巴彦高勒煤矿311202采煤工作面过断层技术研究.pdf

巴彦高勒煤矿 311202 采煤工作面过断层技术研究 王 际 欣 （ 内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司巴彦高勒煤矿 ， 内蒙古 鄂尔多斯 017300） 摘要为了降低断层对采煤工作面回采影响，以 311202 采煤工作面过 DF19 断层工程实例，提出预 掘巷道深孔爆破方式辅助采煤机破岩来提高采煤工作面过断层效率。在运输巷与断层交汇处，沿断层 在采煤工作面展布方向预掘巷道，在巷道内施工深孔预裂爆破孔弱化岩层。优选了预掘巷道深孔爆破 下采煤工作面过断层方案， 即采煤工作面与断层交线相距 55.84m 时按 -7俯角破底掘进并具体确 定了预掘巷道内深孔爆破技术参数。 采用的预掘巷道深孔爆破技术方案可实现预裂爆破与采煤工作 面回采同步进行，可显著提高采煤工作面过断层效率。 关键词采煤工作面 ； 预掘巷道 ； 深孔预裂爆破 ； 岩层弱化 ； 断层 中图分类号TD353文献标志码A文章编号1009-0797 （ 2021）02-0015-04 Research on Technology of Crossing Fault in 311202 Face of Bayangaole Coal Mine WANG Jixin （ Bayangaole Coal, Inner Mongolia Huangtaolegai Coal Co., Ltd. , Ordos 017300 , China） Abstract In order to reduce the influence of the fault on the mining face, taking the 311202 working face crossing the DF19 fault as an example, the pre-drilled roadway deep hole blasting is used to assist the shearer crossing the fault efficiency. At the intersection of the transportation lane and the fault, the roadway is pre-drilled along the fault in the direction of the mining face, and the deep hole pre-splitting blast hole is constructed in the roadway to weaken the rock ation. Optimizing the pre-dug roadway deep-hole blasting under the mining face to cross the fault scheme, that is, when the intersection of the mining surface and the fault is 55.84m away from the bottom of the tunnel at a depression angle of -7, the technical parameters of deep-hole blasting in the pre-dug roadway are determined. The adopted pre-drilled roadway deep-hole blasting technical scheme can realize the simultaneous pre-splitting blasting and mining face, which can significantly improve the efficiency of the mining face through faults. Keywords fully mechanized mining face ; pre-drilling roadway ; deep hole pre-splitting blasting ; weakening of rock ation ; fault 采煤工作面采用平推硬过法过断层时可减少 搬家次数，实现采煤工作面连续生产[12]。 