成莊礦4319 工作面過斷層爆破技術研究

劉貴云

（晉能控股煤業集團成莊礦，山西 晉城 048000）

1 概況

晉能控股煤業集團成莊礦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 厚砂質泥巖，頂板巖層層理發育，直接底和基本底為12.58 m 厚的砂質泥巖，屬不穩定-中等穩定底板。工作面回采過程中揭露F159正斷層，斷層從工作面機尾向機頭延伸，走向影響226 m，傾向影響整個工作面，對工作面的正常回采影響嚴重。43191 巷（機尾）回采至F159 斷層巷道揭露位置前33 m，機尾支架出現留頂煤、割底矸現象。43193 巷（機頭）回采至F159 斷層巷道揭露位置前35 m，機頭附近支架出現留頂煤、割底矸現象，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出現留頂煤、割底矸現象。為了保證4319 工作面快速、安全通過斷層，根據現場情況，進行工作面爆破設計研究。

43191 巷斷層剖面圖如圖1。

圖1 43191 巷斷層剖面圖（m）

2 工作面爆破方案設計

2.1 炸藥消耗量設計

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有關[1]，主要依據修正的普氏公式[2]計算炸藥消耗量定額來確定最大使用量。根據回采推進過程中常規爆破炸藥使用量為依據，工作面一次性起爆炮眼不超過60 個，每個炮眼裝藥1～3 卷，每卷藥重0.3 kg。

由此可以計算每次起爆最大所需炸藥量為：60×3×0.3=54 kg。

2.2 風量核算

按照晉能控股煤業集團企業標準《煤礦礦井風量計算方法》，工作面所需風量根據式（1）確定：

式中：Q采為爆破工作面需風量，m3/min；10為每千克三級煤礦許用炸藥需風量，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。

根據現場實際情況，4319 工作面實際配風量約為2800 m3/min，滿足爆破風量要求。

2.3 炮眼數量設計

根據工作面現場割矸情況進行布置，主要布置于矸石較硬區域，均勻分布，最大一次性起爆炮眼不超過60 個。

2.4 裝藥設計

所有炮眼均采用正向裝藥，裝藥結構如圖2。炮眼深度小于0.6 m 時不裝藥；炮眼深度為0.6～1 m時，封泥長度不得小于炮眼深度的一半；炮眼深度1～2.5 m 時，封泥長度不得小于0.5 m。

圖2 正向裝藥示意圖

2.5 炮眼布置設計

根據4319 綜采工作面斷層構造區矸石的不同分布情況，分別設計三種炮眼布置方案，一次起爆的炸藥量不超過54 kg，起爆炮眼數不得超過60 個。具體規定參數見表1。

表1 爆破參數表

（1）炮眼布置方案一

工作面出現的硬矸厚度小于2.0 m 時，打一排眼進行震動，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，根據現場硬矸情況以及頂板煤幫支護情況適當調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

工作面出現硬矸的厚度大于2.0 m 時，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，根據現場硬矸情況以及頂板煤幫支護情況適當調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

工作面出現全斷面硬矸時，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，根據現場硬矸情況以及頂板煤幫支護情況適當調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→設備防護→請示通風調度→轉移保護安全監控→班長撤人警戒→裝藥→連線→裝藥人員撤出→起爆→炮煙消散→四員檢查確認→班長撤崗→恢復安全監控→灑水降塵→出矸→支護→生產。

3 工作面爆破技術措施

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

（2）裝藥和連線。裝藥時電雷管要從藥卷頂部全部插入藥卷內部，禁止斜插進藥卷內。腳線連接時，裸線部分采用并排反向扭結方式，用電工膠帶包裹裸線，在接點兩側絕緣段需包扎長于20 mm。

（3）起爆工作。起爆前需檢測風流中甲烷濃度，當作業地點20 m 甲烷濃度低于0.8%方可放炮。爆破前需按規定使用水泡泥和炮泥封炮，嚴禁裸露爆破、放明炮、糊炮，嚴禁一次裝藥、分次起爆。爆破作業必須嚴格落實“一炮三檢制”和“三人聯鎖放炮制”[3]。

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

（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；出現拒爆炮眼時，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，爆破工必須詳細檢查炸落的煤、矸，收集未爆的電雷管。

4 爆破效果

（1）針對斷層構造區矸石的不同分布情況設計的三種炮眼布置方案，可形成充分的爆破自由面，均未出現補打炮孔或二次放炮情況，減少了爆破次數，降低工人勞動強度，矸石破碎徹底。

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

（3）預計采用常規過斷層構造區需耗時28 d，需消耗截齒300～340 把。實際消耗240 把，截齒消耗減少20%～30%，工作面提前10 d通過了斷層區域，回采效率提高30%～40%，有效保障了工作面人員和設備的安全，效益顯著。