徐清

摘要：

通過(guò)采煤機(jī)過(guò)地質(zhì)構(gòu)造斷層帶，及對(duì)回采影響范圍的分析，結(jié)合以往過(guò)斷層的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)改造成本、單產(chǎn)及安全等因素進(jìn)行比較，最終確定了提前深孔預(yù)裂爆破斷層堅(jiān)硬巖石，從而保證綜采放頂煤工作面安全、快速通過(guò)地質(zhì)構(gòu)造的技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)綜放工作面過(guò)斷層安全回采。

關(guān)鍵詞：

采煤機(jī)；過(guò)斷層；技術(shù)探討

中圖分類(lèi)號(hào)：

TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198（2014）01-0192-02

1 礦井概況

遼源市大水缸煤礦有限責(zé)任公司位于遼源礦區(qū)西北部，位于遼源市315°方位，直距25km。行政區(qū)屬遼源市東遼縣云頂鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬(wàn)t/a，主要環(huán)節(jié)能力按45萬(wàn)t/a設(shè)計(jì)。

井田位于長(zhǎng)白山的西北部余脈、吉林哈達(dá)嶺斷裂帶邊緣。上侏羅系金州崗組是大水缸井田主要含煤地層。大水缸井田位于遼源煤田西北翼，呈不對(duì)稱(chēng)向斜構(gòu)造，向斜軸呈反“S”，向斜軸大致走向NE-SW。區(qū)內(nèi)主要的可采煤層由上至下編號(hào)為1#、2#、3#，層位較穩(wěn)定，3#煤層底板凝灰?guī)r普遍發(fā)育，有規(guī)律可循，為本區(qū)標(biāo)準(zhǔn)層，煤層屬較穩(wěn)定類(lèi)型。

綜采1012工作面布置在東翼采區(qū)3#煤層中，3#平均厚度7.68m。煤層直接頂巖性為粉砂質(zhì)泥巖、底板巖性為凝灰?guī)r。東翼采區(qū)地層走向NE-SW，傾向ES，傾角10～24°，東西長(zhǎng)1.18km，南北寬0.64km。

2 1012工作面地質(zhì)構(gòu)造情況

遼源市大水缸煤礦有限責(zé)任公司1012綜采放頂煤工作面，掘進(jìn)回采巷道過(guò)程中，在上、下順槽共揭露8個(gè)斷層點(diǎn)，斷層性質(zhì)均為正斷層，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，對(duì)工作面正常開(kāi)采影響較大。工作面內(nèi)F1斷層落差H=1.2-2.3m、F3斷層落差H=0.6-3.2m、F4斷層落差H=1.8-4.2m、F6斷層產(chǎn)狀68°∠38°落差H=1.6-3.0m，為斷層群。1012工作面于2010年8月首次進(jìn)刀，從1012開(kāi)切眼推進(jìn)到150m時(shí)，回風(fēng)順槽遇到F6斷層。工作面采煤機(jī)一次切割煤層厚度2.8m，放頂煤厚度4.88m，斷層平面位置見(jiàn)圖1。

3 回采工作面過(guò)地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)方案確定

3.1 首次確定回采工作面過(guò)F6方案

詳細(xì)總結(jié)大水缸煤礦建礦以來(lái)過(guò)斷層經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)及通過(guò)改造成本、安全及不改造影響產(chǎn)量等諸多因素進(jìn)行對(duì)比，研究、分析1012工作面所遇斷層性質(zhì)和落差、空間展布等，經(jīng)公司工程技術(shù)人員反復(fù)探討和論證，最終公司領(lǐng)導(dǎo)確定：為保證采煤機(jī)安全通過(guò)F6斷層，選擇超前深孔預(yù)裂爆破斷層堅(jiān)硬巖石方案。

3.2 超前深孔爆破預(yù)裂技術(shù)方案確定

為降低或減少對(duì)采煤機(jī)因切割堅(jiān)硬巖石對(duì)切割頭的損壞，延長(zhǎng)截齒的使用壽命，回采工作面推進(jìn)至F6斷層前，在下順槽F6下盤(pán)、3#煤層底板巖石中，超前施工預(yù)裂爆破巷道，利用預(yù)裂爆破巷道，施工∮≥50mm預(yù)裂爆破鉆孔、裝藥，實(shí)施對(duì)堅(jiān)硬巖石預(yù)裂爆破，從而解決采煤機(jī)遇斷層推進(jìn)速度慢、工作面爆破對(duì)采煤設(shè)備和支護(hù)設(shè)備及人員的安全問(wèn)題。

