综采工作面采用松动爆破过断层技术探讨

郝淑荣

（山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司，山西 晋中 032612）

随着煤炭开采技术的不断提升，综采已成为现阶段我国常用的煤炭开采方式，同时随着煤炭开采深度不断加深，采面开采时遇到的地质构造也更为复杂，影响采煤工作的有序开展［1-3］。为了解决综采工作面过断层问题，众多的研究学者展开广泛研究并提出众多过断层技术手段，归结起来为“搬家跳采法”、“调整采高法”、“挑顶卧底法”等［4-5］。当断层落差不大时，综采工作面一般采用平推硬过断层方式，但遇坚硬岩层时会给采煤机刀具、悬臂，刮板输送机、破碎机等造成不利影响；当断层落差达或者结构复杂且采煤机无法直接通过时，采取“搬家跳采”方式，会增加综采设备搬家时间以及回采巷道掘进工程量［6-8］。

为了克服综采工作面过断层遇到坚硬岩层时采煤机割岩困难，刀具、悬臂以及运输设备损耗严重等问题，一般会采用松动爆破方式辅助破岩。但是采取的松动爆破会造成顶板岩层破碎、垮落、大块岩体下落砸坏设备，甚至出现安全事故等问题，如何确保松动爆破过程的安全，是制约综采工作面采取松动爆破过断层时的一个重要方面。文中以宏远煤矿150203工作面过断层为工程背景，结合采面实际地质条件，合理确保爆破参数，确保了该综采工作面顺利通过断层。

1 工程概况

150203工作面南北长、东西窄，地面为无人山谷、丘陵地形。地面标高范围+1328～+1452 m，区内井下煤层标高范围+1082 m～+1140 m，埋深厚度215～312 m。150203工作面位于二采区中部以北，南部为皮带大巷，东面为150201采空区，西面为150205工作面，北面为寒王河保护煤柱。150203工作面走向长1188 m，倾斜长148 m，区内面积：178200 m2。开采的15号煤层煤层厚度4.5 m，具体15号煤层顶底板岩性见表1。工作面区域内构造较复杂，煤层整体为单斜式褶曲构造，局部煤层底板含有波状起伏的褶曲构造。

表1 15号煤层顶底板岩性

在150203工作面内发育有F2、F3、F7等断层，具体的断层参数以及对采面生产影响见表2。

表2 断层结构参数及对采面生产影响

2 过断层爆破技术

150203采面开采的15号煤层顶板以坚硬的砂岩、石灰岩为主，同时在采面内有对回采影响较大的F2、F7正断层，断层落差均在煤层开采厚度以内，可以采取平推硬过方式过上述断层。采面在过断层时，采煤机截割头、悬臂以及刮板输送机、破碎机等设备磨耗严重，为了提升采面过断层效率，减少综采设备损伤及磨耗程度，在采面采用松动爆破辅助过断层方式。具体采面松动爆破方式有掏槽、无掏槽两种方式，施工的爆破孔均为浅孔，对两种爆破方式进行对比分析，最终优选出更为合理的过断层爆破方式。

2.1 无掏槽孔技术参数

（1）爆破孔孔径

根据矿井现有的设备，确定爆破孔孔径为42 mm。

（2）爆破孔深度

断层内岩层较为破碎且受到较为明显的夹制作用，在一定程度上制约爆破效果，爆破孔深度较深时爆破松动效果较差；爆破孔深度过小时，则存在松动爆破次数过多，爆破作业耗时长，影响采面正常推进等问题。根据采面地质情况以及断层附近岩石参数，确定爆破钻孔深度为2400 mm。

（3）爆破孔间距

根据采面过断层时的岩性，结合本矿井实际爆破经验，确定的爆破孔间距为800 mm。

（4）爆破孔排距

根据采面过断层时岩层厚度，确定爆破孔排距，当断层岩层厚度在1.5 m以内时，布置1排松动爆破钻孔；当岩层厚度在1.5～2.0 m间时，可具体根据断层岩层厚度分布情况，将爆破钻孔错排布置；当岩层厚度在2.0 m以上时，布置上下两排爆破钻孔。

