孔布置參數。采面采用提出的松動爆破參數后，頂板巖層未受松動爆破影響可保持穩定，同時有效降低了斷層帶巖層強度，提高了采煤機破巖能力以及破巖效率。

現場應用后，采煤機破巖時牽引速度保持在4.0m/min，同時刀具磨耗量較松動爆破前降低約45%，過斷層耗時可縮短約30%。松動爆破可實現采面安全、快速過斷層帶，為斷層發育綜采工作面高效工作創造良好條件。

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