深孔预裂爆破在工作面过大落差断层中应用

吴胜明

【摘 要】 传统回采工作面过大落差断层采用搬家方式，存在耗时长、煤炭资源浪费等问题。本文提出将深孔预裂爆破技术应用于采面过大落差断层中，辅助采煤机割岩，并详细对爆破钻孔装药结构、装药方式、封孔、爆破等技术进行分析。现场应用表明，采用深孔预裂爆破技术后，爆破孔间岩石块度分布均衡，爆破破岩效果显著，可以辅助采煤机破岩，使得采煤机可以顺利通过大落差断层。

【关键词】 大落差断层;深孔爆破;装药结构;封孔方式

【中图分类号】 TD235 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2020）02-0022-03

回采工作面过断层难易程度与开采煤层厚度、顶底板岩性、断层产状以及开采条件等相关，现阶段针对大落差断层（落差20～50m），采面一般采取跳采方式，但是这种方式需要掘进新的切眼、回采设备需要搬家，耗时费力。采用深孔预裂爆破技术，为采面平推硬过大落差提供了一种可选方案，但是深孔爆破技術应用过程中也存在爆破孔施工精度低、爆破振动影响围岩以及封堵要求高等问题，采取合理的技术措施，可以有效降低上述问题对采面影响。文中就对深孔预裂爆破过断层技术在回采工作面过断层应用实践进行分析，以期能为其他矿井类似情况提供一定借鉴。

1工程概况

山西某矿2303回采工作面走向2360m，斜长268.4m，根据回采巷道、切眼掘机揭露地质资料显示，采面开采的3号煤层厚度在4.2～10.8m，平均7.6m，煤层倾角介于4°～11°，顶底板岩性见图1。采面推进至2×32导线点北侧40m位置时会揭露FD6断层（H=10.3m∠70°），具体采面揭露断层见图2，根据前期地质勘探资料，断层在2303采面内延伸长度约为430m，对采面生产造成较大影响。

由于3号煤层为矿井主采煤层，且煤层厚度平均在7.6m，若直接舍弃断层影响附近煤层，势必会造成宝贵的煤炭资源浪费，且影响矿井正常生产。通过综合分析，矿井决定采用深孔爆破技术过FD6断层。

2深孔爆破技术方案

2.1爆破区域划分

根据2303揭露的FD6断层参数，并依据断层对回采工作面开采影响程度差异，将采面过断层划分为A、B、C三个区域。其中A区域位于2×32探孔北38m～12m，长度约为26m，可以具体细化成A1～A3三个区域;B区域北侧为A区域边界，南侧为探巷2号终止处，长度约53m，可以具体细化成B1～B5五个区域，A、B区域内的爆破孔均布置在2303下平巷。

C区域北侧为B区域边界，南侧为探巷1号与FD6断层交汇处，长度约73m，可以具体细化成C1～C6五个区域，其中由于C3～C6范围内断层对采面影响较小，因此不需要爆破。在C1～C3段爆破孔布置在探巷2号内。具体划分位置见图2。

2.2爆破钻孔布置

由于受到FD6断层影响，在断层影响范围内煤层赋存变化显著，依据需要爆破的岩层厚度对爆破钻孔布置进行确定，其中爆破岩层厚度在1.5m以内时，采用单排爆破孔方式;爆破岩层厚度在1.5～2.5m时，布置两排爆破孔，上下交错成三花眼方式;当爆破岩层厚度大于2.5m时，布置三排爆破孔，上下交错成五花眼方式。

2.3装药结构

装药结构为正向不耦合的三节捆绑式，可以满足小直径药卷、大直径爆破孔要求，具体装药结构见图3。现场钻进的爆破孔孔径为76mm，采用矿井二级需用乳化炸药，直径27mm，长度100mm，质量100g/节。采用的装药结构通过增加单位长度爆破孔装药量，提高爆破预裂效果。

2.4封孔

为了避免爆破时冲孔显现发生，封孔采用素水泥浆封孔，水泥浆水灰比控制为1∶1，并按照水泥用量的3.5%添加早强剂（甲酸钙）。封孔采用水泥浆后，水泥量可以流入到钻孔周边岩层裂隙中，经过1d养护水泥强度与周边岩层强度接近，可近似认为是同一种介质，从而提升爆破孔孔壁黏结性。

由于灌注的水泥浆具有流动，根据爆破孔倾角不同，具体有仰角炮孔、俯角炮孔两种封孔结构，俯角炮孔封孔先采用炮棍将止浆炮泥塞至乳化炸药顶端，随后向爆破孔内注入素水泥浆，在爆破孔孔口0.3～0.5m范围内用封孔炮泥充填。仰角炮孔应先插入带有弯头的注浆管顶住乳化炸药，并在距离孔口0.3～0.5m处塞止浆炮泥塞，通过注浆管向炮孔内注入素水泥，封孔完毕后用止浆塞封堵注浆管，并用封孔炮泥充填孔口空间。具体封孔结构见图4。

2.5各区爆破参数

依据深孔爆破相关研究成果，以及回采工作面采煤需要，在划分的各区内设计爆破的爆破孔参数见表1。

2.6起爆顺序

由于在A区、C区内爆破孔装入炸药量少，爆破孔可以直接起爆。由于B区域内爆破孔装入炸药量多，因此爆破孔起爆必须分2～3次进行。为了降低爆破对巷道围岩影响，分段起爆时增加保护侧边缘爆破孔、次边缘爆破孔封孔长度，从而降低爆破引起的自由面效应，具体见图5。

3爆破效果分析

（1）爆破后爆破孔孔口封孔炮泥均出现一定程度隆起，冲出量较少，未出现盲炮、冲孔显现，采煤机截割到爆破区域时爆破孔间存在贯通裂缝，爆破孔间岩石块度分布均衡，深孔预裂爆破破岩效果较为理想，这主要是由于施工的爆破孔质量高、采用的装药结构较为合理，同时采用素水泥浆封孔确保了乳化炸药爆炸后能量在爆破段的充分扩张，延长爆生气作用爆破孔岩壁时间，从而导致周边岩层内裂隙得以充分扩张。现场效果见图6。

（2）爆破时仅仅在2302下平巷B区段内装药量较多区间存在微弱的顶板岩层脱落问题，巷道支护结构未受到较大影响。

4结束语

本文将深孔预裂爆破应用到回采工作面过大落差断层中，并对爆破钻孔施工参数、装药结构、封孔技术以及起爆方式进行详细阐述，取得以下主要研究成果：

（1）通过对装药结构以及装药技术进行优化，采用素水泥浆作为封孔材料，爆破孔封孔质量显著提升，在现实使用过程中未再发生冲孔显现;

（2）通过采用分段集中爆破方式，控制一次爆破时炸药量，减少爆破产生振动影响范围，确保爆破范围内支护结构以及机电设备安全。

矿井在2302工作面采用深孔爆破技术后，降低了采煤机截割岩层难度，实现了回采工作面平推硬过大落差断层。采用深孔预裂爆破技术后，回采过断层耗时为26d，耗时仅为搬家过大断层技术的1/2，取得显著的经济效益，为其他矿井过大落差断层提供一定的经验借鉴。

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