綜采工作面過斷層超前弱化技術研究

程如春

（西山煤電斜溝礦，山西 興縣 035300）

引言

斷層上下盤錯斷會導致煤層及頂板連續性遭到破壞，當斷層落差較小時一般不會給煤炭開采帶來較大影響；當斷層落差較大則導致底板或者頂板巖層侵入到煤層內，給采面生產帶來顯著制約[1-3]。若入侵到采煤內巖體松軟、強度較低時，則可通過采煤機直接截割破巖方式過斷層；若巖體堅硬較大時，采煤機破巖則存在磨損嚴重、破巖效果差等問題，此時可通過采取弱化措施對堅硬巖層進行處理[4-5]。煤礦井下常用的弱化措施包括有水力壓裂、深孔爆破及CO2致裂等措施，其中深孔爆破具備有便于操作、成本低等優點，可在回采巷道內或者措施巷內向斷層施工爆破鉆孔，提前對斷層內堅硬巖體進行弱化，提高采面過斷層效率[6-8]。山西某礦31205 綜采工作面回采范圍內存在有DF19 斷層，斷層落差較大且巖體堅硬，為此提出采用預掘巷道措施對斷層進行弱化，提前為采面過斷層創造良好條件。本文對現場采取的措施進行分析，以期為其他礦井回采工作面過斷層工作開展提供參考。

1 31205 綜采工作面概況

31205 綜采工作面位于2 采區，回采的3-1 煤厚度4.1 m，埋深320 m，傾角5°，開采范圍內煤層結構簡單。31205 工作面走向長3 580 m、傾向長280 m，3-1 煤頂底板以砂質泥巖、細砂巖為主，具體巖性如表1 所示。

表1 頂底板巖層結構

31205 回采工作面開采范圍內有DF19 斷層，該斷層斜穿工作面，預計影響采面推進長度約58 m。為提高采面過斷層效率，提出在斷層一側施工措施巷，對斷層內堅硬巖體進行弱化。

2 斷層超前治理技術

2.1 措施巷掘進

在31205 運輸巷內沿著DF19 斷層上盤在采面內分布位置施工措施巷，在措施巷內向采面推進方向施工爆破弱化鉆孔。具體措施巷布置位置如圖1 所示。措施巷用綜掘方式，沿著3-1 煤底板掘進，施工方位角為300°。

圖1 預掘巷道施工位置

2.2 過斷層技術

根據31205 回采工作面內DF19 斷層分布情況，并考慮采面綜采設備性能，確定最大開采傾角控制在7°以內。具體提出過斷層技術措施方案為：在DF19斷層交面線位置按照-7°俯角推進，回采過斷層；在距離斷層交線一定距離時按照-7°俯角推進并在斷層上盤與預先掘進的措施巷相交，具體如圖2 所示。

圖2 采面過斷層示意圖

具體兩種過斷層技術方案對比情況如下頁表2所示。

表2 方案優缺點對比

通過綜合比對分析，決定采用在距離斷層交線一定距離時按照-7°俯角推進并在斷層上盤與預先掘進的措施巷相交技術措施過斷層。為提高采面回采效率，需要在措施巷內施工深孔預裂爆破鉆孔對堅硬巖層進行弱化。在措施孔內施工的爆破鉆孔沿著采面底板細粒砂巖中施工，煤層直接底為砂質泥巖，強度較低，不需要采用爆破弱化；爆破孔深度控制在45 m～60 m，由于鉆孔在細粒砂巖內施工，鉆孔成孔效果相對較好。

2.3 措施巷內爆破鉆孔施工工藝

2.3.1 裝藥方式

施工的爆破鉆孔采用間隔裝藥方式，鉆孔封孔長度控制在10 m～15 m，具體裝藥結構如圖3 所示。將爆破使用的炸藥裝入到孔底內，藥卷裝入長度控制在10 m，并在鄰近藥卷間留設0.8 m空氣柱；藥卷與孔口封堵段間采用6 m水泡泥充填。孔口封堵段采用規格為65 mm×250 mm 的封孔材料封堵。

圖3 鉆孔內裝藥結構示意圖（單位：m）

2.3.2 鉆孔裝藥量

爆破弱化鉆孔單孔裝藥量可通過下述公式計算：

式中：Q 為藥卷使用量，kg；q 為炸藥消耗量，取0.28 kg/m3～0.35 kg/m3；V 為預裂弱化巖體體積，m3。

根據現場施工條件，計算得到不同鉆孔深度時藥卷使用量如表3 所示。施工的鉆孔孔徑均為75 mm，藥卷類型為煤礦許用二級乳化炸藥。

表3 爆破預裂裝藥參數

2.4 效果考察

在措施巷內間隔10 m 布置一個松動爆破鉆孔，在采面回采前即完成底板砂巖弱化工作。采煤機破巖情況是衡量斷層影響范圍內砂巖弱化效果的直觀反映。具體采面推進至超前松動爆破弱化區時圍巖情況如圖4 所示。從現場情況得知，鄰近的松動爆破鉆孔間均出現貫通的裂隙，砂巖巖層強度明顯降低。采煤機在截割砂巖層期間，破巖效率得以有效提升，采面推進速度可達到3.2 m/d，預計耗時20 d 即可通過DF19 斷層。通過提前對底板細粒砂巖進行弱化，提高了采面過斷層速度，為后續煤炭回采贏取時間。

圖4 巖層弱化情況

3 結論

1）31205 綜采工作面回采范圍內分布有DF19 斷層，斷層落差為6.5 m～11 m，斷層錯斷導致開采的3-1 煤不連續，若采用搬家方式過斷層不僅增加工作面而且會導致煤炭資源出現一定損失，影響采面推進速度；依據采面與斷層實際情況，提出采用臥底方式過斷層。

2）3-1 煤層底板為砂質泥巖、細粒砂巖，由于砂質泥巖本身強度較低，采煤機可直接截割，但是遇細粒砂巖時若直接截割則面臨截割齒磨損大、采煤機及刮板輸送機等故障率高、破巖效率低等問題。為此，提出通過在采面斷層上盤施工措施巷，由措施巷內向采面截割過細粒砂巖區域施工預裂鉆孔，提前對堅硬巖層進行弱化。

3）依據采面及DF19 斷層參數，對采面過斷層技術方案以及措施巷內深度松動爆破工藝進行設計，并進行工程應用。現場應用后，底板細粒砂巖強度得以降低，采煤機破碎效率有所提高，采面過細粒砂巖層期間推進速度可保持3.2 m/d，耗時20d 通過DF19斷層。