松动爆破在采面过断层辅助破岩中的应用

张和平

【摘 要】 为解决煤矿采煤工作面过断层时岩层坚硬、采煤机难以切割的问题，文章提出采用松动爆破方式辅助破岩，并采用工程类比以及理论分析方法确定爆破破岩技术方案，最终成功通过了断层。研究结果表明：1.根据现场条件确定爆破孔采用正向装药方式、一次爆破深度2400mm、爆破孔间距均为800mm、单孔装药量为0.9kg;2.现场应用后，爆破孔周边0.5m范围内岩体破碎、邻近爆破孔间产生有10～16mm宽的贯通裂缝，有效降低了岩层强度;3.采煤机在过断层期间可保持4.0m/min牵引速度、采煤机刀具磨耗降低约45%，采面过断层耗时较松动爆破前降低约30%，表示提出的松动爆破破岩方案效率高、针对性强。研究成果为其他矿井综采工作面过断层提供了经验借鉴。

【关键词】 综采工作面;松动爆破;坚硬岩层;采煤机;断层

【中图分类号】 TD353 【文献标识码】 A 【文章编号】 2096-4102（2021）01-0006-02

隨着煤矿开采强度的增加，煤炭回采过程中遇断层等地质构造更为普遍，不仅制约煤炭的有序、高效回采，而且有一定安全隐患。针对综采工作面过断层问题，诸多的研究学者提出“挑顶卧底”“调整采高”“搬家倒面”等过断层技术，为采面平稳过断层提供了一定指导。当断层落差较小时，采用平推硬过方式（即采煤机直接截割断层带岩层）可降低断层对煤炭回采影响，但是当断层带内岩层坚硬、块体较大时也存在采煤机刀具磨损严重问题。爆破辅助破岩是煤矿井下常用方式，通过松动爆破降低岩体强度及稳定性，可显著提高采煤机破岩能力，但当爆破参数选定不合理时产生的强大冲击波会给采面顶板、综采设备带来影响，因此，根据采面地质情况设计合理的爆破参数是爆破辅助破岩中需要解决的问题。文中以8506综采工作面过断层为工程背景，结合采面生产地质条件，通过制定合理的松动爆破方案实现了采面安全、快速通过断层，取得显著应用成果。

1工程概况

8506综采工采面走向长度560m、宽度246m，开采8号煤层，埋深约420m、厚度约4.5m、倾角8°，煤层赋存稳定。采面回采范围内地质构造发育，对采面回采有影响的断层主要DF05（H=0.6～1.3m，161°∠55°）、DF07（H=0.9～1.7m，113°∠72°）、DF12（H=0.5～1.8m，74°∠62°）、DF13（H=0.6～3.5m，156°∠49°）等，具体断层分布情况见图1。

8号煤层顶底板岩层均为坚硬的砂岩以及石灰岩，具体8号煤层顶底板岩性见表1。

2松动爆破技术

根据8506综采工采面内断层分布情况以及对回采影响，采用深度松动爆破方式弱化坚硬岩层，具体爆破参数按下述要求确定：

炸药以及雷管。在断层影响下采煤机需要截割坚硬的砂岩，为了降低采煤机过断层期间磨损并提高过断层效率，依据矿井现有的炸药类型，决定选用爆破能力强、安全性好的煤矿许用III级乳化炸药，雷管选择采用毫秒延时电雷管。

爆破孔孔径。该矿井下爆破孔均采用YT-170风钻钻进，采用的钻杆均为φ32mm六角中空钻杆、钻头为φ40mm梅花钻头，因此，爆破孔孔径均设计为42mm。

爆破孔间距。炮眼间距会直接影响松动爆破效果，炮眼间距确定与爆破所在区域内岩层岩性、炸药性质以及爆破孔孔径等参数密切相关。根据前苏联学者研究成果，松动爆破时采用的爆破孔间距可依据下述经验公式确定：

以8506综采工采面过DF13断层为例，该断层为正断层，在断层影响下采煤机需要截割部分坚硬的粉砂岩，为了提升松动爆破效果，依据选用炸药以及松动爆破所在区域内岩层岩性以及爆破孔参数，最终确定爆破孔水平、垂向间距均为800mm。

爆破孔深度。爆破深度会影响爆破松动范围，根据8506综采工采面开采范围内断层分布特征以及岩层岩性，为了降低松动爆破次数，将爆破孔深度设计为2400mm。

爆破孔装药量。根据已经爆破经验，爆破孔炸药消耗量取值暂定为q=0.6kg/m3，单个爆破孔装药量可通过下式计算：

Q=abqL（2）

其中：a——爆破孔间距（m）;b——爆破孔排距（m）;L——爆破孔深度（m）。

具体计算得到Q=0.8×0.8×0.6×2.4=0.923kg。根据选用乳化炸药规格，确定每个爆破孔内装入三段乳化炸药，装药量为0.9kg。

装药方式。根据已经有的研究结果，乳化炸药选用正向装药方式时，装药爆破后产生的能量从孔口向孔底方向释放，孔口位置岩体受到炸药冲击波影响较小，可避免爆破孔出现“冲炮”事故，从而降低松动爆破对采面顶板稳定性岩层以及回采设备影响。具体装药结构见图2。

为了确保爆破效果，当断层落差大于2700mm时爆破孔采用“五花眼”布置形式，断层落差在1600mm～2700mm时采用“三花眼”布置形式，落差在1600mm以内则采用单排孔布置形式。具体爆破孔布置参数见表2、炮眼布置形式见图3。

3效果分析

根据采煤内断层情况，采取制定的松动爆破技术参数后，取得显著的松动破岩效果。

按照设定的爆破参数爆破后，邻近爆破孔间产生纵向贯通裂缝，裂缝宽度介于10～16mm，同时在爆破孔周边0.5m范围内岩体破碎、在0.5m～0.8m间距范围内裂隙较为发育，可显著降低采煤机割岩量。

采面对断层带内坚硬岩体采用松动爆破后，在爆破孔孔口位置未出现明显的抛石现象，松动爆破不会给附近的刮板输送机、液压支架等设备产生影响。

文章提出的爆破方案炮眼利用率超过90%，显著降低了坚硬砂岩强度，避免采煤机直接截割坚硬岩层带来刀具磨耗严重问题。松动爆破后采煤机过断层刀具磨损量较直接硬割断层刀具磨损量降低45%，采煤机割岩层牵引速度与割煤牵引速度基本一致，过断层耗时可缩短约30%。

4结论

8506综采工采面内发育有众多落差在3.5m以内的正断层，断层未将煤层完全错开，由于断层发育且煤层顶底板岩层均为坚硬的砂岩，给综采工作面正常回采带来显著影响。根据采面回采条件以及断层发育情况，提出采用平推硬过法过断层，为提升采煤机破岩能力，采用松动爆破方式降低岩层强度。

采用工程类比以及理论分析具体确定了松动爆破孔布置参数。采面采用提出的松动爆破参数后，顶板岩层未受松动爆破影响可保持稳定，同时有效降低了断层带岩层强度，提高了采煤机破岩能力以及破岩效率。

现场应用后，采煤机破岩时牵引速度保持在4.0m/min，同时刀具磨耗量较松动爆破前降低约45%，过断层耗时可缩短约30%。松动爆破可实现采面安全、快速过断层带，为断层发育综采工作面高效工作创造良好条件。

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