（1）超前預(yù)裂巷道布置。

在1012工作面下順槽F6斷層下盤(pán)斷層面7.5m處、平行斷層走向，施工一條主要超前預(yù)裂爆破巷道，與上順槽貫通。在該預(yù)裂爆破巷道外23m（巷道中心）、平行其施工第二條預(yù)裂爆破巷道，與上順槽貫通。在兩條主要預(yù)裂爆破巷道之間用輔助小穿聯(lián)系，輔助小穿平行于上下順槽，小穿間距9.0m（巷道中心），相互平行。預(yù)裂爆破炮眼布置在輔助小穿的巖柱內(nèi)和主要預(yù)裂爆破巷道以外的巖石中。

（2）預(yù)裂爆破巷道設(shè)計(jì)。

結(jié)合煤層、斷層的空間展布，確定預(yù)裂爆破巷道底板與采煤機(jī)過(guò)斷層行走的底座相平為原則。第一條主要預(yù)裂爆破巷道坡度為+10°、長(zhǎng)度125m。第二條主要預(yù)裂爆破巷道坡度為+10°、長(zhǎng)度125m。輔助小穿長(zhǎng)度相同，每條長(zhǎng)度約20m。采用矩形斷面掘進(jìn)，寬3.0m、高2.8m，掘進(jìn)面積8.4m2。

根據(jù)預(yù)裂爆破巷道承載能力、煤層和巖石的物理性質(zhì)，最終確定輔助小穿巖、煤柱為6.0×6.0㎡左右。充分分析采煤機(jī)切割金屬錨桿時(shí)，火花產(chǎn)生和截齒損壞等實(shí)際情況，巷道兩幫采用玻璃鋼錨桿支護(hù)。主要預(yù)裂爆破巷道和輔助小穿頂板支護(hù)采用錨桿、錨網(wǎng)與錨索聯(lián)合支護(hù)方式，錨桿間排距均為1.0m，頂板采用鋼筋網(wǎng)，兩幫采用10#鐵線、菱形網(wǎng)支護(hù)。錨桿∮=18mm，L=2.2m。

（3）施工工藝。

在F6斷層面下盤(pán)7.5m和30.5m處，標(biāo)定拉門(mén)中心，布置兩個(gè)掘進(jìn)隊(duì)，施工主要預(yù)裂爆破巷道。之后輔助小穿按巷道中心9.0m間距，由下往上順序施工。放炮期間必須通知另一隊(duì)組，共同撤至安全地點(diǎn)。為避免采煤工作面超前來(lái)壓，造成頂板下沉、巷道斷面變形，影響采煤機(jī)正常通過(guò)，在主要預(yù)裂爆破巷道和輔助小穿施工完畢后，巷道中間采用戴帽點(diǎn)柱支護(hù)方式，對(duì)巷道頂板加強(qiáng)支護(hù)，點(diǎn)柱間距2.0m。

（4）采用深孔預(yù)裂爆破辦法。

主要和輔助預(yù)裂爆破巷道加強(qiáng)支護(hù)后，用煤礦探水鉆機(jī)向巖柱施工大口徑預(yù)裂爆破鉆孔，裝藥，進(jìn)行預(yù)裂爆破，預(yù)裂松動(dòng)巖柱巖體，確保采煤機(jī)順利切割、減少截齒損傷，同時(shí)保證煤巖柱的支撐強(qiáng)度。

①鉆孔參數(shù)確定。

預(yù)裂爆破鉆孔在輔助小穿施工，距離巷道底板1.0m、與巷道底板和輔助小穿平行，鉆孔深度10m、鉆孔間距3.0m、鉆孔直徑50mm。藥包重量1.0kg、規(guī)格300mm×60mm、乳化炸藥，炸藥裝至距孔口6.0m時(shí)開(kāi)始封炮泥，封泥長(zhǎng)度≥3.0m。每次爆破≤2個(gè)鉆孔。

②預(yù)裂爆破安全技術(shù)措施。

A.裝藥方式確定。

預(yù)裂爆破鉆孔先裝2包墊藥、再裝1包、再裝2包墊藥、1包引藥……距離鉆孔口6.0m處停止裝藥。藥包間緊密接觸，采用串聯(lián)聯(lián)炮方式。

B.放炮時(shí)間確定。

利用當(dāng)班工作人員離開(kāi)工作面下班后、下一班工作人員上班前的交接班時(shí)間，對(duì)斷層進(jìn)行預(yù)裂爆破。

C.安全技術(shù)措施。

在所有通向放炮地點(diǎn)的所有通路、安全距離以外設(shè)置好警戒人員、采煤工作面所有電器設(shè)備必須切斷電源、有害氣體不超標(biāo)后，方可爆破。必須實(shí)行三人“聯(lián)鎖放炮制”、“一炮三檢制”、警戒人員執(zhí)行“接送制”。裝藥的預(yù)裂爆破鉆孔全部起爆結(jié)束后，接回警戒人員，檢查有害氣體不超標(biāo)方可恢復(fù)設(shè)備供電。

