淺談煤礦深部開采問題與措施

杜齊偉

摘要：與淺部開采相比，深部開采不僅大大地提高采礦成本，而且隨著深度的增加，采礦環(huán)境也將發(fā)生不利的變化，給煤礦生產(chǎn)和安全帶來(lái)了極大的問題，礦壓大、溫度高，潛伏著難以預(yù)料的地質(zhì)災(zāi)害，如突水、巖爆、沖擊地壓等。然而用淺部開采條件下的地質(zhì)等特征和規(guī)律來(lái)分析處理深部問題，無(wú)疑遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，且蘊(yùn)含著極大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，對(duì)深部開采條件下面臨的問題進(jìn)行系統(tǒng)的研究，為深部煤炭安全、經(jīng)濟(jì)、高效開采提供科學(xué)的技術(shù)途徑具有重要意義。

關(guān)鍵詞：煤礦；深部開采；特征；問題；應(yīng)對(duì)措施

一、對(duì)深部開采的定義

根據(jù)本國(guó)國(guó)情，一些采煤國(guó)家的學(xué)者對(duì)深井的界定提出的一些見解和論述。前蘇聯(lián)部分學(xué)者將采深超過(guò)600m的礦井歸于深井，而另部分學(xué)者則定為采深800m。原西德學(xué)者把采深800-1200m定為深部開采，把1200m以下稱為超深開采。英國(guó)與波蘭把煤礦深部開采的起點(diǎn)定為750m，日本定為600m。

二、煤礦深礦井開采的主要特征

（一）高應(yīng)力

1.原巖應(yīng)力大。原巖應(yīng)力包括自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力以及賦存在巖體中的水和瓦斯對(duì)巖體的壓力等。自重應(yīng)力隨埋深的增加而增大。構(gòu)造應(yīng)力實(shí)際上是構(gòu)造殘余應(yīng)力，當(dāng)開采深度大時(shí)，構(gòu)造應(yīng)力由于釋放困難，殘余構(gòu)造應(yīng)力大。地下水和瓦斯賦存在巖體中，其賦存量和壓力一般隨賦存深度增大而增大。因而，在深礦井開采中原巖應(yīng)力大。

2.巖體塑性大。巖石的變形特性與受力狀態(tài)有關(guān)：當(dāng)側(cè)壓由零（單向受力）逐漸增加時(shí)，巖石的塑性會(huì)逐漸增加。側(cè)向應(yīng)力的增加使巖體的塑性增大。當(dāng)開采到一定深度時(shí)，巖體進(jìn)入完全塑性狀態(tài)，此時(shí)，原巖應(yīng)力為三向等壓，即所謂的靜水壓力狀態(tài)。

3.礦山壓力顯現(xiàn)劇烈。礦壓顯現(xiàn)劇烈是深井開采中原巖應(yīng)力大和巖體塑性大的主要表現(xiàn)。

（二）高瓦斯

礦井瓦斯（絕對(duì)）涌出量大。礦井瓦斯（絕對(duì)）涌出量隨采深增加而增大。其原因是：①一般情況下，煤層埋藏深，煤層瓦斯含量大，這主要由瓦斯的賦存條件決定；②煤炭開采強(qiáng)度隨采深增加而增大，礦井開采深度增加，開采難度增大。

（三）高地溫

地溫是指井下巖層的溫度。一般情況下，地溫隨深度增加而呈線性增加。地溫決定著井下采掘工作面的環(huán)境溫度，即礦井溫度。在深礦井開采中，礦井溫度一般都較高，會(huì)影響人體健康，有時(shí)甚至?xí)h(yuǎn)高于人體所能承受的最高溫度。

三、深部開采存在的主要問題

（一）生產(chǎn)費(fèi)用增加，經(jīng)濟(jì)效益下降

隨著采深的增加，勘探強(qiáng)度加大，地壓、地溫升高，沖擊地壓及煤與瓦斯突出危險(xiǎn)增大，相應(yīng)的要采取一系列措施，如增加設(shè)備，加強(qiáng)支護(hù)等。同時(shí)，井下需要維修的巷道長(zhǎng)度增加，到工作地點(diǎn)的距離和時(shí)間增加，提升高度大、時(shí)間長(zhǎng)，主副井提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)環(huán)節(jié)增多，通風(fēng)系統(tǒng)趨于復(fù)雜。這些都導(dǎo)致煤炭生產(chǎn)成本增加，經(jīng)濟(jì)效益迅速下降。