采煤机直 接截割硬岩时为了提高破岩效率、降低磨损则需要 提前对岩体进行弱化处理[3]。 在坚硬岩体的弱化技 术方面主要有高压预注水弱化、水力致裂、深孔爆 破预裂技术 3 种技术，其中注水弱化虽然工艺比较 简单，但弱化效果及范围有限且工期较长；水力致 裂虽可以在岩层中生成裂缝、达到一定的致裂弱化 效果，但难以控制裂缝的扩展方向，无法实现定向 预裂；深孔爆破预裂工序成熟、便于操作、成本较 低，为了不影响工作面正常生产，可从两巷及工作 面断层预掘巷道的位置进行钻爆法施工，实现工作 面推进与深孔爆破预裂的同时作业[48]。 311202 采煤工作面过 DF19 断层时采用预掘巷 道深孔爆破致裂技术，实现了采煤工作面回采与岩 层弱化的同步进行， 提高了采煤工作面过断层效 率。 文中就对采煤工作面过断层技术进行阐述，以 期为其它矿井过断层工作开展提供一些借鉴。 1工程概况 311202 采煤工作面开采的 3-1 煤平均埋深 650m，工作面所在地层构造形态总体为一向北西倾 斜的单斜构造， 倾向 300～320、 倾角 0～ 5，煤层厚度为 4.10～6.40m、平均煤厚 5.10m，结 构简单。工作面宽 300m，回采长度 3140m。具体煤层 底板岩性顶底板岩层结构见表 1。 表 1顶底板岩层结构 采煤工作面回采揭露的 DF19 断层为正断层， 落差 6.5～11m，走向为 296～310，倾向为 26 ～40， 倾角为 25～32； 与 311202 工作面斜 交，影响工作面走向推采长度 560m。 311202 运输顺 槽揭露 DF19 断层情况，如图 1 所示。 2预掘巷道施工 名称厚度 （ m）岩石名称 老顶 9.25～19.7 15.84 细粒砂岩 直接顶 2.28～12.85 8.5 砂质泥岩 直接底 4.69～12.99 7.68 砂质泥岩 老底 5.21～21.45 14.82 细粒砂岩 2021 年第 2 期煤矿现代化第 30 卷 15 万方数据 图 1 311202 运输顺槽断层揭露情况 为了提高采面过断层效率并降低采煤机磨耗， 提出在 311202 运输顺槽内沿着断层在采面展布方 向预掘巷道，在预掘巷道内施工深孔预裂爆破钻孔 弱化底板砂质泥岩及细粒砂岩，从而实现采煤工作 面回采以及坚硬底板弱化同步进行。 断层预掘布置在运输顺槽断层上盘煤层中，按 300方位角为沿煤层底板掘进，长度 360m，具体施 工位置见图 2。 图 2预掘巷道施工位置 3采煤工作面过断层技术方案 3.1 过断层技术方案 为了最大限度提高煤炭资源回收、减少岩石截 割量并保证工作面过断层期间支架的稳定，工作面 过断层期间按 -7俯斜角度截割硬岩过断层。 根据 采面破底板位置具体提出下述两种过断层技术方案 方案一沿断层交面线下俯推进，即采煤工作 面推进至断层交面线时按照 7俯角逐段下俯推进 过断层方案。 方案二截割断层下盘煤层底板过断层，即采煤 工作面距离断层距离 4855m 处即开始按照 7俯角 破底板掘进，揭露断层上盘时与预掘巷道相交。 3.2技术方案优选 3.2.1方案一 （ 沿断层交面线下俯推进） 方案一时工作面煤机截割轨迹剖面，见图 3。 工 作面从断层交面线位置以 -7俯斜角度截割断层 上盘煤层顶板硬岩，此时工作面将从断层预掘巷道 的上方穿过。 煤机截割轨迹长度在 104.3m 左右。预掘巷道内 的深孔爆破预裂工艺实施需要穿过巷道顶板打设系 列钻孔进行爆破作业。 该方案设计缺点较为明显 图 3 方案一过断层示意图 1）煤机截割轨迹直接穿过预掘巷道顶板，距离 巷道垂距较小，工作面采动加剧巷道围岩的变形失 稳，同时工作面登空生产也存在一定安全隐患； 2） 在预掘巷道内穿层打钻进入煤机截割轨迹 段的有效爆破钻孔尺寸较短，预实现截割轨迹的全 段为爆炸压裂需要打设的钻孔数量较多，预掘巷道 内的打钻及支护成本显著增加。 3.2.2方案二 （ 截割断层下盘煤层底板过断层） 在工作面与断层相距离 55.84m 开始向下以 -7俯斜角截割底板岩层，具体见图 4。