王 際 欣

（內(nèi)蒙古黃陶勒蓋煤炭有限責(zé)任公司巴彥高勒煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯017300）

采煤工作面采用平推硬過法過斷層時(shí)可減少搬家次數(shù)，實(shí)現(xiàn)采煤工作面連續(xù)生產(chǎn)[1～2]。采煤機(jī)直接截割硬巖時(shí)為了提高破巖效率、降低磨損則需要提前對(duì)巖體進(jìn)行弱化處理[3]。在堅(jiān)硬巖體的弱化技術(shù)方面主要有高壓預(yù)注水弱化、水力致裂、深孔爆破預(yù)裂技術(shù)3 種技術(shù)，其中注水弱化雖然工藝比較簡單，但弱化效果及范圍有限且工期較長；水力致裂雖可以在巖層中生成裂縫、達(dá)到一定的致裂弱化效果，但難以控制裂縫的擴(kuò)展方向，無法實(shí)現(xiàn)定向預(yù)裂；深孔爆破預(yù)裂工序成熟、便于操作、成本較低，為了不影響工作面正常生產(chǎn)，可從兩巷及工作面斷層預(yù)掘巷道的位置進(jìn)行鉆爆法施工，實(shí)現(xiàn)工作面推進(jìn)與深孔爆破預(yù)裂的同時(shí)作業(yè)[4～8]。

311202 采煤工作面過DF19 斷層時(shí)采用預(yù)掘巷道深孔爆破致裂技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了采煤工作面回采與巖層弱化的同步進(jìn)行，提高了采煤工作面過斷層效率。文中就對(duì)采煤工作面過斷層技術(shù)進(jìn)行闡述，以期為其它礦井過斷層工作開展提供一些借鑒。

1 工程概況

311202 采煤工作面開采的3-1 煤平均埋深650m，工作面所在地層構(gòu)造形態(tài)總體為一向北西傾斜的單斜構(gòu)造，傾向300°～320°、傾角0°～5°，煤層厚度為4.10～6.40m、平均煤厚5.10m，結(jié)構(gòu)簡單。工作面寬300m，回采長度3140m。具體煤層底板巖性頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)見表1。

表1 頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)

采煤工作面回采揭露的DF19 斷層為正斷層，落差6.5～11m，走向?yàn)?96°～310°，傾向?yàn)?6°～40°，傾角為25°～32°；與311202 工作面斜交，影響工作面走向推采長度560m。311202 運(yùn)輸順槽揭露DF19 斷層情況，如圖1 所示。

2 預(yù)掘巷道施工

圖1 311202 運(yùn)輸順槽斷層揭露情況

為了提高采面過斷層效率并降低采煤機(jī)磨耗，提出在311202 運(yùn)輸順槽內(nèi)沿著斷層在采面展布方向預(yù)掘巷道，在預(yù)掘巷道內(nèi)施工深孔預(yù)裂爆破鉆孔弱化底板砂質(zhì)泥巖及細(xì)粒砂巖，從而實(shí)現(xiàn)采煤工作面回采以及堅(jiān)硬底板弱化同步進(jìn)行。

斷層預(yù)掘布置在運(yùn)輸順槽斷層上盤煤層中，按300°方位角為沿煤層底板掘進(jìn)，長度360m，具體施工位置見圖2。

圖2 預(yù)掘巷道施工位置

3 采煤工作面過斷層技術(shù)方案

3.1 過斷層技術(shù)方案

為了最大限度提高煤炭資源回收、減少巖石截割量并保證工作面過斷層期間支架的穩(wěn)定，工作面過斷層期間按-7°俯斜角度截割硬巖過斷層。根據(jù)采面破底板位置具體提出下述兩種過斷層技術(shù)方案：

方案一：沿?cái)鄬咏幻婢€下俯推進(jìn)，即采煤工作面推進(jìn)至斷層交面線時(shí)按照7°俯角逐段下俯推進(jìn)過斷層方案。

方案二：截割斷層下盤煤層底板過斷層，即采煤工作面距離斷層距離48～55m 處即開始按照7°俯角破底板掘進(jìn)，揭露斷層上盤時(shí)與預(yù)掘巷道相交。

3.2 技術(shù)方案優(yōu)選

3.2.1 方案一（沿?cái)鄬咏幻婢€下俯推進(jìn)）

方案一時(shí)工作面煤機(jī)截割軌跡剖面，見圖3。工作面從斷層交面線位置以-7°俯斜角度截割斷層上盤煤層頂板硬巖，此時(shí)工作面將從斷層預(yù)掘巷道的上方穿過。

煤機(jī)截割軌跡長度在104.3m 左右。預(yù)掘巷道內(nèi)的深孔爆破預(yù)裂工藝實(shí)施需要穿過巷道頂板打設(shè)系列鉆孔進(jìn)行爆破作業(yè)。該方案設(shè)計(jì)缺點(diǎn)較為明顯：

1）煤機(jī)截割軌跡直接穿過預(yù)掘巷道頂板，距離巷道垂距較小，工作面采動(dòng)加劇巷道圍巖的變形失穩(wěn)，同時(shí)工作面登空生產(chǎn)也存在一定安全隱患；

