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江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 综采工作面采用松动爆破过断层技术探讨 郝淑荣 （山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司，山西晋中032612） 摘要宏远煤矿150203综采工作面顶板为坚硬砂岩、石灰岩，采面过断层时采煤机需要截割顶板坚硬岩层，造成采煤机 磨耗严重、难以切割等问题；150203采面过断层，决定采用松动爆破辅助技术过断层；对掏槽孔爆破以及无掏槽孔爆破两种 松动爆破方式对比分析，最终优选两级斜孔掏槽松动爆破方式；现场应用表明，采用该松动爆破技术可以有效对坚硬砂岩、 石灰岩进行松动，爆破时几乎无飞矸产生，保障了爆破点附近的刮板输送机、液压支架及其他机电设备的安全，提高了采煤 机破岩效率，应用取得显著效果。 关键词综采；过断层；坚硬岩层；松动爆破；设备故障 中图分类号TD82-9文献标识码B文章编号1006-2572（2020）02-0129-04 Discussion on Crossing Fault with Loose Blasting Technology at Fully-mechanized Working Face Hao Shurong Zouquan Hongyuan Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Coal Imp. hard strata; loose blasting; equipment failure 随着煤炭开采技术的不断提升，综采已成为现 阶段我国常用的煤炭开采方式，同时随着煤炭开采 深度不断加深，采面开采时遇到的地质构造也更为 复杂，影响采煤工作的有序开展［1-3］。 为了解决综采 工作面过断层问题，众多的研究学者展开广泛研究 并提出众多过断层技术手段，归结起来为“搬家跳 采法”、“调整采高法”、“挑顶卧底法”等［4-5］。 当断层 落差不大时，综采工作面一般采用平推硬过断层方 式，但遇坚硬岩层时会给采煤机刀具、悬臂，刮板输 送机、破碎机等造成不利影响；当断层落差达或者 结构复杂且采煤机无法直接通过时，采取“搬家跳 采”方式，会增加综采设备搬家时间以及回采巷道 掘进工程量［6-8］。 为了克服综采工作面过断层遇到坚硬岩层时 采煤机割岩困难，刀具、悬臂以及运输设备损耗严 重等问题，一般会采用松动爆破方式辅助破岩。 但 是采取的松动爆破会造成顶板岩层破碎、 垮落、大 块岩体下落砸坏设备， 甚至出现安全事故等问题， 如何确保松动爆破过程的安全，是制约综采工作面 采取松动爆破过断层时的一个重要方面。 文中以宏 远煤矿150203工作面过断层为工程背景，结合采面 实际地质条件，合理确保爆破参数，确保了该综采 工作面顺利通过断层。 150203工作面南北长、东西窄，地面为无人山 谷、丘陵地形。 地面标高范围1328～1452m，区内 井下煤层标高范围1082m～1140m， 埋深厚度 129 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 215～312m。150203工作面位于二采区中部以北， 南部为皮带大巷，东面为150201采空区，西面为 150205工作面，北面为寒王河保护煤柱。150203工 作 面 走 向 长1188m， 倾 斜 长148m， 区 内 面 积 178200m2。 开采的15号煤层煤层厚度4.5m，具体 15号煤层顶底板岩性见表1。 工作面区域内构造较 复杂，煤层整体为单斜式褶曲构造，局部煤层底板 含有波状起伏的褶曲构造。 表1 15号煤层顶底板岩性 在150203工作面内发育有F2、F3、F7等断层，具体 的断层参数以及对采面生产影响见表2。 表2断层结构参数及对采面生产影响 150203采面开采的15号煤层顶板以坚硬的砂 岩、石灰岩为主，同时在采面内有对回采影响较大 的F2、F7正断层，断层落差均在煤层开采厚度以内， 可以采取平推硬过方式过上述断层。 采面在过断层 时，采煤机截割头、悬臂以及刮板输送机、破碎机等 设备磨耗严重，为了提升采面过断层效率，减少综 采设备损伤及磨耗程度，在采面采用松动爆破辅助 过断层方式。 具体采面松动爆破方式有掏槽、无掏 槽两种方式，施工的爆破孔均为浅孔，对两种爆破 方式进行对比分析，最终优选出更为合理的过断层 爆破方式。 