李 東 王日剛 王廣偉

（山東新巨龍能源有限責(zé)任公司，山東 菏澤 274918）

1 概況

對于落差大、延伸距離長的斷層，在綜采工作面布置中比較常見。若采用采煤機(jī)強(qiáng)行推過，存在破巖效率低、截齒消耗大等問題。傳統(tǒng)過大落差斷層技術(shù)常用有挑頂起底法和搬家跳采法。挑頂起底法采取預(yù)先設(shè)計(jì)好挑頂或起底的過斷層路徑，在工作面以淺孔爆破和采煤機(jī)破巖相結(jié)合的方式推進(jìn)，但工作面附近爆破施工時(shí)設(shè)備防護(hù)難，常炸壞支架，同時(shí)，淺孔爆破量小，邊放炮邊推進(jìn)循環(huán)次數(shù)多，致使工作面推采緩慢，不僅擾亂了回采接續(xù)，還存在采空區(qū)煤炭自燃等安全隱患。搬家跳采法則需要進(jìn)行大量巷道掘進(jìn)及維護(hù)，且工作面撤除及安裝工序繁瑣，存在煤炭損失嚴(yán)重、工期長等缺點(diǎn)。

山東能源新巨龍公司多個(gè)工作面受到了大落差斷層影響，煤層頂?shù)装鍘r石多為細(xì)砂巖，硬度較大，傳統(tǒng)過斷層技術(shù)無法滿足高效采煤需求，根據(jù)現(xiàn)場條件設(shè)計(jì)了“深孔預(yù)裂爆破”的高效過斷層模式，即沿?cái)鄬用鎸?shí)施寬巷掘進(jìn)，將采煤機(jī)截割范圍內(nèi)巖石盡可能的提前排出，同時(shí)在巷道中對硬巖進(jìn)行預(yù)裂爆破，從而實(shí)現(xiàn)過斷層不減產(chǎn)的目的。

2 預(yù)裂爆破巷道的掘進(jìn)

2.1 預(yù)裂爆破巷布置原則

由于爆破巷兼顧探測、排矸與爆破三項(xiàng)用途，布置時(shí)應(yīng)綜合考慮巷道施工安全、施工難度、爆破孔布置、爆破振動(dòng)控制等因素。

（1）斷層面為應(yīng)力降低區(qū)，為保證掘進(jìn)期間安全，預(yù)裂爆破巷需沿?cái)鄬友由旆较蚓蜻M(jìn)，可沿?cái)鄬用婊驍鄬酉卤P底板掘進(jìn)；

（2）提前設(shè)計(jì)過斷層采煤機(jī)割煤過渡段，盡可能將爆破巷設(shè)計(jì)在巖石中提前排矸，減少丟煤；

（3）爆破巷高度需與工作面采高相同，避免推采過程中破壞頂板支護(hù)；

（4）炮孔偏斜率是保證爆破效果的關(guān)鍵因素，炮孔越長，偏斜率越高，爆破效果越差，為減小爆破孔長度，預(yù)裂爆破巷須布置在斷層巖石過渡段中部，均衡巷道兩幫炮孔長度；

（5）巷道寬度應(yīng)考慮鉆孔機(jī)具設(shè)備擺放需求以及施工便利。

2.2 預(yù)裂爆破巷施工參數(shù)

提前對爆破巷布置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選擇合適的間隔距離H對綜采工作面斷層情況作平剖面分析，其中H可選擇5～10m，如圖1、2，利用三角函數(shù)關(guān)系可知某一段巷道走向角度θ。

圖1 爆破巷布置平面示意圖

圖2 爆破巷布置剖面示意圖

3 深孔預(yù)裂爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.1 爆破孔孔徑

爆破孔直徑是影響爆破不耦合系數(shù)、爆破區(qū)域裂紋擴(kuò)展、爆破區(qū)域巖體松散度等的重要因素。對于深孔預(yù)裂爆破來說，當(dāng)炮孔孔徑較小時(shí)，由于受裝藥量的影響，爆炸能量相對較小，會(huì)導(dǎo)致爆破區(qū)域巖體松散性系數(shù)較小，爆破效果不理想。同時(shí)，由于孔徑相對較小，在施工鉆孔過程和鉆孔完成之后，鉆孔偏斜率無法保證，裝藥工作也會(huì)受影響。當(dāng)炮孔孔徑過大時(shí)，不但會(huì)增加鉆孔的工作量，也會(huì)經(jīng)常發(fā)生卡鉆、塌孔等現(xiàn)象，將增大鉆孔的難度。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，深孔預(yù)裂炮孔直徑可選擇在75～100mm 之間。

3.2 炮孔孔深

孔深與孔徑之間的關(guān)系也相當(dāng)密切，考慮裝藥量及炮孔封堵長度等參數(shù)的情況下，孔徑小，炮孔深度也應(yīng)淺些，孔徑大，則炮孔深度也要求深些。此外，炮孔深度也與爆破區(qū)域有關(guān)，在過斷層的情況下，孔深應(yīng)隨著斷層的走向變化、所爆破巖層厚度、爆破振動(dòng)控制要求等變化。綜上所述，為保證良好預(yù)裂爆破效果，煤礦深孔預(yù)裂爆破鉆孔一般情況下打孔時(shí)見煤層即停止，炮孔深度可在10～30m。