在预掘巷道 内同步开展坚硬岩层弱化工作，采面推进至断层上 盘时与预掘巷道交汇。 图 4方案二过断层示意图 3.2.3方案优选 具体 2 种爆破方的优缺点对比，见表 2。 表 2方案优缺点对比 经过对比得出， 方案二钻孔施工总量较小，工 作面过断层期间不用越过预掘巷道上方，比较安全 可靠。 最终选定方案二作为本次工作面煤机截割硬 岩过断层进行爆破预裂施工的最优方案。 3.3预掘巷道内松动爆破 3.3.1装药方式 装药方式采取空气柱间隔分段装药，由于炮孔 长度较长，采取封堵 10～15 m，其余钻孔空间采取 空气柱间隔装药形式，炸药装入孔底，药卷与封堵 方案优点缺点 方案一 炮孔深度较小，便于装药和 起爆，安全系数高。 工作面 遇到断层时开始起坡，便于 寻找起坡点。 炮孔布置个数较多， 增加了施工难 度。 工作面过断层期间从预掘巷道上 方穿过，距离预掘巷道较近，可能会 导致工作面设备落入预掘巷道内。 方案二 炮孔布置较少，减少了工作 量。 炮孔沿预掘巷道布置， 工作面过断层后截割预掘 巷道，不会出现工作面设备 落入预掘巷道内的危险。 炮孔深度较大，不利于装药与起爆。 2021 年第 2 期煤矿现代化第 30 卷 16 万方数据 段间留设 5～10m 的空间用水炮泥封堵隔段。 每段 空气间隔 0.8m。 装药结构如见图 5。 图 5间隔装药结构 3.3.2封孔 根据预掘巷道中的炮孔布置方案，确定炮孔封 孔长度为 10mm～15m， 封孔材料选用水泥药卷，规 格为 65mm250mm。 3.3.3起爆药 由于炮孔较深， 分段装药情况下雷管数量较 多，母线分股量大，炮孔安全起爆可靠性低，给后期 采煤机截割带来严重安全隐患。 基于本矿井爆破条 件，采用管内药卷 2 发雷管并联，管外母线并联供 电起爆方法。 3.3.4装药量 装药量可按述公式 （ 1）计算 QqV （ 1） 式中Q为装药量，kg；q为单位体积炸药消耗 量，取 0.280.35kg/m3；V岩石预裂的体积。 按照松动爆破体积计算得到的深孔炸药装药 量为 Q0.3401.63.1460.23kg 每个炮孔所需炸药量约 60.23kg。炸药为煤矿许 用二级乳化炸药 （ Φ35 mm300 mm300 g），爆破 孔孔径为 75 mm， 装药时 2 支药卷捆扎一起使用， 提高爆破效果。 50 m 钻孔装药量为 60kg，装药长度 为 30 m。 爆破预裂装药参数见表 3。 表 3爆破预裂装药参数 为提高施工效率，采取两班施工钻孔，一班集 中装药、集中爆破的方式组织施工。 为减少爆破作 业对工作面生产的影响， 利用早班检修时间爆破， 中、夜班施工钻孔。 3.3.5起爆方式 起爆方式分为正向起爆和反向起爆 2 种，深孔 装药条件下为提高孔内炸药安全起爆的可靠性，结 合正反装药结构优点，本次设计建议优选导爆索全 长起爆方式。 4效果考察 煤机截割断层硬岩层段爆炸压裂效果的最直 观反映预掘巷道深孔预裂爆破效果，具体工作面揭 露深孔爆破压裂孔位置处的围岩破碎程度及压裂 孔周边裂隙扩展范围如图 6 所示。 a爆破孔围岩破碎情况b 爆破孔围岩破碎裂隙扩展情况 图 6岩层弱化情况 根据现场揭露情况得知，钻孔爆破有效压裂半 径在 1.0～1.5m， 爆破后产生的贯通裂缝长度在 2.0～3.0m， 坚硬岩层弱化效果显著。 采面保持 4.0m/d 推进速度，提高了工作面过断层的效率。 5总结 1）从煤机截割岩石总量、钻孔打设数量及总长、 煤机截割轨迹与预掘巷道空间层位关系等方面，对比 分析了两种煤机截割硬岩过断层方案的优缺点，最终 选定煤机截割断层下盘煤层底板过断层方案。 2）矿井爆破选用二级煤矿许用乳化炸药、导爆 索全长起爆、采用Ⅰ-Ⅵ段毫秒电雷管引爆，管内药 卷 2 发雷管并联，管外母线并联供电起爆；炮孔封 孔长度 10～15m，封孔材料选用水泥药卷；单孔炸 药量约 60.23kg。 3）爆破后有效压裂半径在 1.0～1.5m， 邻近爆 破孔间产生的贯通裂缝， 有效弱化了坚硬岩层，同 时采面过断层期间可保持 4.0m/d 推进速度。 参考文献 [1] 梁洁,刘捷,徐青云,张磊.不同水力压裂参数下砂岩起裂 压力研究[J].煤炭技术,2020,39 （ 11）87-89. 