一种处理综采工作面过断层的方法及装置技术领域
本发明涉及煤炭开采技术，尤其涉及一种处理综采工作面过断层的方法及
装置。
背景技术
煤矿形成条件的复杂性，导致了煤层赋存条件不稳定，采煤工作面将不可
避免地会遇见较硬的断层(坚硬岩层)等地质构造，而综合机械化采煤工作面
一直存在着“怕硬”的问题，一旦遇到断层等坚硬的地质构造带时，生产效率会受
到很大影响。
目前，针对综采工作面过断层(坚硬岩层)的处理办法，普遍采用静态破
碎剂破岩法和浅孔爆破破岩法，其中，静态破碎剂破岩法是将预先配好的静态
破碎剂浆体灌入断层中开设的破碎孔中，利用静态破碎剂浆体的高膨胀性能，
在破碎孔中进行化学反应膨胀，从而将岩体破碎。但该方法在实际使用过程中，
由于静态破碎剂的反应速度受温度、湿度等环境条件的影响以及岩层岩体强度
各异，使得静态破碎剂的反应速度以及达到预期破岩效果的时间不易控制；进
一步地，对于普氏系数较高的岩体，静态破碎剂破岩效果较差，较硬的岩层一
般需要进行二次作业，使得综采工作面过断层所需的时间长、效率低。
浅孔爆破破岩法在我国矿山生产中应用较多、技术成熟，当断层跨度较小
时，该方法能够较好地进行岩层破碎，但当跨度较大的地质构造出现时，浅孔
法的局限性就会非常突出，首先，在爆破过程中，需要拆除综采设备或对综采
设备进行安全防护以避免对综采设备的损坏，接着，利用打眼工具进行打眼形
成浅炮孔，然后，往浅炮孔中装药、爆破，再用采煤机装载，最后，在爆破完
成后，需要再安装拆除的综采设备或解除综采设备的安全防护，该方法使得综
采工作面过断层的交替作业时间长，进一步地，由于浅孔爆破破岩深度有限，
对于跨度较大的坚硬岩层，也使得整个工序循环次数增加、时间加长，作业强
度增大，开采效率低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种处理综采工作面过断层的方法及装置，
提升综采工作面开采效率。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种处理综采工作面过断层的方法，包括：
在采煤过程中遇到的坚硬岩层，对采煤工作面推进过程中遇到的断层或坚
硬岩层，用深孔松动定向断裂爆破方法进行破碎。
本发明实施例提供的处理综采工作面过断层的方法，通过在综采工作面上
部接近顶板处布置预裂炮孔，在综采工作面钻孔布置中深炮孔，预裂炮孔先于
中深炮孔起爆，减弱主爆区炮孔爆破后应力波向顶板岩石的传播，减少对顶板
岩石的损伤破坏；在爆破过程中只需进行简单的安全防护，即可有效避免对综
采设备的损坏，同时缩短综采工作面过断层的交替作业时间，提升开采效率。
另一方面，本发明实施例提供一种处理综采工作面过断层的装置，包括：
中深孔设置模块、预裂炮孔设置模块、装药模块以及起爆控制模块，其中，
中深炮孔设置模块，用于在断层宽度超过预先设置的断层宽度阈值且断层
为坚硬岩层时，在综采工作面布置中深孔；
预裂炮孔设置模块，用于在综采工作面上部接近顶板处布置预裂炮孔，所
述预裂炮孔间距小于于所述中深孔间距；
装药模块，分别用于对中深孔和预裂孔进行装药，以使所述预裂孔爆破后
形成的断裂面减弱主爆区爆破后应力波向顶板岩石的传播并阻断向顶板岩层延
伸的裂缝，所述中深孔爆破后岩体松而不散、裂而不飞；
起爆控制模块，用于控制预裂炮孔先于中深孔起爆。
本发明实施例提供的处理综采工作面过断层的装置，通过预裂炮孔设置模
块在综采工作面上部接近顶板处布置预裂炮孔，中深孔设置模块在综采工作面
布置中深孔，起爆控制模块控制预裂炮孔先于中深孔起爆，可以减弱主爆区爆
破后应力波向顶板岩石的传播，减少对顶板岩石的损伤破坏，有效避免对综采