3.3 炮孔間距

根據(jù)巖石硬度情況，巖石硬度較大時(shí)可選擇較小的炮孔間距，巖石硬度較小時(shí)選擇較大的炮孔間距，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)炮孔間距可暫定為2～5m，然后進(jìn)一步驗(yàn)證并優(yōu)化。先在試驗(yàn)區(qū)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)鉆兩個(gè)炮孔，清理孔內(nèi)巖渣、煤渣，并進(jìn)行裝藥、封堵；隨后在兩炮孔連心線中點(diǎn)鉆一相同深度鉆孔，保留孔內(nèi)積水，孔口處進(jìn)行一小段封堵，避免孔內(nèi)巖渣、積水沖出炮孔；完成施工后進(jìn)行爆破試驗(yàn)，試驗(yàn)后利用鉆孔窺視儀觀察中心鉆孔積水以及孔內(nèi)裂隙，根據(jù)爆破結(jié)果進(jìn)行炮孔間距再優(yōu)化。

3.4 裝藥方式

（1）爆破炸藥選用煤礦許用二級(jí)水膠炸藥，直徑27mm，每根長度300mm，重量約0.3kg。在鉆孔內(nèi)裝藥時(shí)，采用三節(jié)藥卷捆綁的方式增加直徑，將導(dǎo)爆索串聯(lián)于炸藥中間，如圖3。

圖3 三節(jié)捆綁藥卷截面圖

（2）裝藥方式為不耦合裝藥，正向起爆，每個(gè)爆破孔采用雙雷管，雷管以并聯(lián)的方式連接，炸藥之間采用導(dǎo)爆索連接，導(dǎo)爆索延至炮眼外3～5cm。

（3）封堵采用水泥漿封堵，封堵長度一般不低于炮孔長度的0.25倍，可根據(jù)爆破效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

① 俯視炮孔封堵方法。為防止水泥漿流入裝藥段，封堵炮孔前用炮泥對炸藥頂部進(jìn)行密封。導(dǎo)爆索貫穿整個(gè)炮眼，在眼口處采用兩支水炮泥包裹，以便于檢查是否爆破成功，如圖4所示。

圖4 俯視孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

② 仰視炮孔封堵方法。仰視炮孔裝完炸藥后，將回漿管塞入孔內(nèi)至炸藥頂端，在回漿管另一頭用封堵材料對孔口進(jìn)行封堵，開始向炮孔內(nèi)注入水泥漿，注漿完畢后堵住注漿口。導(dǎo)爆索貫穿整個(gè)炮眼，在眼口處采用兩支水炮泥包裹，以便于檢查是否爆破成功，如圖5所示。

圖5 仰視孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

4 深孔預(yù)裂爆破應(yīng)用

4.1 區(qū)域爆破

為了控制爆破振動(dòng)影響，降低最大一次起爆裝藥量，同時(shí)考慮起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)難度，提出“區(qū)域爆破”思路，即根據(jù)所爆巖層厚度以及最大一次起爆藥量對爆破振動(dòng)進(jìn)行預(yù)測，將爆破區(qū)域進(jìn)行劃分，單次起爆藥量應(yīng)控制在200kg以內(nèi)。

起爆時(shí)同區(qū)域炮孔同時(shí)起爆，當(dāng)采用水泥漿封堵炮孔形式時(shí)，由于封堵施工時(shí)將成團(tuán)導(dǎo)爆索置于孔口附近，可根據(jù)各孔口處是否有封口炮泥隆起或沖飛的現(xiàn)象判斷炸藥起爆情況，及時(shí)處理“盲炮”，確認(rèn)安全后，下一區(qū)炮孔再起爆。

4.2 應(yīng)用效果

本次工作面過大落差斷層通過應(yīng)用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，在合理運(yùn)用爆破參數(shù)，嚴(yán)格執(zhí)行施工工藝的前提下，取得了良好的預(yù)裂爆破效果，滿足了采煤工作面過大落差斷層的相關(guān)要求。

爆破過程中沒有出現(xiàn)拒爆、沖孔的現(xiàn)象，爆破后炮孔間形成連續(xù)的、基本上沿著炮孔連線方向的裂縫，且預(yù)裂縫基本保持在0.5～1cm之間。在割煤機(jī)割到爆破區(qū)域后時(shí)，經(jīng)過觀察可以發(fā)現(xiàn)，在炮孔周圍0.3m左右的范圍巖石基本全部破碎，0.3～0.7m范圍內(nèi)巖石的裂紋縫隙明顯，在0.7～0.8m范圍內(nèi)巖石產(chǎn)生細(xì)微裂紋，巖石剝落后級(jí)配大小合理。

本次深孔預(yù)裂爆破為超前處理，因此工作面過斷層時(shí)間大大縮短，降低了機(jī)具損壞率，保證了工作面生產(chǎn)的連續(xù)性，緩解了工作面接替緊張局面，有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

爆破效果如圖6所示。

圖6 爆破效果圖

5 結(jié)語

采用采煤面過大落差斷層深孔預(yù)裂爆破技術(shù)，擺脫了跳采搬家、另開切眼過斷層的傳統(tǒng)工藝的困擾，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度；超前處理斷層，保證了工作面正常的生產(chǎn)接續(xù)。該技術(shù)為復(fù)雜地質(zhì)條件下工作面過斷層開辟出一條新道路。