成莊礦4319 工作面過斷層爆破技術(shù)研究

劉貴云

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048000）

1 概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)成莊礦4319 綜采工作面開采3#煤層，煤層平均厚度6.22 m，工作面直接頂和基本頂為7.12 m 厚砂質(zhì)泥巖，頂板巖層層理發(fā)育，直接底和基本底為12.58 m 厚的砂質(zhì)泥巖，屬不穩(wěn)定-中等穩(wěn)定底板。工作面回采過程中揭露F159正斷層，斷層從工作面機(jī)尾向機(jī)頭延伸，走向影響226 m，傾向影響整個(gè)工作面，對(duì)工作面的正常回采影響嚴(yán)重。43191 巷（機(jī)尾）回采至F159 斷層巷道揭露位置前33 m，機(jī)尾支架出現(xiàn)留頂煤、割底矸現(xiàn)象。43193 巷（機(jī)頭）回采至F159 斷層巷道揭露位置前35 m，機(jī)頭附近支架出現(xiàn)留頂煤、割底矸現(xiàn)象，割底矸最厚3.8 m。工作面在回采過程中由下盤向上盤過渡，在回采過程中采面會(huì)出現(xiàn)留頂煤、割底矸現(xiàn)象。為了保證4319 工作面快速、安全通過斷層，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)行工作面爆破設(shè)計(jì)研究。

43191 巷斷層剖面圖如圖1。

圖1 43191 巷斷層剖面圖（m）

2 工作面爆破方案設(shè)計(jì)

2.1 炸藥消耗量設(shè)計(jì)

單位體積巖石炸藥消耗量與爆破巖石的巖性及斷面大小等參數(shù)有關(guān)[1]，主要依據(jù)修正的普氏公式[2]計(jì)算炸藥消耗量定額來(lái)確定最大使用量。根據(jù)回采推進(jìn)過程中常規(guī)爆破炸藥使用量為依據(jù)，工作面一次性起爆炮眼不超過60 個(gè)，每個(gè)炮眼裝藥1～3 卷，每卷藥重0.3 kg。

由此可以計(jì)算每次起爆最大所需炸藥量為：60×3×0.3=54 kg。

2.2 風(fēng)量核算

按照晉能控股煤業(yè)集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤礦礦井風(fēng)量計(jì)算方法》，工作面所需風(fēng)量根據(jù)式（1）確定：

式中：Q采為爆破工作面需風(fēng)量，m3/min；10為每千克三級(jí)煤礦許用炸藥需風(fēng)量，m3/min·kg；A為工作面一次爆破所用的最大炸藥量，取54 kg。

則：Q采=10 m3/min·kg×54 kg=540 m3/min。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，4319 工作面實(shí)際配風(fēng)量約為2800 m3/min，滿足爆破風(fēng)量要求。

2.3 炮眼數(shù)量設(shè)計(jì)

根據(jù)工作面現(xiàn)場(chǎng)割矸情況進(jìn)行布置，主要布置于矸石較硬區(qū)域，均勻分布，最大一次性起爆炮眼不超過60 個(gè)。

2.4 裝藥設(shè)計(jì)

所有炮眼均采用正向裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2。炮眼深度小于0.6 m 時(shí)不裝藥；炮眼深度為0.6～1 m時(shí)，封泥長(zhǎng)度不得小于炮眼深度的一半；炮眼深度1～2.5 m 時(shí)，封泥長(zhǎng)度不得小于0.5 m。

圖2 正向裝藥示意圖

2.5 炮眼布置設(shè)計(jì)

根據(jù)4319 綜采工作面斷層構(gòu)造區(qū)矸石的不同分布情況，分別設(shè)計(jì)三種炮眼布置方案，一次起爆的炸藥量不超過54 kg，起爆炮眼數(shù)不得超過60 個(gè)。具體規(guī)定參數(shù)見表1。

表1 爆破參數(shù)表

（1）炮眼布置方案一

工作面出現(xiàn)的硬矸厚度小于2.0 m 時(shí)，打一排眼進(jìn)行震動(dòng)，炮眼布置距硬矸底部（750±100）mm 左 右， 炮 眼 間 距（1750±50）mm， 眼 深1000～2400 mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)硬矸情況以及頂板煤幫支護(hù)情況適當(dāng)調(diào)整炮眼距底板距離及炮眼間距。炮眼布置方案一如圖3。

