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采面連續生產，但當斷層帶內為堅硬的巖層時，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，實現了采面高效、安全過斷層，現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，是現階段礦井主力生產采面。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號煤層頂底板巖性參數見表1 所示。

表1 頂底板巖層結構

根據已經探測資料以及3506 綜采工作面回采巷道掘進揭露現實，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，具體在預掘巷道內施工松動爆破孔，提前對斷層帶內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帶來影響。在采面運輸順槽內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。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施工松動爆破鉆孔對斷層帶內堅硬巖層進行弱化。

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 發雷管并聯布置在藥卷內，并使用母線并聯起爆。

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。

松動爆破鉆孔內裝入煤礦許用三級乳化炸藥，藥卷規格均為Φ35 mm×300 mm，單卷藥卷質量為300 g。現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。根據松動爆破孔深度以及公式（1）計算得到的預掘巷道內布置的爆破孔參數見表2 所示。

表2 爆破預裂裝藥參數

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生有貫通的裂隙，巖層的穩定性以及連續性均得以明顯降低；在松動爆破孔周邊1.5 m 范圍內巖層均較為破碎。通過在預掘巷道內進行松動爆破可對斷層帶內巖層進行弱化，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，在預掘巷道內布置松動爆破鉆孔對斷層帶內堅硬巖層進行弱化，依據現場情況對松動爆破鉆孔布置方案進行設計。

3）現場應用后，鄰近的松動爆破孔間發育有貫通的裂隙，同時松動爆破孔周邊1.5 m 范圍內巖體均破碎，可為采煤機破巖創造良好條件。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。