2.1无掏槽孔技术参数 （1）爆破孔孔径 根据矿井现有的设备，确定爆破孔孔径为42mm。 （2）爆破孔深度 断层内岩层较为破碎且受到较为明显的夹制 作用，在一定程度上制约爆破效果，爆破孔深度较 深时爆破松动效果较差；爆破孔深度过小时，则存 在松动爆破次数过多，爆破作业耗时长，影响采面 正常推进等问题。 根据采面地质情况以及断层附近 岩石参数，确定爆破钻孔深度为2400mm。 （3）爆破孔间距 根据采面过断层时的岩性，结合本矿井实际爆 破经验，确定的爆破孔间距为800mm。 （4）爆破孔排距 根据采面过断层时岩层厚度， 确定爆破孔排 距，当断层岩层厚度在1.5m以内时，布置1排松动 爆破钻孔；当岩层厚度在1.5～2.0m间时，可具体 根据断层岩层厚度分布情况， 将爆破钻孔错排布 置；当岩层厚度在2.0m以上时，布置上下两排爆破 钻孔。 （5）爆破孔装药量 爆破孔装药分两段间隔进行， 其中里段装药 0.9kg，外段装药0.3kg，具体爆破钻孔装药结构件 见图1。 外段炸药起爆采用1根雷管，内段炸药起爆 采用2根雷管。 图1无掏槽孔爆破钻孔装药结构 2.2有掏槽孔技术参数 爆破孔孔径42mm，深度2400mm，间距1000mm， 排距700mm， 单个爆破钻孔的装药量为1.0kg,具 体的爆破孔装药结构见图2。 图2有掏槽孔爆破钻孔的装药结构 在垂直与断层倾向方向上布置6排松动爆破 孔，每2排爆破孔共用一段引爆雷管。 受断层影响， 断层两侧的煤岩体强度较低，将掏槽眼布置在煤岩 体内可以为松动爆破孔提供自由面，提高掏槽效 果。 将掏槽方式设计为两级斜孔掏槽，一级掏槽孔 孔深为1700mm，掏槽深度1600mm；二级掏槽孔孔 深为2500mm，掏槽深度2400mm。一级掏槽孔孔间 距为1200mm，一级、二级掏槽孔间距为800mm。具 体布置的爆破钻孔见图3，爆破钻孔参数见表3。 名称性质走向倾向 倾角 / 落差 /m 影响 范围 影响 程度 F2断层正SEN80W60 16～ 19 运 输 顺 槽0～ 332 m外侧 小 F3断层正SEN80W753 运输顺槽600～ 717m外侧 大 F7断层正SEN80W682.5 运输顺槽985～ 1017m外侧 大 类型岩性 厚度 /m 抗拉强 度/MPa 抗压强 度/MPa 岩性特征 基本顶石灰岩6.54.442.3 结构致密，少量 节理裂隙，硬度 较大 直接顶 砂质泥岩、 细砂岩 1.41～1.935～41 水平层理结构致 密 直接底砂质泥岩4.80.816 质地较软，裂隙 较为发育 基本底粉砂岩3.0549 长石类为主及少 量石英，硬度较 大 130 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 （a）爆破孔参数 （b）爆破孔布置位置 图3爆破钻孔 表3有掏槽孔松动爆破参数 2.3优选爆破方式 有掏槽眼爆破与无掏槽眼爆破相比具有以下 优点 （1）爆破时产生的飞矸量少，不会出现爆破后 的碎石压死刮板输送机问题，整个爆破过程对回采 工作面生产影响较小。 （2）一次爆破时的爆破钻孔数量少，但是也存 在整个采面过断层期间的爆破次数多问题。 从保护综采设备以及爆破对采面生产影响等 方面考虑，最终选用的松动爆破技术过断层方案为 具有两级斜孔掏槽松动爆破方式。 3.1现场爆破孔施工 在回采工作面进行5次松动爆破试验，最终确 定出150203采面施工的破岩孔深度为1800mm、掏 槽孔深度为1600mm，具体井下应用的爆破钻孔布 置方式见图4。 图4现场实际爆破孔设计 表4现场实际爆破孔参数 为了提高爆破孔封孔效率，避免预先制作的炮 泥水分挥发而失去堵塞效果问题，炮泥进行现场振 动制作。 布置在断层中的破岩孔内单孔装入炸药量 为0.6kg；在断层两侧煤岩体中布置第一排掏槽孔， 孔内装入炸药量为0.8kg，第二排掏槽孔内装入的 炸药量为0.8kg，爆破方向与刮板输送机运行方向 相反。施工的炮眼综合利用率在90以上，现场取得 了显著的破岩松动效果，爆破时产生的飞矸数量较 少，后续的松动爆破也表明，采用1800mm松动爆破 深度可以确保采面顺利通过断层。 3.2应用效果 在回采工作面内采取松动爆破参数取得显著 的应用效果，具体为 （1）爆破结束后在爆破钻孔周边350mm范围内 的煤、岩体较为破碎，在350～650mm范围内煤、岩 体裂隙、缝隙发育明显，在650～850mm范围内产生 的较多的细微裂隙，爆破后产生的块度均衡，大块 岩块产生量低，炮眼综合利用率达到90以上。