煤礦深部開(kāi)采存在的問(wèn)題及對(duì)策探討

【摘 要】近年來(lái)隨著我國(guó)煤礦資源開(kāi)采深度的越來(lái)越深入，就帶來(lái)了一系列的難題，例如地表沉陷預(yù)測(cè)和控制的技術(shù)難題。本文就煤礦深部開(kāi)采條件下，結(jié)合深部環(huán)境的特點(diǎn)，針對(duì)地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題，把深部開(kāi)采煤礦資源遇到的難題做了分析，并針對(duì)這些難題采取了相應(yīng)的對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】深部開(kāi)采；存在問(wèn)題；對(duì)策

目前我國(guó)煤礦開(kāi)采的總局勢(shì)淺度的儲(chǔ)存量偏少，而在一千米以下的深度總儲(chǔ)量占得比較多，據(jù)資料調(diào)查，深度的儲(chǔ)藏量約占總量的百分之七十多。而且，在我國(guó)東部，煤礦深度以快速速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)在未來(lái)幾十年，大部分的煤礦深度將延伸到一千至一千五米之間。那么，隨著開(kāi)采深度的延伸，由于地表和巖層移動(dòng)的問(wèn)題相當(dāng)復(fù)雜，隨之新的地表沉陷預(yù)測(cè)和控制問(wèn)題也出現(xiàn)了。另外，在煤礦深部開(kāi)采中，關(guān)于在河流下、建筑物下和鐵路下遇到的問(wèn)題以及礦壓、保護(hù)煤柱留設(shè)、瓦斯、地?zé)岬榷喾N技術(shù)難題也日趨漸多，嚴(yán)重影響著煤礦生產(chǎn)和礦井建設(shè)的發(fā)展。

一．我國(guó)煤礦深部開(kāi)采的現(xiàn)狀

煤礦深部開(kāi)采問(wèn)題一直是世界各發(fā)展中國(guó)家關(guān)注的問(wèn)題。在世界主要采煤國(guó)家中，都領(lǐng)先進(jìn)入深部開(kāi)采，而且快速發(fā)展。我國(guó)的主要國(guó)有煤礦中，采深大于八百米的大約占總數(shù)的13%，它們主要分布在我國(guó)的北京、沈陽(yáng)、徐州等東部地區(qū)，這些礦區(qū)的開(kāi)采時(shí)間都比較長(zhǎng)。其中，在開(kāi)采深度超過(guò)一千米以上的還有幾個(gè)。

二．煤礦深部開(kāi)采存在的問(wèn)題

1.地表沉陷預(yù)測(cè)和控制問(wèn)題

在對(duì)礦區(qū)進(jìn)行地表沉陷預(yù)測(cè)和控制設(shè)計(jì)所用的參數(shù)，我國(guó)大部分地區(qū)都采用深度小于三百米的觀測(cè)站資料，如果按照比較嚴(yán)格的要求，這些參數(shù)資料都只適合在開(kāi)采深度小于三百米的地表沉陷預(yù)測(cè)和控制。那么，在《“三下采煤”和主要的井巷煤柱留設(shè)及壓煤開(kāi)采規(guī)程》中給予的移動(dòng)角，一般都是達(dá)到深部開(kāi)采條件下的實(shí)測(cè)值。在同個(gè)礦區(qū)，給出的移動(dòng)角值都是固定的。但經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明，在具備深度開(kāi)采條件下，移動(dòng)角值是否固定無(wú)法提供科學(xué)依據(jù)。在當(dāng)前有限的條件下，在深部開(kāi)采適合條件下采用實(shí)測(cè)求取巖層移動(dòng)角的這種方法并不簡(jiǎn)單。另外，很多重復(fù)建立地表移動(dòng)觀測(cè)站實(shí)測(cè)求取巖石移動(dòng)角的方法因?yàn)樗枰臅r(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，很多都中途而廢，導(dǎo)致大量浪費(fèi)人力財(cái)力物力。

2.礦井的生產(chǎn)費(fèi)用高

在煤礦深度開(kāi)采中，巖體塑性大和原巖應(yīng)力大導(dǎo)致礦壓明顯強(qiáng)烈。隨著采深程度的延伸，覆石自重壓力會(huì)越加增大，構(gòu)造壓力也會(huì)越來(lái)越增強(qiáng)，導(dǎo)致圍巖會(huì)嚴(yán)重變形，巷道和采場(chǎng)失去平衡，頂板管理起來(lái)有相當(dāng)?shù)碾y度。巷道維護(hù)受到阻礙，影響了深部開(kāi)采生產(chǎn)技術(shù)的效果，也導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下滑。這些問(wèn)題主要可以歸納為兩種：一方面是加大巷道斷面；另一方面，隨著地壓增大，受到深部高應(yīng)力的影響，圍巖移動(dòng)更加強(qiáng)烈，巷道會(huì)嚴(yán)重變形。尤其是在超過(guò)七百米的深度開(kāi)采，巷道礦壓?jiǎn)栴}嚴(yán)重存在，會(huì)產(chǎn)生底鼓地壓現(xiàn)象，巷道失修問(wèn)題的比例也逐漸增長(zhǎng)，對(duì)深井巷道的維護(hù)問(wèn)題卻一直容易被忽視，而且還常常會(huì)出現(xiàn)前掘后修、重復(fù)返修的情況，自然增加了生產(chǎn)費(fèi)用。

