預掘巷道松動爆破技術在采煤工作面過斷層中的應用研究

杜興耀

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責任公司， 山西 孝義 032300）

斷層是煤礦井下煤炭開過程中常見地質構造類型，當采面回采揭露的斷層落差較小時，一般使用平推硬過方法過斷層，當斷層落差較大多采用重新開切眼布置采面方式推進[1-3]。采用平推硬過法過斷層雖然可實現(xiàn)采面連續(xù)生產(chǎn)，但當斷層帶內(nèi)為堅硬的巖層時，采面直接過斷層存在采煤機、刮板輸送機等綜采設備磨耗嚴重等問題[4-5]。采用合適技術方法降低斷層帶內(nèi)巖層強度可提高采煤機割巖效率，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，提出采用預掘巷道松動爆破技術輔助過斷層，實現(xiàn)了采面高效、安全過斷層，現(xiàn)場取得較好應用成果。

1 工程概況

3506 綜采工作面設計斜長、走向長分別達到300m、3 215 m，是現(xiàn)階段礦井主力生產(chǎn)采面。采面開采的5號煤層厚度均值為5.05 m，傾角5°，埋深430 m。煤層結構較為簡單，中間有1～2 層厚度在0.2～0.5 m 泥巖、炭質泥巖矸石。采面采用大采高綜采方式，具體5號煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1 所示。

表1 頂?shù)装鍘r層結構

根據(jù)已經(jīng)探測資料以及3506 綜采工作面回采巷道掘進揭露現(xiàn)實，3506 綜采工作面在回采期間會揭露DF19 斷層（H 為6.5～11 m，26°～40°∠25°～32°），斷層與采面斜角。預計采面在回采推進至630 m 時揭露DF19 斷層。受到斷層影響，采面在過斷層期間采煤機需要直接截割基本細粒砂巖以及砂質泥巖，從而在一定程度上制約采面推進效率。為實現(xiàn)采面高效回采，提出采用預掘巷道松動爆破斷層帶巖層方式過斷層，具體在預掘巷道內(nèi)施工松動爆破孔，提前對斷層帶內(nèi)堅硬的巖層進行爆破，不僅可降低采面過斷層難度而且松動爆破不會給采面正常生產(chǎn)帶來影響。在采面運輸順槽內(nèi)沿著斷層上盤煤層底板掘進，巷道掘進長度設計為360 m，采用綜掘機掘進、錨網(wǎng)索支護圍巖。具體預掘回撤通道布置見圖1 所示。

圖1 預掘巷道施工位置

2 采面過斷層技術方案

2.1 過斷層技術方案

為了提高采面煤炭資源回收率、降低采煤機割巖量并確保液壓支架在過斷層期間安全，采面過斷層時最大角度應控制在7°以內(nèi)。具體設計的過斷層技術方案：在采面與斷層間距48～55 m 開始以7°俯角破底推進，當采面推進過上盤后即可與預先掘進的巷道相交，具體見圖2 所示。在斷層下盤預掘巷道內(nèi)施工松動爆破鉆孔對斷層帶內(nèi)堅硬巖層進行弱化。

圖2 采面過斷層示意圖（m）

2.2 預掘巷道內(nèi)松動爆破

在預掘巷道巷幫中部施工松動爆破孔，松動爆破孔孔深均為45 m，傾角均按照7°布置，松動爆破孔間距均為5.0 m。為了提高松動爆破效果，爆破孔內(nèi)采用分段裝藥方式，單段裝藥長度為10 m、藥卷間預留0.8 m 空氣柱；松動爆破孔封孔長度為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長水炮泥、水炮泥卷規(guī)格均為65 mm×250 mm。具體松動爆破孔封孔以及裝藥結構見圖3 所示。

圖3 動爆破孔封孔以及裝藥結構圖（m）

由于松動爆破孔較深，鉆孔內(nèi)轉入的炸藥量較大，為提高松動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。

松動爆破鉆孔單孔裝藥量可用下述公式計算：

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 為松動爆破巖層體積，m3。

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

表2 爆破預裂裝藥參數(shù)

3 預掘巷道松動爆破過斷層效果考察

松動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展情況，具體采面在回采推進至松動爆破范圍時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；在松動爆破孔周邊1.5 m 范圍內(nèi)巖層均較為破碎。通過在預掘巷道內(nèi)進行松動爆破可對斷層帶內(nèi)巖層進行弱化，提高采煤機破巖效率。

圖4 斷層帶巖層松動爆破效果圖

采煤機在松動爆破弱化范圍內(nèi)掘進時可保持4.8 m/d 推進速度，預計采面耗時15 d 即可推進過D19 斷層，同時采煤機截割齒磨耗較松動爆破前降低30%以上，預計可減少截割齒更換費用約3.5 萬元。

4 結論

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、采面位置關系對采面過斷層技術方案進行設計，具體為：在采面與斷層間距48～55 m 開始以7°俯角破底推進，當采面推進至斷層下盤時即可與揭露預掘巷道。

2）為提高采面推進速度并降低采煤機等綜采設備磨耗，在預掘巷道內(nèi)布置松動爆破鉆孔對斷層帶內(nèi)堅硬巖層進行弱化，依據(jù)現(xiàn)場情況對松動爆破鉆孔布置方案進行設計。

3）現(xiàn)場應用后，鄰近的松動爆破孔間發(fā)育有貫通的裂隙，同時松動爆破孔周邊1.5 m 范圍內(nèi)巖體均破碎，可為采煤機破巖創(chuàng)造良好條件。采面在巖層中推進時可保持4.8 m/d 推進速度，預計耗時15 d 即可回采推進過斷層。