摘要：为了确保过断陷带期间黑岱沟露天煤矿原煤生产接续以及产能稳定，论文以断层模型为基础，综合考虑断陷带区域抛掷爆破高台阶稳定性、钻机穿孔深度限制、抛掷爆破效果等因素，采用剖面法研究了断陷带区域断层发育范围。并基于断层产状特征、断层面与抛掷爆破高台阶坡面空间关系，提出了高台阶坡打顶倾斜孔、局部爆区加宽并预先爆破及单斗卡车替代吊斗铲剥离作业等方法，对断陷带区域抛掷爆破剥离方案进行了优化设计。经实际工程应用表明，本文所提出的方法有效。
关健词：断陷带;抛掷爆破;高台阶;开采方案;吊斗铲
中图分类号：TD824 文献标识码：A
1引 言
2017年下半年黑岱沟露天煤矿采场进入到二采区，通过补勘地质资料查明，二采区西部区域内有4条断层，其中主要受DF5、DF6两条断层影响，形成了南北长1300m，东西宽170m，面积约0.22km2的断陷带。煤层断陷带的存在预计将造成大约270万t以上的原煤损失，同时给黑岱沟露天煤矿正常生产及原煤生产接续带来诸多问题。针对露天煤矿在开采过程中遇到的复杂地质条件对矿山工程发展带来的问题，国内很多学者都展开了相关的研究，并取得了一定的研究成果。安太堡露天煤矿乔云海、黄健等[1]在对安太堡露天煤矿开采境界内4条大的逆掩断层及过断层对采矿工程造成的不利影响进行深入分析的基础上，确定了过断层期间合理开采程序、采煤运输系统布置、内排程序以及断层煤配采方案。中国矿业大学董洪亮、张瑞新等[2]对安家岭露天煤矿过陷落柱无煤区过渡开采方案进行了研究，从优化工作线长度、缩短卡车运距以降低剥离运输费用等关键环节出发，并结合露天煤矿实际生产情况，对安家岭露天煤矿无煤区过渡开采方案进行设计。丁新启、刘峰等[3]根据安家岭露天煤矿北帮过陷落柱留岛方案导致的工作线长度变短、原有运输系统运距大、占用大量内排空间等问题，结合安家岭内排土场发展的实际情况，提出了安家岭露天煤矿过陷落柱原煤运输系统优化改造方案。近年来国内外关于露天煤矿过断层与陷落柱影响区开采方案优化方面的研究成果较多，但基本都是以松动爆破单斗卡车间断工艺条件下进行研究的，对于在断陷带等复杂地质构造影响下采用抛掷爆破吊斗铲倒堆工艺开采方案设计方面则鲜有研究。
本文围绕煤层断陷带范围确定、抛掷爆破台阶参数及高台阶抛掷爆破方案及剥采排工程过渡接续方案设计与优化等问题进行深入系统的研究，提出断陷带区域开采方案，为黑岱沟露天煤矿过断陷带期间的开采方案提供了坚实的技术依据与理论支撑，确保矿山过断陷带期间原煤生产顺利接续和产能稳定，对提高企业经济效益、完善露天矿开采工艺设计与应用技术体系等具有重要意义。
2 断陷带影响区域分析
黑岱沟露天煤矿二采区西部煤层断陷带在断层影响下出现煤层局部陷落或隆起，影响抛掷爆破—拉斗铲倒堆剥离作业、煤层开采及生产安全。为深入分析断层对抛掷爆破—拉斗铲倒堆剥离作业的影响，在二采区西部断陷带影响范围内布置了22组间距50米垂直于台阶工作线方向的横剖面，如图1所示，对各采掘带进行逐剖面分析，以确定断陷带的影响范围。
2.1断层对抛掷爆破高台阶稳定性的影响区域分析
抛掷爆破實体高台阶厚度平均约45m[4]，当断层倾向与实体台阶坡面顺倾且断层面在台阶坡面出露时，在爆破震动及其它环境因素的影响下，极易导致拉斗铲倒堆剥离实体台阶沿断层破碎带出现局部片帮全[5]。
根据对22组剖面进行分析可知，断陷带区域内，影响拉斗铲倒堆剥离实体台阶稳定性的断层主要为DF6正断层。DF8逆断层的发育范围主要位于采掘带3～4、剖面4～18之间，该范围内，DF6断层切割第3、4采掘带的拉斗铲倒堆台阶与煤台阶。为了避免在DF6断层的影响下抛掷爆破高台阶发生片帮，保持其所在采掘带的前一幅采掘带的支挡作用，在DF6断层发育的前一幅采掘带抛掷爆破时，将含DF6断层的采掘带一并抛爆。综合上述分析，圈定断层影响抛掷爆破高台阶稳定性的区域，主要范围再剖面4～8的第2、3采掘带，剖面9～18的第3、4采掘带。
2.2断层对抛掷爆破高台阶穿孔作业的影响区域分析
在黑岱沟露天煤矿二采区西部煤层断陷带区域中，DF5与DF6是两条落差最大的正断层（DF5断层落差0～25m，DF6断层落差0～27m），在这两条正断层作用下，6煤顶、底板整体下陷，形成了一种地堑构造由于DF5与DF6之间的地堑区煤层整体下降，导致了拉铲倒堆实体台阶高度增加，部分区域实体台阶高度超出了黑岱沟露天矿DM-H2钻机最大穿孔深度60m，在钻机穿孔无法完成正常超深情况下，必将导致爆破后出现硬底，影响爆破效果。通过剖面分析后发现影响钻机正常穿孔作业的区域，主要位于第2幅采掘带剖面2～9之间[5]。
2.3断层对高台阶抛掷爆破的影响区域分析
断层的存在使实体台阶岩体内部裂隙发育，在抛掷爆破过程中，爆轰能量极易沿断层破碎带或裂隙过早释放，造成爆生气体过早泄露，降低爆生气体与岩块作用时间，减小了传递给岩块的抛掷能量，导致抛掷爆破效果较差，给拉斗铲倒堆剥离作业带来不利影响，但具体影响程度如何，鉴于断陷带地质调查情况以及当前技术手段等因素，无法定量描述，在实际生产过程中，可通过调整孔网参数、装药结构、起爆方式等来减小断层对抛掷爆破效果的影响[6]。
当断层导致煤层底板隆起时，进入采空区的有效抛掷量变小，使抛掷爆破有效抛掷率降低，有效抛掷率降低区域为DF5断层左侧;当断层导致煤层底板下陷时，抛掷爆破爆堆坡顶线与煤层底板高差增大，进入采空区的有效抛掷量增加，有效抛掷率得以提高，有效抛掷率提高区域为DF5、DF6断层中间区域。
综合以上分析，圈定断陷带断层影响区域如图2中填充部分所示。