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[8] 刘宏伟. 超前深孔预裂爆破弱化顶板技术研究与应用 [D].安徽理工大学,2017. 作者简介 王际欣 （ 1988-），男，山东聊城人，工程师，本科，山东科 技大学机械设计制造及其自动化专业，现任内蒙古黄陶勒盖 煤炭有限责任公司巴彦高勒煤矿综采技术主管，一直从事煤 矿采煤工作面开采技术、工作面智能化开采控制技术研究与 应用工作。（ 收稿日期2020-12-1） 岩巷快速施工技术在宏阳煤矿的应用研究 朱 丹 ， 王景涛 （ 山东宏阳矿业有限公司 ， 山东 嘉祥 272400） 摘要为了提高岩巷的施工速度，宏阳煤矿采取更换施工设备、改进施工工艺等措施，使施工速度由 每月 80m 提高至每月 160m。 总结出一套适合本矿的岩巷快速施工技术。 关键词岩巷 ； 快速掘进 ； 生产工艺 中图分类号TD263文献标志码A文章编号1009-0797 （ 2021）02-0018-03 Research on Application of Rapid Rock Tunnel Construction Technology in Hongyang Coal Mine ZHU Dan , WANG Jingtao （ Shandong Hongyang Mining Co., Ltd. , Jiaxiang 272400 , China） Abstract In order to increase the construction speed of rock lanes, Hongyang Coal Mine adopted measures such as replacing construction equipment and improving construction techniques to increase the construction speed from 80m per month to 160m per month. Sum up a set of rapid construction technology for rock tunnels suitable for this mine. Key words rock roadway ; rapid excavation ; production technology 目前， 我国煤矿巷道掘进大多以钻爆法为主， 形成了以气腿钻机，全液压钻机，耙岩机为主要设 备的工作线，我国部分煤矿采用悬臂掘进机为主要 设备。 然而在我国很多煤矿中应用的以悬臂式掘进 机为主要设备的掘进方法， 但最终效果却不理想， 岩巷掘进保持在每月 80m 左右。 同时，近年来随着 综掘机和掘锚一体机的发展，煤巷施工速度明显提 高，工人劳动强度大幅降低。 然而岩巷速度一直没 有较大提高，主要是凿岩设备配套和施工工艺需要 改进。 本文以宏阳煤矿东翼轨道大巷、东翼胶带大 巷为工程背景，对岩巷快速施工技术进行研究。 1工程概况及地质条件 宏阳煤矿现生产任务为两条东翼大巷的掘进， 计划 2021 年将开拓大巷掘进至 3 煤位置， 两条大 巷总计约 1 万 m，年度掘进进尺不小于 3 925m。 若 采用耙装机配合人工打眼放炮的方式进行掘进，单 月平均进尺约 80m，无法完成实现掘进生产任务及 开拓至东部采区的预期目标。 根据勘探资料显示，东翼轨道大巷上平巷以里 整体地质条件较简单，在巷道掘进范围内将穿过褶 曲构造董王庄背斜，轴向北北西，延展长度约 3km， 向北倾伏。 幅度约 40m，跨度约 1.5km，两翼倾角约 3，巷道前掘区域煤岩层倾角 -210。 根据附近巷道揭露地质情况及勘探资料显示， 东翼轨道大巷上平巷以里，掘进可能会揭露 4 条断 层，为 SF9，落差 07m；FD38，落差 03m；FD34，落 差 05m；FD43，落差 03m。 断层遇断层时会对巷道 掘进施工造成一定影响。 2施工设备配套改进 2.1快速掘进装备 目前煤矿岩巷掘进过程中，设备成为制约掘进 速度的最大问题， 提高岩巷掘进的机械化程度，是 2021 年第 2 期煤矿现代化第 30 卷 18 万方数据