圖3 炮眼布置方案一示意圖（mm）

（2）炮眼布置方案二

工作面出現(xiàn)硬矸的厚度大于2.0 m 時(shí)，炮眼呈三花眼垂直工作面煤壁布置，眼間距為（875±50）mm，排距（750±50）mm，眼深1000～2400 mm，下排眼距底板為（500±100）mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)硬矸情況以及頂板煤幫支護(hù)情況適當(dāng)調(diào)整炮眼距底板距離及炮眼間距。炮眼布置方案二如圖4。

圖4 炮眼布置方案二示意圖（mm）

（3）炮眼布置方案三

工作面出現(xiàn)全斷面硬矸時(shí)，炮眼呈五花眼垂直工作面煤壁分布，眼間距為（875±50）mm，排距（750±50）mm，眼深1000～2400 mm，下排眼距底板為（500±100）mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)硬矸情況以及頂板煤幫支護(hù)情況適當(dāng)調(diào)整炮眼距底板距離及炮眼間距。炮眼布置方案三如圖5。

圖5 炮眼布置方案三示意圖（mm）

2.6 工作面爆破工藝流程

工作面爆破工藝流程：安全檢查→施工炮眼→設(shè)備防護(hù)→請(qǐng)示通風(fēng)調(diào)度→轉(zhuǎn)移保護(hù)安全監(jiān)控→班長(zhǎng)撤人警戒→裝藥→連線→裝藥人員撤出→起爆→炮煙消散→四員檢查確認(rèn)→班長(zhǎng)撤崗→恢復(fù)安全監(jiān)控→灑水降塵→出矸→支護(hù)→生產(chǎn)。

3 工作面爆破技術(shù)措施

（1）炮眼施工。施工炮眼前觀察工作面頂板和煤幫情況，確保施工環(huán)境安全，并派專人觀察。鉆孔施工結(jié)束后要及時(shí)清除炮孔內(nèi)部的煤粉和矸粉。

（2）裝藥和連線。裝藥時(shí)電雷管要從藥卷頂部全部插入藥卷內(nèi)部，禁止斜插進(jìn)藥卷內(nèi)。腳線連接時(shí)，裸線部分采用并排反向扭結(jié)方式，用電工膠帶包裹裸線，在接點(diǎn)兩側(cè)絕緣段需包扎長(zhǎng)于20 mm。

（3）起爆工作。起爆前需檢測(cè)風(fēng)流中甲烷濃度，當(dāng)作業(yè)地點(diǎn)20 m 甲烷濃度低于0.8%方可放炮。爆破前需按規(guī)定使用水泡泥和炮泥封炮，嚴(yán)禁裸露爆破、放明炮、糊炮，嚴(yán)禁一次裝藥、分次起爆。爆破作業(yè)必須嚴(yán)格落實(shí)“一炮三檢制”和“三人聯(lián)鎖放炮制”[3]。

（4）炮后檢查。爆破后需等待至少15 min 才能進(jìn)行其他作業(yè)。爆破后需仔細(xì)檢查頂板、瓦斯、支架、通風(fēng)、煤塵、拒爆和殘爆等情況，安全無(wú)誤后，班組長(zhǎng)下令撤除警戒。

（5）殘炮、瞎炮及拒爆處理。由于連線不良造成的拒爆，可重新連線起爆；出現(xiàn)拒爆炮眼時(shí)，在距拒爆炮眼0.3 m 位置平行施工炮眼，重新裝藥起爆[4]。處理拒爆的炮眼爆炸后，爆破工必須詳細(xì)檢查炸落的煤、矸，收集未爆的電雷管。

4 爆破效果

（1）針對(duì)斷層構(gòu)造區(qū)矸石的不同分布情況設(shè)計(jì)的三種炮眼布置方案，可形成充分的爆破自由面，均未出現(xiàn)補(bǔ)打炮孔或二次放炮情況，減少了爆破次數(shù)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，矸石破碎徹底。

（2）爆破后部分炮孔封泥出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，但并未出現(xiàn)沖孔和瞎炮情況。通過鉆孔窺視儀對(duì)圍巖裂隙進(jìn)行窺視，相臨炮孔之間裂隙完全貫通，裂隙寬度在2～5 mm。割煤機(jī)回采至炮孔區(qū)域時(shí)可發(fā)現(xiàn)圍巖出現(xiàn)大量肉眼可見的宏觀裂隙，采煤機(jī)截齒輕微截割可使矸石全部掉落。

（3）預(yù)計(jì)采用常規(guī)過斷層構(gòu)造區(qū)需耗時(shí)28 d，需消耗截齒300～340 把。實(shí)際消耗240 把，截齒消耗減少20%～30%，工作面提前10 d通過了斷層區(qū)域，回采效率提高30%～40%，有效保障了工作面人員和設(shè)備的安全，效益顯著。