坚硬 的砂岩、石灰岩等完整性显著降低，避免采煤机直 接硬割坚硬岩石带来的设备磨耗严重，故障率高等 问题； （2）在整个松动爆破过程中，几乎没有飞矸抛 掷现象发生，有效保护了液压支架、刮板输送机以 及其他距离爆破点较近的机电设备安全。 爆破产生 的振动小，对回采巷道以及采面顶板岩层稳定性影 响不显著； （3）通过采用“挑顶”、“卧底”等辅助措施，回采 工作面实现快速、安全通过断层，显著提高了采煤 机截割煤、岩效率。 钻孔 类型 钻孔 编号 数量 ，个 雷管 数量 ，个 深度 ，mm 堵塞 长度 ，mm 炸药消耗 量，（kg/ mm） 装药量，kg 单孔合计 破岩 孔 1号422600 ＞750214 2号812000 ＞7502.50.86.4 掏槽 孔 1号652400 ＞7500.616 2号642400 ＞7500.616 3号632400 ＞7500.616 总计3028.4 类型编号 数量 ，个 雷管 数量 ，个 深度 ，mm 堵塞 长度 ，mm 炸药消耗 量，（kg/ mm） 装药量，kg 单孔合计 1611800 ＞6002.50.63.6 2321600 ＞6000.80.82.4 3331600 ＞6000.80.82.4 4341600 ＞6000.80.82.4 5351600 ＞6000.80.82.4 总计1813.2 破岩 孔 掏槽 孔 131 江西煤炭科技江西煤炭科技2020年第2期 1）根据综采工作面现场实际情况，综合对比分 析掏槽孔爆破以及无掏槽孔爆破两种方式，最终优 选两级斜孔掏槽松动爆破方式更适合150203采面 过断层。 2）对两级斜孔掏槽松动爆破参数进行具体设 计，现场应用表明，采用的松动爆破技术可以对坚 硬砂岩、石灰岩进行松动，避免采煤机直接截割坚 硬岩层带来的设备损耗严重问题，同时爆破时几乎 无飞矸产生，保障了爆破点附近的刮板输送机、液 压支架及其他机电设备的安全。 3）采面采用直接过断层技术措施，减少工作面 过断层搬家次数，显著提升了综采工作面生产效 率；避免掘进新的回采巷道，减少巷道掘进工程量； 降低了煤炭资源损失，提高煤炭采出率。 参考文献 ［1］ 祁虎根,薛宝平.综采工作面过断层安全管理技术措施 应用［J］.山东煤炭科技,2019（10）6-710. ［2］ 张瑞波.煤矿综采工作面过断层技术分析［J］.陕西煤 炭,2019,38（3）132-134140. ［3］ 赵子波.1216工作面过断层安全技术措施探讨［J］.山 东煤炭科技,2019（4）31-3235. ［4］ 徐海峰,王德玲,林飞.松动爆破技术在综采工作面过 断层中的应用试验［J］.煤矿爆破,2019,37（1）5-719. ［5］ 李启锋.综采工作面过断层施工工艺及安全措施研究 ［J］.山东煤炭科技,2018（10）73-74. ［6］ 秦怀珠,秦旭智.大贤煤矿3807综采工作面松动爆破过 断层［J］.建井技术,2018,39（1）17-19. ［7］ 王红浩,王宏耀,王明甫,等.松动爆破在硬煤综采工作面过 断层技术中的应用［J］.煤炭工程,2018,50（2）70-7277. ［8］ 成雪纯.综采工作面过硬岩松动爆破技术研究及应用 ［D］.太原理工大学,2016. 作者简介郝淑荣（1975-），男，本科学历，采煤工程师，副 科长， 现在山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司工 作 收稿日期2020-02-17编 辑李永华 人一种初心、坚守、执着和信任。 需 要我们测绘人共同去努力，去探索，去实现。 尽早实施注册测绘师执业制度，是我们所有注 册测绘师的共同愿望。 运用我们所学的专业知识， 掌握的专业技能依法依规服务于测绘地理信息行 业，体现测绘人的自身价值。 一方面，国家测绘地理 信息行政主管部门，要全面调研，结合资质、行业现 状、行业发展趋势、注册测绘师的现状及继续教育 等因素充分考虑，完善制度，并尽快出台相关政策， 落实注册测绘师执业制度；另一方面，测绘单位和 注册测绘师，也要不断提升自身的技术、质量管理 水平，完善技术、质量管理制度，跟踪行业前沿发 展，及时更新专业知识，提高专业技术水平，探索出 一条适合我国测绘地理信息产业建设的执业之路， 无愧为世界测绘地理信息强国。 参考文献 ［1］ 国家测绘地理信息局.注册测绘师执业管理办法（试 行），2014. 作者简介王挺（1975-），男，江西波阳人，本科学历，测 绘高级工程师，现在江西省煤田地质局测绘大队工作。 收稿日期2020-04-08编 辑郑学涛 （上接128页） 132