（二）礦壓顯現(xiàn)加劇，巷道維護(hù)困難

隨著礦井開采向深部發(fā)展，礦井逐漸出現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，巷道維護(hù)困難，地溫升高和勘探困難，開采條件惡化，生產(chǎn)技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益下降等問題。一方面，巷道斷面必需加大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，近10年間采深平均增加100m，巖石巷道斷面平均增加8.1%，煤、半煤巖巷平均增加32%；另一方面，地壓增大，在深部高應(yīng)力作用下，圍巖移動(dòng)更劇烈，巷道產(chǎn)生變形破壞更嚴(yán)重。在超過(guò)700m的深井中，巷道礦壓?jiǎn)栴}普遍嚴(yán)重，底臌成為常見的地壓現(xiàn)象，特別在采準(zhǔn)巷道中尤其嚴(yán)重。失修和嚴(yán)重失修巷道比例增加，井深1000m時(shí)巷道失修率約是同條件下500-600m埋深巷道的3-15倍，部分礦井巷道失修和嚴(yán)重失修率達(dá)20%以上。且常常出現(xiàn)前掘后修、重復(fù)反修的現(xiàn)象。深井巷道維護(hù)問題已成為整個(gè)礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)。

（三）熱害問題增加，氣候條件惡化

隨著礦井向深部開采，許多國(guó)家都遇到了不同程度的熱害問題。德國(guó)、俄羅斯掘進(jìn)頭溫高達(dá)50℃，部分高達(dá)60℃。礦井氣溫過(guò)高嚴(yán)重影響人體健康，引發(fā)各種疾病，造成事故率上升，勞動(dòng)生產(chǎn)率下降，甚至被迫停產(chǎn)。

我國(guó)深井熱害問題相當(dāng)嚴(yán)重，而我國(guó)熱害的治理工作由于缺乏技術(shù)、資金等問題，大部分礦井熱害治理僅靠通風(fēng)降溫、灑水降溫，部分礦井采用機(jī)械制冷降溫方法?？偟默F(xiàn)狀是技術(shù)落后、效果較差，應(yīng)引起有關(guān)方面的高度重視。

四、應(yīng)對(duì)措施

（一）加強(qiáng)深部地質(zhì)工作。充分了解復(fù)雜多變的煤巖體特征、瓦斯、水等災(zāi)害分布，斷層的空間紿構(gòu)、圍巖穩(wěn)定狀態(tài)及與井巷工程之間的相互關(guān)系，從而為采取有效方案或技術(shù)途徑提供基礎(chǔ)條件。

（二）改進(jìn)圍巖控制技術(shù)，限制圍巖變形破壞。圍巖支護(hù)方式分為被動(dòng)支護(hù)和主動(dòng)支護(hù)，被動(dòng)支護(hù)是限制圍巖的變形破壞和防護(hù)控制已經(jīng)松動(dòng)破壞的巖石，主動(dòng)支護(hù)是以加固圍巖為目的，利用圍巖的自撐能力控制圍巖變形破壞。深部圍巖在掘進(jìn)幾小時(shí)后就有可能發(fā)展成為碎裂體或松散體，支護(hù)對(duì)象是破裂后的剪脹變形圍巖。因此，深部地區(qū)采用錨網(wǎng)索主動(dòng)支護(hù)方式，提高錨網(wǎng)索支護(hù)系統(tǒng)的強(qiáng)度和改善圍巖特性，可能取得較好的支護(hù)效果，地質(zhì)不良地段復(fù)合支護(hù)效果可能會(huì)更好，應(yīng)因地制宜。

（三）對(duì)于深部開采的動(dòng)力現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)一步研究其發(fā)生的條件、特點(diǎn)和規(guī)律，建立符合深部開采實(shí)際的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)理論以及防治措施。

五、結(jié)束語(yǔ)

煤礦深部開采面臨的一系列問題將是我國(guó)當(dāng)前和今后煤礦安全生產(chǎn)中的重大問題，必須未雨綢繆，加大科技創(chuàng)新的力度.以期解決關(guān)鍵技術(shù)難題，采用先進(jìn)的技術(shù)裝備，降低和防范深部開采帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)深部煤礦安全，高效、低成本開采。

參考文獻(xiàn)：

[1]湯雷，蔣金平.深部開采條件下工作面平巷布置新方法[J].煤礦開采，1995，4（17）.