设备的损坏，使得综采工作面过断层的交替作业时间短，有效提升开采效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施
例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述
中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付
出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例处理综采工作面过断层的方法流程示意图；
图2为本发明实施例在综采工作面上设置深炮孔以及预裂炮孔的示意图；
图3为本发明实施例处理综采工作面过断层的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实
施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前
提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例处理综采工作面过断层的方法总体流程如下：
在采煤过程中遇到的坚硬岩层，对采煤工作面推进过程中遇到的断层或坚
硬岩层，用深孔松动定向断裂爆破方法进行破碎。
其中，
深孔松动定向断裂爆破方法包括步骤：
A、在综采工作面推进过程中遇到坚硬岩层或由坚硬岩石构成的断层时，在
工作面钻孔布置中深炮孔，形成主爆区；
B、在综采工作面上部接近顶板处钻孔布置预裂炮孔，形成定向断裂区；
C、分别对中深炮孔和预裂炮孔进行装药，控制预裂炮孔区优先于中深炮孔
区起爆以使定向断裂区先起爆，主爆区后起爆。
步骤A中，主爆区炮孔布置为中深孔，炮孔长度主要由断层或坚硬岩层的
厚度来确定，尽可能设置深孔减少爆破循环次数，从而减少工序循环降低强度，
提高综采工作面过断层效率。
其中，主爆区的爆破方式为松动爆破，爆破后岩体应松而不散、裂而不飞，
有利于综采机顺利切割过断层。
步骤B中，定向断裂区通过预裂爆破形成断裂面，减弱主爆区爆破后应力
波向顶板岩石的传播并阻断向顶板岩层延伸的裂缝。
图1为本发明实施例处理综采工作面过断层的方法流程示意图。参见图1，
该方法包括：
步骤101，在断层宽度超过预先设置的断层宽度阈值且断层为坚硬岩层时，
在综采工作面钻孔以布置中深孔；
本步骤中，在煤矿开采过程中，如果综采工作面遇断层或坚硬岩层时，在
综采(采煤)工作面布置大直径中深孔。
作为一可选实施例，可以根据综采工作面情况、断层岩石性质、钻机类型
等参数确定中深孔直径，本发明实施例中，中深孔直径为35mm～200mm。
中深孔的长度可以根据断层宽度或坚硬岩层宽度来确定，本发明实施例中，
力争通过一次爆破作业或尽可能少的爆破作业次数来破碎岩石，做到一劳永逸
解决综采工作面过断层问题，减小工序循环次数和作业强度。
本发明实施例中，在综采工作面布置大直径中深炮孔进行松动爆破，以破
碎断层或坚硬岩层的岩石。其中，松动爆破的目的是使断层或坚硬岩层的岩石
在爆炸荷载作用下破裂、破碎乃至酥松，以便于后续综采机直接切割过断层。
本发明实施例中，综采工作面的中深孔采用三角形布孔方式，中深炮孔间
距一般为0.4m～2.5m，炮孔排距一般为0.2m～1.5m。
本发明实施例中，断层宽度阈值可以设置为5m，即当断层宽度超过5m时，
可以采用本发明实施例的处理综采工作面过断层的方法。
步骤102，在综采工作面上部接近顶板处钻孔以布置预裂炮孔，所述预裂炮
孔孔距小于于所述中深炮孔孔距；
本步骤中，在综采工作面上部接近顶板位置处打密集炮孔作为预裂炮孔。
本发明实施例中，根据综采工作面情况、断层岩石性质、钻机类型等参数
确定预裂炮孔直径，本发明实施例中，预裂炮孔直径可以设置为35mm～100mm。