3.地溫升高

這里所說(shuō)的地溫指的是礦井下巖層的溫度。正常情況下，隨著深度的加深，氣溫也逐漸升高。地下溫度的高低對(duì)采掘工作面的環(huán)境溫度起著決定性的作用，也可以叫礦井溫度。隨著礦井深度的變化，里面空氣所受的壓力也跟著改變。在風(fēng)流沿著巷往下流動(dòng)時(shí)，里面的空氣壓力值就會(huì)增大。那么，在這種狀態(tài)下，空氣的壓縮就會(huì)產(chǎn)生吸熱，礦井的溫度也就會(huì)隨著上升。隨著礦井深部的延伸，施工人員所受到的井下環(huán)境也逐漸惡劣，井下巖層的溫度也會(huì)上升到高達(dá)幾十?dāng)z氏度，井下溫度達(dá)到如此高的程度，會(huì)嚴(yán)重影響施工人員的健康，從而引發(fā)各種疾病，還讓他們不能專(zhuān)心作業(yè)，導(dǎo)致安全事故頻頻發(fā)生，有很多的礦井就因此而停產(chǎn)關(guān)閉。在我國(guó)深井熱害的問(wèn)題也非常嚴(yán)重，由于缺少治理知識(shí)和投入資金，很多的治理措施只依靠最簡(jiǎn)單的物理方法例如灑水和通風(fēng)等。這種深井熱害所采取的治理方法根本達(dá)不到效果。

4.低瓦斯礦井轉(zhuǎn)變成高瓦斯礦井

由于受到深部高應(yīng)力的作用，煤層內(nèi)瓦斯氣體壓縮達(dá)到最高峰，煤巖體內(nèi)就會(huì)聚集了很多的氣體能量。而后在工程擾動(dòng)的作用下，壓縮氣體就會(huì)劇烈釋放出來(lái)，造成工作面或巷道的煤巖層突然被破壞而產(chǎn)生煤和瓦斯凸顯，讓淺部的非突礦井進(jìn)入深部以后會(huì)導(dǎo)致發(fā)生災(zāi)害。

三．進(jìn)行深部開(kāi)采的一些對(duì)策

1.對(duì)礦井深部開(kāi)采工程動(dòng)力的探討

在進(jìn)行深部開(kāi)采時(shí)，巖層和地表控制預(yù)測(cè)的重要因素是保持工程巖體的動(dòng)力平穩(wěn)性。一般來(lái)講，工程巖體的動(dòng)力平穩(wěn)性指的是煤柱、上覆或下伏巖層力學(xué)這些系統(tǒng)受到外力作用，隨著時(shí)間的推移本來(lái)的平衡或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能是否能保持一致。對(duì)工程動(dòng)力穩(wěn)定性的探討主要應(yīng)該研究對(duì)煤柱動(dòng)力穩(wěn)定性的相關(guān)影響原因。根據(jù)物理力學(xué)的原理，主要研究深部開(kāi)采工程巖體動(dòng)力學(xué)的模型，找出深部開(kāi)采煤柱變形、滑動(dòng)和破壞等平穩(wěn)性模型以及如何判定穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行分析。要解決地表與巖體預(yù)測(cè)和控制問(wèn)題，就要研究出巖體動(dòng)力平穩(wěn)性的規(guī)律。

2.對(duì)深井巷道礦壓基礎(chǔ)進(jìn)行研究

礦壓?jiǎn)栴}是直接影響煤礦生產(chǎn)和安全問(wèn)題的重要因素，對(duì)它的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究是解決巷道工程的基本依據(jù)。只有對(duì)深部巷道圍巖的變形規(guī)律有較深的認(rèn)識(shí)，才能讓巷道圍巖的控制問(wèn)題具有科學(xué)性質(zhì)。

3.對(duì)深井巷道的安排和底鼓預(yù)防的研究

巷道的穩(wěn)定性是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)樗苯佑绊懼a(chǎn)安全。針對(duì)巷道的特性，對(duì)原來(lái)淺部巷道的安排方式要進(jìn)行改進(jìn)，要盡量躲開(kāi)應(yīng)力的高峰期，對(duì)開(kāi)采的程序進(jìn)行優(yōu)化，把動(dòng)壓對(duì)巷道的影響程度降到最低。底鼓是引起深井巷道失去平衡的主要原因，因此，對(duì)底鼓的防治是深井巷道進(jìn)行維護(hù)的主要內(nèi)容。當(dāng)前我國(guó)對(duì)底鼓都沒(méi)有采取相應(yīng)對(duì)策，因此，有必要和卸壓加固技術(shù)相結(jié)合，從而研究出一套可以防治底鼓的相應(yīng)措施。

4.深部開(kāi)采發(fā)生災(zāi)害機(jī)理研究

在進(jìn)行深部開(kāi)采過(guò)程中，深部巖體的基本特性和組織結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生變化，從而造成深部開(kāi)采事故的經(jīng)常發(fā)生。因此，對(duì)于深部開(kāi)采發(fā)生災(zāi)害的機(jī)理進(jìn)行研究是非常必要的。要對(duì)引起事故發(fā)生的因素進(jìn)行探討，分析它們之間的聯(lián)系和規(guī)律，總結(jié)出一套預(yù)測(cè)方法和預(yù)防措施。

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