松動爆破技術在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，煤炭開采時受地質構造影響顯著［1］。由于斷層落差、與采面位置關系等存在差異，造成采面過斷層技術方法各不相同。具體有挑頂起底、調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構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，但是若挑頂區域內巖層硬度較硬時，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條件，依據松動破巖機理，合理確定爆破參數，并進行現場應用，實現了采面順利、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，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，煤層結構簡單-復雜（含矸0～4 層），頂底板巖性巖性見表1。

表1 9#層頂底板巖性

根據地測資料，采面內發育落差0.5～2.0 m斷層20 余條，部分斷層參數見表2。

表2 采面內部分斷層參數

構造名稱 走向傾角性質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 松動爆破參數設計

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

2.1 爆破孔間距

爆破孔間距直接影響破巖效果，根據前蘇聯相關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為側向壓力系數；P2表示爆破孔內靜壓壓力，MPa；St為巖層抗拉強度（10 MPa）；a為爆炸壓力波衰減系數；r為爆破孔直徑，m。爆破孔參數根據工程類比法［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域為砂巖、砂質泥巖，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f值介于3～4，具體爆破孔內的炸藥量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（取值根據現場爆破經驗確定，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，代入相關參數，求得V=0.40（m3）。

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

2.4 裝藥結構

根據現有研究成果，裝藥結構為正向時，炸藥爆破后產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，爆破孔裝藥結構為正向裝藥。

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遇斷層時布置的爆破鉆孔參數見表2，爆破孔布置形式見圖1。

表2 爆破參數

圖1 爆破孔布置形式

3 松動爆破效果

通過根據采面、斷層實際情況，制定合理的爆破參數，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范圍內巖體破碎、在0.5～0.8 m范圍內裂隙發育。

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明顯的飛石拋擲現象，具體爆破后的現場情況見圖2，采用設計的松動爆破參數不會給刮板機、液壓支架等帶來影響。同時爆破后產生的震動小，不會影響采面頂板煤層穩定。

圖2 現場爆破效果

4 結語

1）8103 綜放工作面內斷層落差不大但是斷層數量多，斷層對采面正常生產有顯著的影響，根據8103 綜放工作面生產條件以及采面內斷層發育情況，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，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量。