2）在預(yù)掘巷道內(nèi)穿層打鉆進(jìn)入煤機(jī)截割軌跡段的有效爆破鉆孔尺寸較短，預(yù)實(shí)現(xiàn)截割軌跡的全段為爆炸壓裂需要打設(shè)的鉆孔數(shù)量較多，預(yù)掘巷道內(nèi)的打鉆及支護(hù)成本顯著增加。

3.2.2 方案二（截割斷層下盤煤層底板過斷層）

在工作面與斷層相距離55.84m 開始向下以-7°俯斜角截割底板巖層，具體見圖4。在預(yù)掘巷道內(nèi)同步開展堅(jiān)硬巖層弱化工作，采面推進(jìn)至斷層上盤時(shí)與預(yù)掘巷道交匯。

圖4 方案二過斷層示意圖

3.2.3 方案優(yōu)選

具體2 種爆破方的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比，見表2。

表2 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

經(jīng)過對(duì)比得出，方案二鉆孔施工總量較小，工作面過斷層期間不用越過預(yù)掘巷道上方，比較安全可靠。最終選定方案二作為本次工作面煤機(jī)截割硬巖過斷層進(jìn)行爆破預(yù)裂施工的最優(yōu)方案。

3.3 預(yù)掘巷道內(nèi)松動(dòng)爆破

3.3.1 裝藥方式

裝藥方式采取空氣柱間隔分段裝藥，由于炮孔長度較長，采取封堵10～15 m，其余鉆孔空間采取空氣柱間隔裝藥形式，炸藥裝入孔底，藥卷與封堵段間留設(shè)5～10m 的空間用水炮泥封堵隔段。每段空氣間隔0.8m。裝藥結(jié)構(gòu)如見圖5。

圖5 間隔裝藥結(jié)構(gòu)

3.3.2 封 孔

根據(jù)預(yù)掘巷道中的炮孔布置方案，確定炮孔封孔長度為10mm～15m，封孔材料選用水泥藥卷，規(guī)格為65mm×250mm。

3.3.3 起爆藥

由于炮孔較深，分段裝藥情況下雷管數(shù)量較多，母線分股量大，炮孔安全起爆可靠性低，給后期采煤機(jī)截割帶來嚴(yán)重安全隱患?；诒镜V井爆破條件，采用管內(nèi)藥卷2 發(fā)雷管并聯(lián)，管外母線并聯(lián)供電起爆方法。

3.3.4 裝藥量

裝藥量可按述公式（1）計(jì)算：

式中：Q為裝藥量，kg；q為單位體積炸藥消耗量，取0.28～0.35kg/m3；V巖石預(yù)裂的體積。

按照松動(dòng)爆破體積計(jì)算得到的深孔炸藥裝藥量為：

每個(gè)炮孔所需炸藥量約60.23kg。炸藥為煤礦許用二級(jí)乳化炸藥（Φ35 mm×300 mm×300 g），爆破孔孔徑為75 mm，裝藥時(shí)2 支藥卷捆扎一起使用，提高爆破效果。50 m 鉆孔裝藥量為60kg，裝藥長度為30 m。爆破預(yù)裂裝藥參數(shù)見表3。

表3 爆破預(yù)裂裝藥參數(shù)

為提高施工效率，采取兩班施工鉆孔，一班集中裝藥、集中爆破的方式組織施工。為減少爆破作業(yè)對(duì)工作面生產(chǎn)的影響，利用早班檢修時(shí)間爆破，中、夜班施工鉆孔。

3.3.5 起爆方式

起爆方式分為正向起爆和反向起爆2 種，深孔裝藥條件下為提高孔內(nèi)炸藥安全起爆的可靠性，結(jié)合正反裝藥結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)建議優(yōu)選導(dǎo)爆索全長起爆方式。

4 效果考察

煤機(jī)截割斷層硬巖層段爆炸壓裂效果的最直觀反映預(yù)掘巷道深孔預(yù)裂爆破效果，具體工作面揭露深孔爆破壓裂孔位置處的圍巖破碎程度及壓裂孔周邊裂隙擴(kuò)展范圍如圖6 所示。

圖6 巖層弱化情況

根據(jù)現(xiàn)場揭露情況得知，鉆孔爆破有效壓裂半徑在1.0～1.5m，爆破后產(chǎn)生的貫通裂縫長度在2.0～3.0m，堅(jiān)硬巖層弱化效果顯著。采面保持4.0m/d 推進(jìn)速度，提高了工作面過斷層的效率。

5 總 結(jié)

1）從煤機(jī)截割巖石總量、鉆孔打設(shè)數(shù)量及總長、煤機(jī)截割軌跡與預(yù)掘巷道空間層位關(guān)系等方面，對(duì)比分析了兩種煤機(jī)截割硬巖過斷層方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選定煤機(jī)截割斷層下盤煤層底板過斷層方案。

2）礦井爆破選用二級(jí)煤礦許用乳化炸藥、導(dǎo)爆索全長起爆、采用Ⅰ-Ⅵ段毫秒電雷管引爆，管內(nèi)藥卷2 發(fā)雷管并聯(lián)，管外母線并聯(lián)供電起爆；炮孔封孔長度10～15m，封孔材料選用水泥藥卷；單孔炸藥量約60.23kg。

3）爆破后有效壓裂半徑在1.0～1.5m，鄰近爆破孔間產(chǎn)生的貫通裂縫，有效弱化了堅(jiān)硬巖層，同時(shí)采面過斷層期間可保持4.0m/d 推進(jìn)速度。