4 采用預(yù)裂爆破過(guò)斷層效果檢驗(yàn)

1012工作面回風(fēng)順槽2010年4月9日推進(jìn)至F6斷層面，同年5月1日工作面通過(guò)F6斷層結(jié)束，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下。

4.1 采煤機(jī)切割速度與預(yù)裂爆破前對(duì)比

1012工作面采煤機(jī)通過(guò)預(yù)裂爆破切割巖石時(shí)，平均速度與切割煤層速度1.8m/min基本相同，現(xiàn)在平均推進(jìn)3.2m/日，而采用預(yù)裂爆破前，采煤機(jī)過(guò)斷層平均推進(jìn)1.5m/日相比，現(xiàn)在推進(jìn)速度快了1倍多。

4.2 日生產(chǎn)能力對(duì)比

過(guò)去采煤機(jī)過(guò)斷層時(shí)，平均日產(chǎn)約300t?，F(xiàn)在實(shí)行預(yù)裂爆破平均日產(chǎn)約700t。

4.3 采煤設(shè)備故障率對(duì)比

采用預(yù)裂爆破前，采煤機(jī)過(guò)斷層時(shí)，每日更換截齒約30個(gè)，機(jī)械故障頻繁發(fā)生。采用預(yù)裂爆破后，每日更換截齒8個(gè)左右，每日采煤機(jī)截齒節(jié)約費(fèi)用達(dá)到3，000.00元，同時(shí)減少更換截齒所需時(shí)間，保證連續(xù)、安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.4 預(yù)裂爆破巷道支護(hù)效果

采煤機(jī)過(guò)F6斷層期間，通過(guò)對(duì)預(yù)裂巷道斷面的連續(xù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)：巷道頂板最大下沉量為280mm，兩幫最大巖移量為525mm。支護(hù)完好，沒(méi)有壞損，巷道雖有局部壓力顯現(xiàn)，但總體上對(duì)巷道支護(hù)影響不大。頂板下沉量和兩幫變形量在設(shè)計(jì)支護(hù)安全規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

4.5 預(yù)裂爆破巷道施工費(fèi)用說(shuō)明

4.6 深孔大口徑預(yù)裂爆破效果分析

爆破后的巖柱破碎圈很小，裂隙圈較大，對(duì)上覆煤巖體支撐力稍有降低，卻利于采煤機(jī)切割，巖石隨采煤機(jī)行進(jìn)自然冒落，冒落巖石粒度≤0.45m，達(dá)到了預(yù)裂爆破效果。

4.7 加強(qiáng)工作面過(guò)斷層的安全管理工作

（1）確定過(guò)斷層期間安全領(lǐng)導(dǎo)小組。

由總工程師任組長(zhǎng)，對(duì)采煤機(jī)過(guò)斷層和預(yù)裂爆破巷道施工期間的安全技術(shù)管理工作總體負(fù)責(zé)。

由生產(chǎn)礦長(zhǎng)任副組長(zhǎng)，對(duì)采煤機(jī)過(guò)斷層和預(yù)裂爆破巷道施工期間保證各項(xiàng)安全措施落實(shí)到位總體負(fù)責(zé)。

成員由采掘段領(lǐng)導(dǎo)組成，分別對(duì)采煤機(jī)過(guò)斷層和預(yù)裂爆破巷道施工期間安全、技術(shù)、生產(chǎn)具體負(fù)責(zé)。

（2）預(yù)裂爆破巷道及采面的通風(fēng)管理工作。

預(yù)裂爆破巷道施工時(shí)，與采面必須嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)串聯(lián)通風(fēng)的安全技術(shù)措施。

預(yù)裂爆破巷道貫通后，必須嚴(yán)格執(zhí)行聯(lián)絡(luò)巷的通風(fēng)管理制度。

日常加強(qiáng)瓦斯巡檢和測(cè)風(fēng)次數(shù)，保證采面足夠風(fēng)量和瓦斯不超標(biāo)。

（3）采面頂板管理工作。

根據(jù)頂板裂隙發(fā)育及其完整情況，決定是否停止采煤機(jī)切割、前移掩護(hù)支架，從而保證頂板安全；根據(jù)巖壁巖石片落情況，決定是否停機(jī)處理。防止超前預(yù)裂爆破對(duì)工作面圍巖造成的破壞，造成的液壓支架不接頂初撐力不足、登空、倒架、錯(cuò)架等隱患，必須及時(shí)進(jìn)行有效支護(hù)，加強(qiáng)頂板安全管理工作，杜絕冒頂事故發(fā)生。