本发明实施例中，预裂炮孔的深度可以根据断层宽度或坚硬岩层宽度来确
定。
作为一可选实施例，预裂炮孔为单行排列，预裂炮孔间距为0.3m～1.2m。较
佳地，预裂炮孔间距为中深孔间距的一半。
本发明实施例中，预裂炮孔可以为圆形的定向断裂炮孔，当然，实际应用
中，预裂炮孔也可以是矩形或其它形状的定向断裂炮孔，本发明实施例对此不
作任何限制。后续应用中，在预裂炮孔爆破后，形成的裂缝起到阻断后续中深
炮孔爆破部分与非爆破部分(预裂炮孔所在的区域部分)的应力传导通路，以
降低爆破过程对非爆破部分的影响和产生的振动，减少对顶板岩石的损伤破坏。
步骤103，分别对中深炮孔以及预裂炮孔进行装药，以使所述预裂炮孔爆破
后形成的断裂面减弱深炮孔爆破后应力波向顶板岩石的传播，所述中深孔爆破
后岩体松而不散、裂而不飞；
本步骤中，中深炮孔的装药量(炸药单耗、单孔炸药量和总炸药量)由实
际所需的爆破效果来确定，总的原则是爆后岩体松而不散、裂而不飞，既适宜
综采机的切割，又有一定的承压能力。
对于预裂炮孔，原则是少装药，爆破的结果是相邻预裂炮孔之间形成裂缝，
整个预裂孔布孔平面上形成一个断裂面，以减弱主爆区，即中深炮孔爆破区(松
动爆破区)爆破后应力波向顶板岩石的传播，减少对顶板岩石的损伤破坏，从
而有利于综采机过后的支护工作。
中深孔及预裂炮孔中的炸药类型的由综采工作面实际情况确定。
较佳地，深炮孔的线装药密度为0.3kg/m～4kg/m，预裂炮孔的线装药密度为
0.12kg/m～1.11kg/m。
本发明实施例中，作为一可选实施例，中深孔以及预裂炮孔可以采用段别
不同的雷管进行引爆，以控制延迟的起爆时间。例如，预裂炮孔中装填A型药
包，采用1段导爆管雷管引爆，中深孔中装填B型药包，采用2段导爆管雷管
引爆等，这样，中深孔以及预裂炮孔可以采用并联的连线方式。
实际应用中，可以在预裂炮孔中放置切缝药包，即将相应类型的药包和雷
管放入切缝管中，使得起爆时炸药能量优先沿切缝方向集中释放，获得精确控
制的爆破断裂面，作为可选实施例，切缝管可以为聚氯乙烯(PVC，Polyvinyl
chloridepolymer)硬工程塑料管、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS，Acrylonitrile
ButadieneStyrene)管等。较佳地，切缝管为圆形，管壁厚1～2mm。
步骤104，控制预裂炮孔先于中深孔起爆。
本步骤中，通过在综采工作面上部接近顶板处布置预裂炮孔，先于主爆区
(断层或坚硬岩层松动爆破区)起爆，以减少对顶板岩体的损伤破坏，有利于
综采机过后的支护工作。
实际施工中，由于预裂炮孔相对于主爆区内的中深孔先爆，因而，在预裂
炮孔底部的装药要适当加强。作为一可选实施例，预裂炮孔的装药长度为预裂
炮孔深度的3/4。
本发明实施例中，各预裂炮孔同时起爆，各深炮孔可以选择同时起爆，也
可以采用毫秒延期起爆。
图2为本发明实施例在综采工作面上设置中深孔及预裂炮孔的示意图。参
见图2，实心圆圈表示预裂炮孔，空心圆圈表示深炮孔，预裂炮孔布置在综采工
作面上部接近顶板处，中深孔位于预裂炮孔下方，预裂炮孔布置为单行，预裂
炮孔间距为750mm，预裂炮孔(预裂炮孔爆破形成的裂纹面)与主爆区炮孔之
间的距离为主爆区炮孔排距的一半，即本发明实施例中，预裂炮孔与主爆区炮
孔之间的距离为400mm；主爆区中深孔采用三角形布置，炮孔排距为800mm，
炮孔间距为1500mm。
本发明实施例中，通过提供一种煤矿中处理综采工作面过断层的方法，对
综合机械化采煤工作面(综采工作面)遇到的断层，以及对采煤过程中遇到的
坚硬岩层，利用深孔松动定向断裂爆破方法，对坚硬岩层进行破碎。该方法能
