關(guān)于煤礦深部開采問題的綜合分析

張宏偉

摘要：隨著深部煤炭資源的不斷開發(fā)以及深部礦井的建設(shè)；我國煤礦資源開采深度的越來越深入，問題、難題就會越來越多，例如地表沉陷預(yù)測和控制的技術(shù)難題。本文就煤礦深部開采條件下，結(jié)合深部環(huán)境的特點(diǎn)，針對地質(zhì)災(zāi)害問題，把深部開采煤礦資源遇到的難題做了分析，并針對這些難題采取了相應(yīng)的對策。

關(guān)鍵詞：深部開采；存在問題；對策

中圖分類號：X752 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

目前我國煤礦開采的總局勢淺度的儲存量偏少，而在一千米以下的深度總儲量占得比較多，據(jù)資料調(diào)查，深度的儲藏量約占總量的百分之七十多。而且，在我國東部，煤礦深度以快速速度增長，預(yù)計(jì)在未來幾十年，大部分的煤礦深度將延伸到一千至一千五米之間。那么，隨著開采深度的延伸，由于地表和巖層移動的問題相當(dāng)復(fù)雜，隨之新的地表沉陷預(yù)測和控制問題也出現(xiàn)了。另外，在煤礦深部開采中，關(guān)于在河流下、建筑物下和鐵路下遇到的問題以及礦壓、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．我國煤礦深部開采的現(xiàn)狀

煤礦深部開采問題一直是世界各發(fā)展中國家關(guān)注的問題。在世界主要采煤國家中，都領(lǐng)先進(jìn)入深部開采，而且快速發(fā)展。我國的主要國有煤礦中，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的北京、沈陽、徐州等東部地區(qū)，這些礦區(qū)的開采時間都比較長。其中，在開采深度超過一千米以上的還有幾個。

二．煤礦深部開采存在的問題

1.地表沉陷預(yù)測和控制問題

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

2.礦井的生產(chǎn)費(fèi)用高

在煤礦深度開采中，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，覆石自重壓力會越加增大，構(gòu)造壓力也會越來越增強(qiáng)，導(dǎo)致圍巖會嚴(yán)重變形，巷道和采場失去平衡，頂板管理起來有相當(dāng)?shù)碾y度。巷道維護(hù)受到阻礙，影響了深部開采生產(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，圍巖移動更加強(qiáng)烈，巷道會嚴(yán)重變形。尤其是在超過七百米的深度開采，巷道礦壓問題嚴(yán)重存在，會產(chǎn)生底鼓地壓現(xiàn)象，巷道失修問題的比例也逐漸增長，對深井巷道的維護(hù)問題卻一直容易被忽視，而且還常常會出現(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)流沿著巷往下流動時，里面的空氣壓力值就會增大。那么，在這種狀態(tài)下，空氣的壓縮就會產(chǎn)生吸熱，礦井的溫度也就會隨著上升。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。在我國深井熱害的問題也非常嚴(yán)重，由于缺少治理知識和投入資金，很多的治理措施只依靠最簡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)就會聚集了很多的氣體能量。而后在工程擾動的作用下，壓縮氣體就會劇烈釋放出來，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)入深部以后會導(dǎo)致發(fā)生災(zāi)害。

三．進(jìn)行深部開采的一些對策

1.對礦井深部開采工程動力的探討

在進(jìn)行深部開采時，巖層和地表控制預(yù)測的重要因素是保持工程巖體的動力平穩(wěn)性。一般來講，工程巖體的動力平穩(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，隨著時間的推移本來的平衡或運(yùn)動狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能是否能保持一致。對工程動力穩(wěn)定性的探討主要應(yīng)該研究對煤柱動力穩(wěn)定性的相關(guān)影響原因。根據(jù)物理力學(xué)的原理，主要研究深部開采工程巖體動力學(xué)的模型，找出深部開采煤柱變形、滑動和破壞等平穩(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)測和控制問題，就要研究出巖體動力平穩(wěn)性的規(guī)律。

2.對深井巷道礦壓基礎(chǔ)進(jìn)行研究

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

3.對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)鍵問題，因?yàn)樗苯佑绊懼a(chǎn)安全。針對巷道的特性，對原來淺部巷道的安排方式要進(jìn)行改進(jìn)，要盡量躲開應(yīng)力的高峰期，對開采的程序進(jìn)行優(yōu)化，把動壓對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)前我國對底鼓都沒有采取相應(yīng)對策，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.深部開采發(fā)生災(zāi)害機(jī)理研究

在進(jìn)行深部開采過程中，深部巖體的基本特性和組織結(jié)構(gòu)都會發(fā)生變化，從而造成深部開采事故的經(jīng)常發(fā)生。因此，對于深部開采發(fā)生災(zāi)害的機(jī)理進(jìn)行研究是非常必要的。要對引起事故發(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)測方法和預(yù)防措施。

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