（4）爆破作業(yè)管理。

爆破引藥制作前，必須對(duì)使用的電雷管做導(dǎo)通試驗(yàn)；放炮時(shí)必須設(shè)置好警戒人員；及時(shí)揀出殘留煤巖中的未引爆的電雷管；超前預(yù)裂爆破中的瞎炮、爆破殘留炸藥或雷管及時(shí)處理。

（5）掘進(jìn)貫通管理。

編制貫通安全技術(shù)措施并審批，嚴(yán)格按貫通安全技術(shù)執(zhí)行。

5 與以往采煤機(jī)過(guò)斷層效益對(duì)比

通過(guò)采用大口徑超前預(yù)裂爆破技術(shù)，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，取得了以下經(jīng)濟(jì)效益：

（1）伴隨超前預(yù)裂爆破方案的實(shí)施，1012工作面過(guò)斷層與以往采面過(guò)相同性質(zhì)、落差的地質(zhì)構(gòu)造，產(chǎn)量比多48，500t，利潤(rùn)按100元計(jì)算，則共實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)485.0萬(wàn)元；減少采煤機(jī)變頻器損失一套，資金節(jié)余17.8萬(wàn)元；采煤機(jī)減少截齒損失480個(gè)，每個(gè)截齒按150元計(jì)算，資金節(jié)余共72萬(wàn)元；超前預(yù)裂爆破巷道施工費(fèi)用103.42萬(wàn)元，共實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)406.58萬(wàn)元。

（2）該超前預(yù)裂爆破技術(shù)方案實(shí)施，比較圓滿處理了1012工作面過(guò)斷層推進(jìn)速度問(wèn)題。

（3）解決了采煤人員進(jìn)入工作面采用爆破方式處理采煤機(jī)過(guò)斷層帶來(lái)的安全隱患問(wèn)題，杜絕了放炮對(duì)采煤機(jī)和支護(hù)設(shè)備帶來(lái)的傷害。

（4）工作面過(guò)斷層推進(jìn)度的加快，減少了采空區(qū)煤炭自燃發(fā)火帶來(lái)的隱患威脅，同時(shí)杜絕了發(fā)生瓦斯爆炸事故的可能性。

6 超前預(yù)裂爆破技術(shù)方案的完善

6.1 超前預(yù)裂巷道支護(hù)完善

（1）為了避免采煤機(jī)切割金屬網(wǎng)產(chǎn)生火花和金屬網(wǎng)極易繞纏在采煤機(jī)滾筒上，對(duì)滾筒和截齒造成傷害。用塑料網(wǎng)替代鐵線金屬網(wǎng)。

（2）采用玻璃鋼錨桿替代金屬錨桿。

6.2 調(diào)整預(yù)裂爆破巷道施工時(shí)間

由于回采工作和預(yù)裂爆破巷道同時(shí)施工，導(dǎo)致掘進(jìn)與采煤工作面串聯(lián)通風(fēng)問(wèn)題出現(xiàn)，因此建議超前預(yù)裂爆破巷道施工時(shí)間，盡量選擇在回采工作面掘進(jìn)巷道完成、正式回采工作前施工超前預(yù)裂爆破巷道，即可杜絕掘進(jìn)與采煤串聯(lián)通風(fēng)帶來(lái)的安全隱患。

6.3 完善采面運(yùn)輸方式

回采工作面運(yùn)輸順槽采用單一皮帶運(yùn)輸，預(yù)裂爆破巷道掘進(jìn)巖石與工作面回采煤炭混在一起，嚴(yán)重影響煤炭質(zhì)量。因此建議：新掘進(jìn)運(yùn)輸順槽時(shí)盡量采用機(jī)軌合一運(yùn)輸方式，能夠解決煤質(zhì)下降問(wèn)題。

6.4 超前預(yù)裂爆破巷道標(biāo)定問(wèn)題

采煤機(jī)回采要求改造巷道底板與采煤機(jī)行走底板標(biāo)高相平，要求地測(cè)部門(mén)在施工超前預(yù)裂爆破巷道改造前，做好改造巷道中心、腰線的標(biāo)定工作，保證改造后的巷道達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)論

超前預(yù)裂爆破巷道施工結(jié)合大口徑預(yù)裂爆破技術(shù)方案的實(shí)施，解決了采煤機(jī)過(guò)斷層推進(jìn)速度慢、無(wú)法連續(xù)生產(chǎn)、變頻器損壞、頻繁更換截齒、過(guò)斷層時(shí)間長(zhǎng)、工作面爆破不安全、產(chǎn)量低等諸多問(wèn)題。故此超前預(yù)裂爆破技術(shù)方案解決綜采工作面過(guò)斷層問(wèn)題值得推廣。

參考文獻(xiàn)

[1]賈悅謙.綜采技術(shù)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

[2]李星宇.煤礦綜采新工藝新技術(shù)與機(jī)械設(shè)備選型使用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)知識(shí)出版社，2005.