静态破碎技术在综采过断层中的应用

赵志鹏

(山西西山矿业管理有限公司，山西 太原 030053)

主要针对静态破碎技术在综采过断层中的应用进行分析和阐述，具体介绍了静态破碎技术设计、静态破碎技术在综采过断层中的施工及其效果。

静态破碎技术；综采过断层；应用；分析

新时期下，随着我国煤矿开采的不断深入，开采环境也出现了较大变化，同时，煤层条件也更加趋于复杂。当前，我国在煤矿开采中主要采用机械式开采，但是在遇见断层的时候，机械设备难以进行有效推进，需要采用其他方式进行开采。通常情况下，在遇见断层的时候，需要将设备进行部分拆除，利用钻研进行爆破作业，然后重新组装机械设备，进而继续开采工作。这种方式具有以下几点缺陷：第一，其作业时间较长；第二，在爆破过程中，难以对飞石进行有效控制，经常出现设备被砸坏的情况；第三，爆破作业容易诱发煤尘爆炸以及瓦斯爆炸等情况，进而对开采人员的人身安全带来威胁。近些年，随着我国煤矿开采技术的快速发展，静态破碎技术逐渐应用于综采过断层中，并且取得了良好的应用效果。

静态破碎技术主要是利用破碎剂的膨胀效果，对孔壁施加一定的压力，当压力大于岩石抗拉强度之后，岩石会被有效破碎。基于其工作原理，在无飞石、无冲击波以及无振动的环境下，可以有效将岩石破碎，并且具有较强的可靠性和安全性。在上世纪八十年代，静态破碎技术开展应用于矿石开采工作中，经过不断的发展和完善，静态破碎技术已经在设备拆除领域得到广泛的应用和推广，但是在过断层综采工作中依然没有得到大范围的应用。

钻孔布置主要分为以下2种方法：第一，一次掏槽法，其属于一种全断面破碎方法，即在断层中钻出破碎孔和空孔，利用其空间开展一次破碎工作，一次掏槽法对空孔间距具有严格要求，其间距<250 mm，同时，该方法虽然节省时间，但是对空面具有一定要求，需要钻凿数量较多的空孔，因此，该方法比较浪费物力和人力；第二，分次掏槽法，其具体分为半楔形掏槽法和直眼掏槽法，其中半楔形掏槽法对钻孔孔径具有统一要求，在巷道下半部进行水平钻孔，然后注入静态破碎剂开展破碎工作，该方法主要利用水平空孔以及破碎剂破碎岩石，但是其也具有一定的缺陷，容易导致药剂冲孔；直眼掏槽法是先钻取一个60 mm的空孔，然后在其周围布置掏槽孔，孔距保持在200 mm左右，然后注入破碎剂，对岩石进行破碎，该方法经济适用、操作简单，工作效率要比半楔形掏槽法更高，其孔眼布置如137页图1所示。

静态破碎属于一种无震破碎以及无声破碎，其是一种无污染、无毒害、无粉尘、无噪音、无振动、低爆力、低爆速的新型爆破技术。静态破碎主要使用破碎剂，其属于一种可生成膨胀效果的结晶体，体积最大可以增大三倍，产生强大的拉应力和压应力，进而完成岩石破碎作业。由于过断层岩石更加坚硬，一定要选择膨胀能力较大的破碎剂，如果孔径较大，需要的破碎剂就更多，其破碎效果也更好。通过对市场破碎剂的性能进行分析对比，“超力牌”破碎剂其膨胀性能更好，其反应时间可以在1 h之内进行有效调节。

图1 直眼掏槽法孔眼布置

钻孔直径直接影响破碎效果，如果直径较小，难以充分发挥静态破碎剂的效果，如果直径过大，容易导致冲孔的情况出现。因此，工作人员在进行钻孔工作的过程中，一定要合理选择钻头，进而保证钻孔直径满足工作要求[1]。

静态破碎技术在综采过断层中的施工工序主要分为以下3步：第一，根据技术应用要求进行钻凿工作，保证钻孔直径满足工作要求，在高质量完成万钻孔工作后，在其周边布置药孔。在破碎过程中，空孔为岩石破碎提供了临空面，其深度要大于装药孔深度，同时，直径越大破碎效果越高，越有利于发挥静态破碎剂的功效；第二，注入静态破碎剂组织进行破碎工作，当破碎剂将岩石彻底破碎后，工作人员要利用小风镐将破碎岩石剔除掉，进而扩宽工作空间，为下一步工作奠定基础；第三，钻凿崩落孔，在工作人员使用破碎剂完成破碎工作后，要通过割煤机，将破碎的岩石块进行分割，进而将其输送出去。