安全、高效的处理综采工作面遇到断层及坚硬岩层的问题。
图3为本发明实施例处理综采工作面过断层的装置结构示意图。参见图3，
该装置包括：中深炮孔设置模块201、预裂炮孔设置模块202、装药模块203以
及起爆控制模块204，其中，
中深炮孔设置模块201，用于在断层宽度超过预先设置的断层宽度阈值且断
层为坚硬岩层时，在综采工作面钻孔以布置中深炮孔；
本发明实施例中，中深炮孔设置模块用于一定宽度阈值的断层或坚硬岩层，
在其综采工作面钻孔以布置中深炮孔。作为一可选实施例，可以根据综采工作
面情况、断层岩石性质、钻机类型等参数确定主爆区中深孔直径。较佳地，中
深炮孔直径设置为35mm～200mm。主爆区中深孔采用三角形布置，中深炮孔间
距设置为0.4～2.5m，炮孔排距设置为0.2～1.5m。
本发明实施例中，根据综采工作面情况、断层岩石性质、钻机类型等参数
确定预裂炮孔直径，预裂炮孔的深度可以根据断层宽度或坚硬岩层宽度来确定。
较佳地，预裂炮孔直径可以设置为35mm～100mm，预裂炮孔单排布置，炮孔间
距设置为0.3～1.2m，预裂面与主爆区最后一排主爆孔(即中深孔)之间的距离
一般为主爆区炮孔间距的一半
本发明实施例中，预裂炮孔可以为圆形的定向断裂炮孔，当然，实际应用
中，预裂炮孔也可以是矩形或其它形状的定向断裂炮孔，本发明实施例对此不
作任何限制。
预裂炮孔设置模块202，用于在综采工作面上部接近顶板处钻孔以布置预裂
炮孔，所述预裂炮孔间距小于所述中深炮孔间距；
装药模块203，分别用于对中深炮孔以及预裂炮孔进行装药，以使所述预裂
炮孔爆破后形成的断裂面减弱中深炮孔区爆破后应力波向顶板岩石的传播，所
述中深炮孔区爆破后岩体松而不散以及裂而不飞；
本发明实施例中，作为一可选实施例，深炮孔的线装药密度为
0.3kg/m～4kg/m，预裂炮孔的线装药密度为0.12kg/m～1.11kg/m，所述中深炮孔及
预裂炮孔通过毫秒延期雷管控制起爆顺序。
本发明实施例中，中深炮孔及预裂炮孔采用段别不同的雷管进行引爆，以
控制延迟的起爆时间，并将中深炮孔区和预裂炮孔区采用并联的方式连接起爆。
实际应用中，可以在预裂炮孔中放置切缝药包，即将相应类型的药包和雷
管放入切缝管中，使得起爆时炸药能量优先沿切缝方向集中释放，获得精确控
制的爆破断裂面。
作为可选实施例，切缝管可以为聚氯乙烯硬工程塑料管、丙烯腈-丁二烯-
苯乙烯管等。较佳地，切缝管为圆形，管壁厚1～2mm。
作为一可选实施例，预裂炮孔的装药长度为预裂炮孔深度的3/4。
起爆控制模块204，用于控制预裂炮孔先于深炮孔起爆。
本发明实施例中，通过设置预裂炮孔区先于中深炮孔形成的主爆区(断层
或坚硬岩层松动爆破区)起爆，可以有效减少对顶板岩体的损伤破坏，有利于
综采机过后的支护工作。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，
是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算
机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。
其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，
ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于
此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到
的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围
应以权利要求的保护范围为准。