（5）爆破孔装药量

爆破孔装药分两段间隔进行，其中里段装药0.9 kg，外段装药0.3 kg，具体爆破钻孔装药结构件见图1。外段炸药起爆采用1根雷管，内段炸药起爆采用2根雷管。

图1 无掏槽孔爆破钻孔装药结构

2.2 有掏槽孔技术参数

爆破孔孔径42 mm，深度2400 mm，间距1000 mm，排距700 mm，单个爆破钻孔的装药量为1.0 kg,具体的爆破孔装药结构见图2。

图2 有掏槽孔爆破钻孔的装药结构

在垂直与断层倾向方向上布置6排松动爆破孔，每2排爆破孔共用一段引爆雷管。受断层影响，断层两侧的煤岩体强度较低，将掏槽眼布置在煤岩体内可以为松动爆破孔提供自由面，提高掏槽效果。将掏槽方式设计为两级斜孔掏槽，一级掏槽孔孔深为1700 mm，掏槽深度1600 mm；二级掏槽孔孔深为2500 mm，掏槽深度2400 mm。一级掏槽孔孔间距为1200 mm，一级、二级掏槽孔间距为800 mm。具体布置的爆破钻孔见图3，爆破钻孔参数见表3。

图3 爆破钻孔

表3 有掏槽孔松动爆破参数

2.3 优选爆破方式

有掏槽眼爆破与无掏槽眼爆破相比具有以下优点：

（1）爆破时产生的飞矸量少，不会出现爆破后的碎石压死刮板输送机问题，整个爆破过程对回采工作面生产影响较小。

（2）一次爆破时的爆破钻孔数量少，但是也存在整个采面过断层期间的爆破次数多问题。

从保护综采设备以及爆破对采面生产影响等方面考虑，最终选用的松动爆破技术过断层方案为具有两级斜孔掏槽松动爆破方式。

3 现场应用

3.1 现场爆破孔施工

在回采工作面进行5次松动爆破试验，最终确定出150203采面施工的破岩孔深度为1800 mm、掏槽孔深度为1600 mm，具体井下应用的爆破钻孔布置方式见图4。

图4 现场实际爆破孔设计

表4 现场实际爆破孔参数

为了提高爆破孔封孔效率，避免预先制作的炮泥水分挥发而失去堵塞效果问题，炮泥进行现场振动制作。布置在断层中的破岩孔内单孔装入炸药量为0.6 kg；在断层两侧煤岩体中布置第一排掏槽孔，孔内装入炸药量为0.8 kg，第二排掏槽孔内装入的炸药量为0.8 kg，爆破方向与刮板输送机运行方向相反。施工的炮眼综合利用率在90%以上，现场取得了显著的破岩松动效果，爆破时产生的飞矸数量较少，后续的松动爆破也表明，采用1800 mm松动爆破深度可以确保采面顺利通过断层。

3.2 应用效果

在回采工作面内采取松动爆破参数取得显著的应用效果，具体为：

（1）爆破结束后在爆破钻孔周边350 mm范围内的煤、岩体较为破碎，在350～650 mm范围内煤、岩体裂隙、缝隙发育明显，在650～850 mm范围内产生的较多的细微裂隙，爆破后产生的块度均衡，大块岩块产生量低，炮眼综合利用率达到90%以上。坚硬的砂岩、石灰岩等完整性显著降低，避免采煤机直接硬割坚硬岩石带来的设备磨耗严重，故障率高等问题；

（2）在整个松动爆破过程中，几乎没有飞矸抛掷现象发生，有效保护了液压支架、刮板输送机以及其他距离爆破点较近的机电设备安全。爆破产生的振动小，对回采巷道以及采面顶板岩层稳定性影响不显著；

（3）通过采用“挑顶”、“卧底”等辅助措施，回采工作面实现快速、安全通过断层，显著提高了采煤机截割煤、岩效率。

4 结语

1）根据综采工作面现场实际情况，综合对比分析掏槽孔爆破以及无掏槽孔爆破两种方式，最终优选两级斜孔掏槽松动爆破方式更适合150203采面过断层。

2）对两级斜孔掏槽松动爆破参数进行具体设计，现场应用表明，采用的松动爆破技术可以对坚硬砂岩、石灰岩进行松动，避免采煤机直接截割坚硬岩层带来的设备损耗严重问题，同时爆破时几乎无飞矸产生，保障了爆破点附近的刮板输送机、液压支架及其他机电设备的安全。

3）采面采用直接过断层技术措施，减少工作面过断层搬家次数，显著提升了综采工作面生产效率；避免掘进新的回采巷道，减少巷道掘进工程量；降低了煤炭资源损失，提高煤炭采出率。