綜采工作面過斷層超前弱化技術(shù)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(dǎo)致煤層及頂板連續(xù)性遭到破壞，當(dāng)斷層落差較小時一般不會給煤炭開采帶來較大影響；當(dāng)斷層落差較大則導(dǎo)致底板或者頂板巖層侵入到煤層內(nèi)，給采面生產(chǎn)帶來顯著制約[1-3]。若入侵到采煤內(nèi)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(yōu)點，可在回采巷道內(nèi)或者措施巷內(nèi)向斷層施工爆破鉆孔，提前對斷層內(nèi)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(nèi)存在有DF19 斷層，斷層落差較大且?guī)r體堅硬，為此提出采用預(yù)掘巷道措施對斷層進行弱化，提前為采面過斷層創(chuàng)造良好條件。本文對現(xiàn)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(qū)，回采的3-1 煤厚度4.1 m，埋深320 m，傾角5°，開采范圍內(nèi)煤層結(jié)構(gòu)簡單。31205 工作面走向長3 580 m、傾向長280 m，3-1 煤頂?shù)装逡陨百|(zhì)泥巖、細砂巖為主，具體巖性如表1 所示。

表1 頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)

31205 回采工作面開采范圍內(nèi)有DF19 斷層，該斷層斜穿工作面，預(yù)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(cè)施工措施巷，對斷層內(nèi)堅硬巖體進行弱化。

2 斷層超前治理技術(shù)

2.1 措施巷掘進

在31205 運輸巷內(nèi)沿著DF19 斷層上盤在采面內(nèi)分布位置施工措施巷，在措施巷內(nèi)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(yù)掘巷道施工位置

2.2 過斷層技術(shù)

根據(jù)31205 回采工作面內(nèi)DF19 斷層分布情況，并考慮采面綜采設(shè)備性能，確定最大開采傾角控制在7°以內(nèi)。具體提出過斷層技術(shù)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(yù)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(shù)方案對比情況如下頁表2所示。

表2 方案優(yōu)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(yù)先掘進的措施巷相交技術(shù)措施過斷層。為提高采面回采效率，需要在措施巷內(nèi)施工深孔預(yù)裂爆破鉆孔對堅硬巖層進行弱化。在措施孔內(nèi)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(zhì)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(nèi)施工，鉆孔成孔效果相對較好。

2.3 措施巷內(nèi)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(jié)構(gòu)如圖3 所示。將爆破使用的炸藥裝入到孔底內(nèi)，藥卷裝入長度控制在10 m，并在鄰近藥卷間留設(shè)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(guī)格為65 mm×250 mm 的封孔材料封堵。

圖3 鉆孔內(nèi)裝藥結(jié)構(gòu)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(yù)裂弱化巖體體積，m3。

根據(jù)現(xiàn)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(yù)裂裝藥參數(shù)

2.4 效果考察

在措施巷內(nèi)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(nèi)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(qū)時圍巖情況如圖4 所示。從現(xiàn)場情況得知，鄰近的松動爆破鉆孔間均出現(xiàn)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(yù)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(xù)煤炭回采贏取時間。

圖4 巖層弱化情況

3 結(jié)論

1）31205 綜采工作面回采范圍內(nèi)分布有DF19 斷層，斷層落差為6.5 m～11 m，斷層錯斷導(dǎo)致開采的3-1 煤不連續(xù)，若采用搬家方式過斷層不僅增加工作面而且會導(dǎo)致煤炭資源出現(xiàn)一定損失，影響采面推進速度；依據(jù)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(zhì)泥巖、細粒砂巖，由于砂質(zhì)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(nèi)向采面截割過細粒砂巖區(qū)域施工預(yù)裂鉆孔，提前對堅硬巖層進行弱化。

3）依據(jù)采面及DF19 斷層參數(shù)，對采面過斷層技術(shù)方案以及措施巷內(nèi)深度松動爆破工藝進行設(shè)計，并進行工程應(yīng)用。現(xiàn)場應(yīng)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。