SCI论文（www.lunwensci.com）:
摘要：以山西增子坊矿8300-1工作面为研究对象，由于回采过程中揭露出了F7断层，该断层影响范围约60 m，最大宽度为35m，造成硬度很大的细中粒砂岩侵入到岩层中，对工作面的采煤设备和回采速度造成严重影响。为了确保工作面顺利推进，根据现场实际情况，决定采用松动爆破方法来弱化岩层强度。通过原理分析，并利用ANSYS软件建立双孔爆破模型，确定了爆破参数和爆破孔布置方式。实践表明：8300-1工作面成功通过断层，有效降低了采煤机损耗，提高了煤炭利用率和回采速率，并为矿井类似情况提供了参考。
关键词：断层；岩层弱化；回采速率；松动爆破
1工程概况
8300-1工作面处于增子坊矿53盘区，工作面岩层和煤层较为稳定，老顶和基本顶都是厚度较大的砂岩。在实际生产中，8300-1工作面受断层影响很大，煤体受到了岩石的侵袭，在回采期间采煤机不得不切割石头，对设备的损害很大，也制约工作面了的回采速度。
目前，工作面正受到F7断层的影响，如图1所示。前期，已经切割了一部分岩体，现在剩下的区域为一个三角形，其影响范围沿巷道方向最大为60 m，煤壁方向为35m。
结合8300-1工作面附近断层分布可知，该区域岩层为地垒面貌，侵入的岩石为细中粒砂岩，强度处于30～40 MPa之间。岩层强度大，严重影响回采进度。为保证设备完好及推进速度，采用人工打眼、放松动炮进行破岩[1-3]。
2爆破弱化岩层原理
超前深孔预爆破断层区域岩层是在采煤工作面前方坚硬岩层中，按照一定的间隔预先打钻孔，进行爆破，利用炸药爆炸的能量作用，使岩层形成破坏区和裂隙发育区。在工作面推进过程中，再借助支承压力的预裂作用，促使坚硬岩层弱化，从而达到降低顶板压力的目的。
炸药起爆后，能量大量释放，高压气体冲击孔壁，对煤岩体射入强冲击波、应力波及地震波，巨大的能量会在极短的时间内粉碎岩石。显然，距爆源不同距离煤岩体的破坏程度不同，一般可将爆破影响区划分为破碎区、裂隙区与弹性震动区，如图2所示。由于爆破后能量衰减迅速，破碎区域不会很大，一般分布在炮孔直径2～3倍的区域内。而裂隙区是岩石受到爆破影响产生裂隙的区域，携带能量的爆生气体会顺着缝隙进入，加剧裂隙的扩展，增大裂隙区域，因此，裂隙区是爆破效果的关键区域。
3爆破参数的确定
3.1炮眼间距
炮眼间距受多种因素的影响，炮孔离得太远或太近，都不利于爆破效果的发挥。如果2个炮孔离得太远，爆炸产生的破坏无法叠加，相互独立，裂隙无法联通。如果2个炮孔离得太近，爆破产生的破坏叠加区重复过多，使2个炮孔之间的区域过分破碎，造成了炸药的浪费和钻孔工序的增多。因此，必须合理选择炮眼间距[4-5]。
为了选取炮孔之间的最优爆破距离，利用ANSYS软件建立了双孔爆破模型，并选取0.8 m、1 m和1.2 m不同炮孔间距进行模拟，通过比较爆破后的岩石裂隙破碎程度来判断弱化效果的强弱，从而选取合适的孔间距。不同间距的具体破坏情况见图3。
由图3可以看出，炸药的破坏是一个能量释放的过程，在底部起爆后，炸药在很短的时间内在顶部发生爆炸，此时释放出的巨大能量作用在炮孔周围的岩石上，由于产生的冲击力远远大于岩石的强度，岩石被破坏，切割成碎块，整体性大大削弱，产生了破碎和裂隙区域。不同间距下爆炸产生的破坏都能够进行叠加，裂隙能够联通。但是，间距为1 m时，在岩石的上部和下部产生的裂隙更多、更广泛，岩石更加破碎，说明爆破效果更好。因此，本次松动爆破选用1 m间距。
3.2炮孔数量
由于该断层的影响宽度最大为35m，钻孔的间距为1 m，在除去安全距离7 m后，确定一排的孔数为20个，共设计2排，则炮孔总数为40个。根据布置方式将这些炮孔进行分组，每8个孔为一组，共划分5组。
3.3炮孔深度与角度
由于该断层延走向剩余60 m，且从运输巷道到煤壁影响的范围越来越短。因此，根据断层影响的距离，为了岩石能尽可能松动，确定钻孔深度为11~39 m，且每组的钻孔施工长度相同。为冲孔便利，尽可能平行于煤层起伏，钻孔以仰斜形式钻入，角度与水平方向呈3。～5。。
3.4炮孔直径和布置方式
炮孔的直径根据钻机的型号来选取，由于相配的钻头的直径为Φ65 mm，故此次设计的炮孔尺寸也为Φ65 mm。钻孔采取三花眼布置，共布置2排，上排与底板距离为1.8 m，下排与底板距离为0.8 m，具体布置方式如图4所示。
3.5炸药的选取
本次松动爆破过断层选用的炸药规格为Φ35 mm×200 mm×200 g的乳化炸药包。
4爆破材料、方法及施工工艺
4.1爆破材料、方法
1）打眼工具：钻机、Φ65 mm钻头及配套钻杆60根、工作台和管钳等。
2）爆破主体材料：安全等级三级的乳化炸药、导爆索、毫秒延期雷管、放炮母线和矿用起爆器。
3）炮泥：黏土炮泥、水泡泥袋。
