采煤工作面过大落差断层开采实践分析

郭美俊

（山西焦煤汾西矿业柳湾煤矿，山西 孝义 032300）

煤炭资源回采时常见断层、褶曲等地质构造，当煤炭回采范围内发育有大落差断层时会导致煤层失去连续性，断层上下两端位置煤层出现错断[1]。当采面揭露大断面断层时矿井普遍采用搬家方法过断层，此种方式存在过断层耗时长、需留设一定宽度保护煤柱、煤炭资源开采效率低以及劳动强度高等问题；部分矿井为实现快速回采，提出通过采煤机割岩方式过断层，但是期间面临岩层硬度大、采煤机截割齿磨损严重以及其他综采设备故障率高等问题，岩层弱化可提高采面过断层效率[2-5]。现阶段常用的弱化技术包括有松动爆破、水力压裂等，其中以松动爆破应用最为广泛。若将爆破钻孔布置在采面前方煤岩体上，不仅使得钻孔施工与采面回采无法同步开展，而且爆破过程中也面临顶板破碎、管理困难以及部分综采设备振动损坏等问题，从而制约生产效率[6]。为此，本文依据山西某矿31102 综采工作面过DF19断层为工程实例，提出预先在断层另一盘掘进巷道，并在巷道内布置爆破钻孔对采面割岩范围内岩层进行弱化，不仅降低了松动爆破给采面正常回采带来的影响而且可提高了采面的推进效率。

1 工程概况

31102 综采工作面回采11#煤层，煤厚3.12 m、埋深650m、倾角3°。11#煤层顶底板岩性见表1 所示。31102 综采工作面设计推进距离2980m、采面倾斜宽度300 m，割煤采用MGTY-710/1.1D 采煤机，采面斜长208 m，布置有112 台型号ZY6400/21/35 液压支架，8 台ZY6400/17/38 端头支架（机头、机尾各4 架），采面内刮板输送机型号为SGZ-800/800，破碎机型号为PCM-100。

表1 顶底板岩性

根据回采巷道掘进揭露岩层情况以及已有物探资料显示，31102 综采工作面回采推进至1 260 m时会揭露DF19 断层[（H=6.5 m～11 m，走向26°～40°）（倾向∠25°～32°）]。受断层影响，上下两盘煤层不连续，断层带为砂质泥岩及细粒砂岩。采面为矿井现阶段唯一采煤工作面，生产任务繁重，为实现采面快速通过DF19 断层，提出采用预掘巷道并在巷道内向断层带进行松动爆破，以达到提高采煤机破岩效率目的。

2 工作面推进过断层技术方案

2.1 预掘巷道

根据31102 综采工作面与DF19 断层位置关系，提出从采面运输巷内沿着断层在采面内展布情况掘进巷道，并在巷道内施工爆破孔对断层带内岩层进行弱化，从而实现采面推进与断层内岩层弱化的同步开展。巷道11#煤层底板并按280°方位角掘进，具体掘进长度为368 m，施工位置见图1 所示。

图1 预掘巷道位置

2.2 过断层技术方案

为确保采面综采设备稳定，提高煤炭资源回收率并降低过断层期间割岩量，提出在距离断层一定距离时按照-7°俯角破底板推进过断层。在采面与DF19 断层相距55.84 m 时即开始破底掘进，具体采面过断层技术方案见图2 所示，通过在预掘巷道内向掘进区域施工爆破钻孔进行爆破弱化。

图2 采面过DF19 断层示意图

2.3 预掘巷道内爆破钻孔施工

在预掘巷道向断层带内施工爆破钻孔对岩层进行弱化，布置的爆破钻孔孔深为40.16 m，爆破钻孔孔径93 mm，由于爆破孔较长、装药量较大，对钻孔封孔质量有较高要求。具体爆破钻孔内装药结构见图3 所示，钻孔内药卷间预留有0.8 m 空气柱。将封孔长度设计为10 m～15 m，封孔材料选择水炮泥、黄泥。

图3 钻孔内装药结构

由于松动爆破钻孔孔深较大，采用分段装药方式时母线分股量以及雷管数量较多，从而导致爆破钻孔可靠性低，部分炸药出引爆，从而给煤炭回采安全带来一定威胁。为此，根据矿井实际情况，提出在钻孔内并联采用2 发雷管引爆。在预掘巷道内松动爆破钻孔采用集中施工、集中爆破方式施工，为减少爆破弱化给采面生产的影响，爆破集中在检修班、钻孔钻进则集中在生产班。为提高爆破施工安全性，结合钻孔正向装药结构特点，炸药起爆方式为导爆索全长起爆。

钻孔单孔装药量可通过公式（1）计算。

式中：Q 装药量，kg；q 炸药消耗量，0.28 kg/m3～0.35 kg/m3；V 弱化岩石体积，m3。根据井下实际情况，得到单孔装药量约为50 kg～70 kg。炸药类型为Φ27 mm×300 mm 煤矿许用三级乳化炸药、单节质量300 g。具体施工参数见表2 所示。

表2 深孔松动爆破参数

3 效果考察

采面推进过断层破岩效率以及岩层内裂隙扩展情况是表征预裂爆破效果的主要指标。具体采面推进至松动爆破区域时迎头岩体情况见图4 所示。从图4 中看出，在深孔松动爆破影响下，岩体类发育有纵横交错的裂隙，邻近爆破孔间裂隙贯通。

图4 岩层弱化情况

采面过断层期间推进速度达到3.2 m/d，采煤机截割齿磨损也显著降低，预计采面耗时25 d 即可回采推进过断层，采用的预掘巷道松动爆破技术可为采面安全快速过大断面断层创造良好条件。

4 结论

1）31102 综采工作面预计回采至1 260 m 时会揭露DF19 断层，在断层影响下煤层连续性遭到破坏，从而给煤炭回采带来制约。为此，为降低断层给采面回采影响，提出采用预掘巷道并在巷道内施工松动爆破钻孔对断层带内岩体进行弱化，从而降低对采面回采影响。

2）依据采面与断层位置关系以及综采设备性能，决定在与断层相距55.84 m 时即以7°俯角破底推进，采面在推进至松动爆破影响范围内时采煤机破岩效率以及磨损程度等均明显降低，采面可保持3.2 m/d 推进速度，从而为安全高效过大断面断层创造良好条件。