第一，工作人员要根据设计的要求，对钻孔直径以及孔口位置进行严格控制，保证位置偏差在±50 mm之内，孔底位置偏差要保证在200 mm之内；第二，要使用凿岩机或者锚杆钻机进行钻孔，保证孔道方向略向下倾斜，孔底要保证在孔口之下，并且用清水持续钻进，减压、慢速以及大水量开孔，进而确保钻孔质量符合技术要求；第三，在更换钻杆的过程中，工作人员要对钻杆进行仔细检查，保证其不出现弯曲、损伤的情况，确保中心水孔通畅、不堵塞；第四，工作人员在完成钻凿工作后，要将钻孔内的残留余渣和余水用高压风机清理干净，并且保证孔口干净没有残留石渣[2]。

第一，在组织施工之前，工作人员要对现场静态破碎剂进行反应试验，并且根据药剂的反应时间制定施工参数，进而确保施工安全以及施工质量；第二，在灌输破碎剂之前，要在破碎剂中掺入一定比例的水，将其搅拌成糊状，通常加入水的比例为30%左右，将搅拌好的糊状迅速倒入孔中，用桶杆将其捅实，将黄泥制作成条状，塞入到孔中。需要注意的是，一定要确保孔内破碎剂处于密实的状态下，如果选择药卷方法进行装填，要保证药卷经过有效浸泡，并且逐条装入到孔口中，将其充分捣实；第三，工作人员要装填破碎剂的过程中，要保证装填孔数适当，并且按照要求对破碎剂进行搅拌，防止出现浪费的情况；第四，装填破碎剂从最开始的准备工作到灌装结束，一定要严格控制整个过程的施工时间，根据破碎剂的反应时间将其控制在5 min之内；第五，在操作过程中，主要采用以下2种方法对破碎剂反应时间进行有效控制：第一，控制破碎剂的温度和搅拌水的问题，保证其温度在17 ℃左右；第二，在拌合水中掺入一定量的抑制剂；第六，在装填破碎剂过程中，工作人员需要佩戴防冲孔眼镜，并且在规定时间内完成装填工作，在完成后要立即撤出工作现场，防止冲孔对工作人员造成伤害，保证工作人员的安全。

以A煤矿企业为例，对静态破碎技术的应用施工效果进行分析。该煤矿位于我国山东省境内，其断层围绕在断层四周，在矿井内，发现大量的断层条，褶曲与断层并存，其断层岩石主要又砂岩组成，其硬度较高，性质较脆。

A煤矿企业在开展综采工作中，其通风、供电以及租赁所需费用为2万元/h，通过采用传统炸药爆破方式处理断层岩石，不仅需要移走开采设备，同时还要加强设备防护装置，不仅为开采工作带来一定的困难，其费用消耗也十分巨大。同传统的炸药爆破方式相比较，应用静态破碎法不仅可以节约工作成

本和工作时间，还可以保证综采工作的高质量开展。A煤矿企业在应用静态破碎法之后，在整个工作面中节约成本约为400万左右，大量提高了企业的经济效益。

总而言之，通过炸药爆破的方式对断层进行处理，不仅容易导致设备损伤、安全性较差、作业时间较长，同时容易引发煤尘爆炸以及瓦斯爆炸等事故。随着我国煤矿开采技术的进一步发展，静态破碎法已经广泛应用于过断层开采工作中，该方法不进节约开采成本，还可以有效确保工作人员的安全，提高煤矿企业的经济效益，在我国煤矿行业具有良好的应用前景，值得深度的应用和推广。

[1] 周明杰,唐杰伟,吴绍贵,等.综采工作面安全过断层技术在实践中的应用[J].西部探矿工程,2013(3):144-146.

[2] 来兴平,李林耀,单鹏飞,等.一种用于急倾斜煤层顶煤致裂的静态破碎剂效应试验[J].西安科技大学学报,2013(2):127-130+142.