4）其他所需材料：PVC管探孔锚索（由长锚索钢绞线制成）、逆止器、警戒旗、警戒绳、警戒牌（各警戒点各备一套）炮棍胶带、锤子和铁丝等。
5）装药结构：全部炮眼统一采用正向装药结构装药，装药时要小心将药卷用炮棍送到眼底，不得装错雷管段号，不得弄断雷管脚线，有水时要使用防水套，以免受潮拒爆。
6）起爆方式：一次装药一次起爆。
7）爆破方法：采用正向爆破，一次打眼，一次装药，一次起爆。放炮作业地点的瓦斯浓度低于0.8％以下方可作业。
4.2施工工艺
爆破钻孔工艺包括钻孔、爆破区域准备工作、钻孔作业、装药前钻孔检查、装药、填塞、敷设起爆网路、网路检查、警戒、爆后检查及问题的处理等[6-9]。
装药、封孔工艺：验孔→领用爆破物资→运输爆破物资→临时存放→气体检查→验孔→现场装药→填装炮泥→封孔→气体检测→回收工具→气体检测[10-12]。
封孔材料为黏土炮泥、水炮泥，使用竹木材质作为炮杆。每个孔装2～3个水炮泥，后方采用黏土炮泥封孔，炮泥应充分凝固。钻孔误差控制在规定的范围内，钻孔完毕，按照以下标准进行验收：孔深为±0.3 m，孔距为±0.3 m，倾角和方位角为±1。30′。凡不合格的炮孔，超深的应回填，孔深不足的要补钻，其他不合格的炮孔应重新钻孔。
起爆前要检查总炮孔数是否正确，孔内有无堵塞，孔内有无积水及积水高度，孔口是否有松动悬浮碎块，并挂牌标记孔号、孔深等参数。孔口周围的碎石、杂物应清除干净，对于孔口岩石破碎不稳定段，应进行维护，以避免孔口形成喇叭状。
5效果分析
为了验证松动爆破的效果，对爆破前后的煤壁情况和推进速度进行比较。在未采取措施时，煤壁受断层的影响，侵入了硬度大的细中粒砂岩，质密、强度大，完整性高，造成截割齿磨耗严重，经常要停下来进行检修和更换，大大延迟了工作面的推进速度。通过松动爆破之后，炮孔周围产生了破碎和裂隙，并在相邻炮孔之间的区域形成了贯通，煤壁的强度和完整性得到了弱化，支承能力减弱。工作面停下检修和更换截割齿的几率大大降低，比之前的损耗降低40％以上。由于煤体松动良好，工作面的推进速度也明显加快，基本保持在4.2 m/d的回采速度，较原计划缩短了20％的时间，保证了煤炭产量。同时，爆破对工作面的其他设备也未造成影响，也没有造成围岩变形量的增加。
6结语
1）针对增子坊矿8300-1工作面断层的情况，依据松动爆破的作用机理，决定采用人工打眼、放松动炮进行破岩。
2）通过原理分析，并利用ANSYS软件进行模拟，确定了爆破的具体参数。根据现场实际，设计了钻孔布置方式，并按照施工工艺完成了具体施工工作。
3）爆破完成后，为了检验松动爆破的效果，对爆破前后的煤壁情况和推进速度进行比较。通过比较可以明显地发现，煤体强度和整体性减弱，在承压力的作用，硬岩裂隙破裂加剧。在回采过程中工作面停下检修和更换截割齿的几率大大降低，比之前的损耗降低40％以上，有效提高了工作面的推进速度。
参考文献
[1]李燕伟，李雁辉.松动爆破在增子坊矿采面过断层中应用实践[J].江西煤炭科技，2022（1）：65-67.
[2]陈修建，孙德宝，张正法.松动爆破技术在综采工作面断层的应用[J].煤矿爆破，2009（3）：37-38.
[3]郭建明.松动爆破技术在15101综放面过断层时的应用[J].煤，2021，30（9）：28-29.
[4]郝淑荣.综采工作面采用松动爆破过断层技术探讨[J].江西煤炭科技，2020（2）：129-132.
[5]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.
[6]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）：70-72.
[7]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：太原理工大学，2016.
[8]谢党虎.煤矿综采工作面采用松动爆破技术过断层的工艺和方法[J].科技与企业，2013（16）：232.
[9]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）：5-7.
[10]张鹏，马金平.浅析松动爆破技术在综采工作面过断层的应用[J].科技与企业，2014（20）：86-87.
[11]李庆卯，杨学师，马红龙.综采工作面过断层预裂松动爆破方案[J].黑龙江科技信息，2013（14）：91.
[12]肖绪宁.松动爆破技术在综采工作面的应用[J].水力采煤与管道运输，2010（4）：43-45.
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！ 文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/ligonglunwen/77926.html
