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《美食研究》2017年第4期

摘要:為解決青東煤礦824里硬煤綜采工作面快速穿過斷層的技術難題，結合工作面地質和生產條件，采用了松動爆破技術，得到了松動爆破參數和工藝流程。研究結果表明，松動爆破效果較為理想，煤巖體進行了充分的預裂和松動，且幾乎沒有產生碎石飛擲現象;松動爆破使得采煤機順利且快速地通過了綜采工作面，而無需重新開挖切眼繼續開挖煤層，提高了生產效率，減少了預留煤柱的損失。

關鍵詞:松動爆破;硬煤;綜采工作面;過斷層

隨著采煤技術的提高以及現代化采煤設備的運用，綜采逐漸成為我國煤炭開采過程中的主要方式［1］。開采深度的不斷增加，使得采煤工作面的地質條件更加復雜，可開采的煤層中經常會遇到斷層等地質構造，嚴重影響采煤工作的有序推進，并且留下了安全的隱患［2－5］。為了解決上述問題，諸多學者和技術專家提出了多種綜采工作面穿過斷層的方法［6，7］，如調整割煤高度、“挑頂起底”、“搬家跳采”等。當斷層落差較小，采煤機往往直接破煤強行通過斷層，但這有可能對刀具造成很大程度的破壞。當斷層構造復雜時，采煤機不能直接通過時，往往采取“搬家”的辦法，頻繁地改變工作面，會大幅增加巷道的開拓及維護成本［8］。為了解決上述難題，爆破技術被廣泛地運用于煤礦生產實踐當中［9，10］。炸藥在炮眼內爆炸后產生強沖擊波和大量的高溫高壓氣體，使得質點發生移動，產生裂隙，造成周圍物質的損壞［11］。但是一般的爆破過程可能造成頂板的嚴重破壞，出現斷裂、垮落等動力現象，損壞機械設備，甚至造成安全事故，導致工作面被迫停產。松動爆破技術是指利用爆破產生的能量使得爆破的對象內部發育大量的裂隙而產生松動，但是不發生爆破現象的一種技術［12］。在采礦工程領域，通過松動爆破對斷層進行處理，不僅能夠保護巷道及煤層頂底板結構的穩定，而且實現了采煤機能夠順利且較為快捷地通過綜采工作面，提高生產效率及煤炭資源的回收率［13，14］。因此作者針對青東煤礦824里工作面斷層較多的特點，結合實際地質及生產條件，選擇適當的爆破參數及爆破工序，探索利用松動爆破技術使得工作面快速通過斷層。

1工作面概況

本次實施松動爆破的綜采工作面為安徽省淮北市青東煤礦8煤層824里工作面。8煤層硬度系數f=5.25.，工作面采深約400m，走向長度為260m，寬度為140m;煤層平均傾角為8°，平均煤厚為6.3m，為穩定厚煤層。824里工作面地質構造復雜，斷層與褶曲發育較多。824里機巷與風巷及切眼施工過程中共揭露斷層13條，均為正斷層。

2松動爆破技術實施

2.1松動爆破技術

參數824里工作面斷層落差較大，巖石硬度較高，宜采用深孔爆破的形式［15］。深孔爆破具有單位鉆孔量小、炸藥消耗量低、爆破效率高的優點，對巖石的破碎效果較好，且碎石的尺寸較容易符合預定的要求［16，17］。2.1.1裂隙圈半徑裂隙圈半徑是松動爆破的關鍵參數之一。根據裂隙圈的半徑計算炮眼的間距，以充分利用應力波的疊加作用，使得炮孔周圍煤巖體能夠充分預裂與松動，減少破碎煤巖體的飛擲，保障圍巖結構的穩定與巷道設施的安全。

2.1.2最小抵抗線裝藥中心距煤巖介質自由表面最短距離即為最小抵抗線，以W表示。當W超過某一臨界值Wc時，爆破的破壞作用僅限于介質內部，不會在自由表面上產生爆破的痕跡。因此裝藥的深度必須大于臨界抵抗線。

2.1.3裝藥量爆破過程中最重要的是要確定單孔炸藥量。為了使煤巖體松動而且不引起煤巖體的過度破壞，炸藥量必須嚴格控制。炸藥量與巖石體積、炸藥類型、孔洞填充條件及其他因素有關。

2.1.4炮眼間距記炮眼間距為a，應考慮到爆破裂隙全的半徑，且滿足a＜2Rp，根據現場實際爆破結果進行優化，保障炮眼間裂隙發育完全，利于綜采機的切割進尺。

2.1.5炮孔排距考慮到堅硬斷層巖石的厚度，一般地，炮孔排距取值b=(0.8～1.0)a＜2Rp。2.1.6炮孔孔徑鉆鑿裝藥炮孔直徑d為75mm，不裝藥的空孔直徑為94mm。

2.1.7炮眼深度炮眼深度l的確定需要綜合考慮鉆孔設備、工作效率、施工技術、爆破效果和生產管理等多種因素。炮眼深度要考慮爆破后煤巖層的弱化效果，視推進度而定。

2.1.8炮眼角度炮眼角度θ需要合理，過大則會導致沿煤層傾角方向爆破范圍縮小，過小則容易導致頂板過于破碎，難以管理。結合煤巖層的地質條件確定炮眼角度，使得炮眼處于要求松動的巖石內，炮眼與煤層的水平夾角一般為55°～80°。

