综采工作面过断层超前弱化技术研究

2023-02-21程如春

山西化工 2023年1期

程如春

（西山煤电斜沟矿，山西兴县 035300）

引言

断层上下盘错断会导致煤层及顶板连续性遭到破坏，当断层落差较小时一般不会给煤炭开采带来较大影响；当断层落差较大则导致底板或者顶板岩层侵入到煤层内，给采面生产带来显著制约[1-3]。若入侵到采煤内岩体松软、强度较低时，则可通过采煤机直接截割破岩方式过断层；若岩体坚硬较大时，采煤机破岩则存在磨损严重、破岩效果差等问题，此时可通过采取弱化措施对坚硬岩层进行处理[4-5]。煤矿井下常用的弱化措施包括有水力压裂、深孔爆破及CO2致裂等措施，其中深孔爆破具备有便于操作、成本低等优点，可在回采巷道内或者措施巷内向断层施工爆破钻孔，提前对断层内坚硬岩体进行弱化，提高采面过断层效率[6-8]。山西某矿31205 综采工作面回采范围内存在有DF19 断层，断层落差较大且岩体坚硬，为此提出采用预掘巷道措施对断层进行弱化，提前为采面过断层创造良好条件。本文对现场采取的措施进行分析，以期为其他矿井回采工作面过断层工作开展提供参考。

1 31205 综采工作面概况

31205 综采工作面位于2 采区，回采的3-1 煤厚度4.1 m，埋深320 m，倾角5°，开采范围内煤层结构简单。31205 工作面走向长3 580 m、倾向长280 m，3-1 煤顶底板以砂质泥岩、细砂岩为主，具体岩性如表1 所示。

表1 顶底板岩层结构

31205 回采工作面开采范围内有DF19 断层，该断层斜穿工作面，预计影响采面推进长度约58 m。为提高采面过断层效率，提出在断层一侧施工措施巷，对断层内坚硬岩体进行弱化。

2 断层超前治理技术

2.1 措施巷掘进

在31205 运输巷内沿着DF19 断层上盘在采面内分布位置施工措施巷，在措施巷内向采面推进方向施工爆破弱化钻孔。具体措施巷布置位置如图1 所示。措施巷用综掘方式，沿着3-1 煤底板掘进，施工方位角为300°。

图1 预掘巷道施工位置

2.2 过断层技术

根据31205 回采工作面内DF19 断层分布情况，并考虑采面综采设备性能，确定最大开采倾角控制在7°以内。具体提出过断层技术措施方案为：在DF19断层交面线位置按照-7°俯角推进，回采过断层；在距离断层交线一定距离时按照-7°俯角推进并在断层上盘与预先掘进的措施巷相交，具体如图2 所示。

图2 采面过断层示意图

具体两种过断层技术方案对比情况如下页表2所示。

表2 方案优缺点对比

通过综合比对分析，决定采用在距离断层交线一定距离时按照-7°俯角推进并在断层上盘与预先掘进的措施巷相交技术措施过断层。为提高采面回采效率，需要在措施巷内施工深孔预裂爆破钻孔对坚硬岩层进行弱化。在措施孔内施工的爆破钻孔沿着采面底板细粒砂岩中施工，煤层直接底为砂质泥岩，强度较低，不需要采用爆破弱化；爆破孔深度控制在45 m～60 m，由于钻孔在细粒砂岩内施工，钻孔成孔效果相对较好。

2.3 措施巷内爆破钻孔施工工艺

2.3.1 装药方式

施工的爆破钻孔采用间隔装药方式，钻孔封孔长度控制在10 m～15 m，具体装药结构如图3 所示。将爆破使用的炸药装入到孔底内，药卷装入长度控制在10 m，并在邻近药卷间留设0.8 m空气柱；药卷与孔口封堵段间采用6 m水泡泥充填。孔口封堵段采用规格为65 mm×250 mm 的封孔材料封堵。

图3 钻孔内装药结构示意图（单位：m）

2.3.2 钻孔装药量

爆破弱化钻孔单孔装药量可通过下述公式计算：

式中：Q 为药卷使用量，kg；q 为炸药消耗量，取0.28 kg/m3～0.35 kg/m3；V 为预裂弱化岩体体积，m3。

根据现场施工条件，计算得到不同钻孔深度时药卷使用量如表3 所示。施工的钻孔孔径均为75 mm，药卷类型为煤矿许用二级乳化炸药。

表3 爆破预裂装药参数

2.4 效果考察

在措施巷内间隔10 m 布置一个松动爆破钻孔，在采面回采前即完成底板砂岩弱化工作。采煤机破岩情况是衡量断层影响范围内砂岩弱化效果的直观反映。具体采面推进至超前松动爆破弱化区时围岩情况如图4 所示。从现场情况得知，邻近的松动爆破钻孔间均出现贯通的裂隙，砂岩岩层强度明显降低。采煤机在截割砂岩层期间，破岩效率得以有效提升，采面推进速度可达到3.2 m/d，预计耗时20 d 即可通过DF19 断层。通过提前对底板细粒砂岩进行弱化，提高了采面过断层速度，为后续煤炭回采赢取时间。