2.2松動爆破工藝流程

考慮井下地質條件的復雜性和實際要求，根據《煤礦安全規程》［18］與《爆破安全規程》［19］，結合工作面的地質條概況的地質報告，制定爆破流程［20］。主要包括打眼、裝藥、填炮泥、聯炮線及放炮等工序，即用電鉆在煤巖壁上鉆炮眼，然后在炮眼內裝入礦用安全炸藥、聯線，通過電雷管起爆炸藥，使得炮眼一定范圍內的煤巖體松動、破碎，但不產生飛擲現象。具體的爆破參數根據該礦既有的工作實踐以及規律總結，參考了相關的文獻及著作進行確定。既要保證井下爆破作業的安全，又能節約成本投入，降低技術障礙和操作難度。爆破后對效果進行檢驗，如果效果不理想，可以調整爆破參數，最終達到滿意的技術應用效果。

1)打眼。采用MK－150型液壓鉆機實施鉆孔工作，盡量避免鉆孔軸與頂板錨桿、錨索相交，鉆孔成型后應立即加套護壁管，防止安裝支架時塌孔或者錯位。炮孔布置在風巷工作面煤壁上，采用梅花形方式布置，以減少大塊煤巖的產生，改善破碎效果。炮眼間距為1200mm，炮眼排距為800mm。

2)裝藥。裝藥前采用特指塑料螺旋桿探孔。采用煤礦許可三級水膠炸藥藥卷，以黃泥為封堵材料采用1～5段毫秒延期電雷管，將炸藥卷和雷管裝入到炮眼之中。導爆索嚴禁沖擊、擠壓。遇到塌孔情況，進行壓風處理，配合探孔管清掃。

3)填炮泥。為了提高炸藥的利用率，保障爆破效果，減少有害氣體的產生與擴散，在藥卷全部裝入后，空眼部分用炮泥將其全部充填，封孔長度為7～10m。

4)聯線。采用串聯法聯線，分段爆破。每個起爆包布置兩發同段雷管，分別用膠紙爆破線引出孔外，確保起爆可靠。

5)放炮。起爆點須設置在工作面進風巷一側，距離最近爆破炮孔150m以外。確保爆破地點附近20m范圍內瓦斯濃度在1%以內。放炮過程嚴格執行“一炮三檢”與“三人連鎖放炮”制度。

2.3安全注意事項

為了保障爆破安全，使得工作面順序通過斷層，需要充分考慮工作面的安全作業情況，做好下列安全防護措施。1)鉆孔、裝藥、放炮要及時，不留多余炮孔。裝藥前應先探孔，確保孔內清潔且完整。若有塌孔則應重新透孔或減少裝藥深度。2)放炮前，必須對支架進行二次注液，確保立柱有足夠的支撐力。3)應對爆破地點的電纜、管道、立柱等設施做好保護工作，采煤機必須在放炮地點以上至少30m，防止炮擊采煤機。4)每次爆破后必須檢查爆破點的，檢查通風、瓦斯、煤塵等情況，確保無異常情況，若發現有瞎炮，必須作上記號，按規定處理。5)工作面打眼、定、放炮期間，工作面煤機、運輸機不得運行，并將其停止運行閉鎖。6)工作面掉頂處穿頂時，必須先檢查頂板情況，敲幫問頂，摘除懸矸、危巖，確認頂板穩定后，方可穿行。嚴禁空頂作業。

3效果檢驗

本次爆破參數和工藝結合了工作面的實際情況進行了合理的理論計算和妥善的操作流程，取得較為理想的效果。

1)爆破結束后，發現炮孔周圍0.35m左右范圍內煤巖體基本破碎，0.35～0.6m范圍內裂隙、裂縫顯著，0.6～0.85范圍內細微裂隙發育較多，煤巖體預裂、松動效果顯著，爆破塊度較為均勻，大塊率小。炮眼利用率較高，超過90%。煤巖體的整體性大大降低，減少了對采煤機直接通過斷層的損傷，這說明爆破過程所采用的爆破參數及爆破工藝較為合理。

2)爆破過程中幾乎沒有產生飛石等破碎體拋擲的現象，很好地保護液壓支架、刮板輸送機等爆破地點的機電設備。爆破產生的震動影響較小，巷道及頂板的穩定性未受到影響。

3)輔以“挑頂”、“挖底”措施，采煤機實現了快速且安全地通過斷層區域，減少了新的巷道開拓，大幅地推進了生產進度，提高了采煤工作的效率。統計顯示，目前該綜采工作面的實際采出率已達到80%，避免了因留煤柱導致資源浪費，提高了礦井的效益。

4結論

1)結合工作面地質和生產條件，通過理論計算得到了單孔裝藥量等松動爆破的技術參數，制定了爆破流程和安全防護措施。

2)松動爆破對煤巖體實現了很好的預裂與松動的效果，使得采煤機順利且快速地通過工作面，保障了爆破地點的機電設施安全和圍巖的穩定。

3)綜采工作面直接穿過煤層，大幅提高了采煤作業的生產效率，推進了生產進度，減少了巷道的開拓，減少了煤柱損失。

4)本次松動爆破技術的運用為類似地質及生產條件的綜采工作面直接穿過斷層工程實踐提供了有益的技術借鑒，能夠有效地緩解采掘接替緊張的局面，提高資源的回采率。

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作者：王紅浩1；王宏耀1；王明甫2；王佳麗2 單位：1.鄭州煤炭工業(集團)楊河煤業有限公司，2.新鄭煤電有限責任公司