井下深部开采存在问题与对策

目前我国煤矿开采的总局势浅度的储存量偏少，而在1000m以下的深度总储量占得比较多，据资料调查，深度的储藏量约占总量的70%多。而且，在我国东部，煤矿深度以快速速度增长，预计在未来几十年，大部分的煤矿深度将延伸到1000m～1500m之间。那么，随着开采深度的延伸，由于地表和岩层移动的问题相当复杂，随之新的地表沉陷预测和控制问题也出现了。另外，在煤矿深部开采中，关于在河流下、建筑物下和铁路下遇到的问题以及矿压、保护煤柱留设、瓦斯、地热等多种技术难题也日趋渐多，严重影响着煤矿生产和矿井建设的发展。
1 我国煤矿深部开采的现

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状
煤矿深部开采问题一直是世界各发展中国家关注的问题。在世界主要采煤国家中，都领先进入深部开采，而且快速发展。我国的主要国有煤矿中，采深大于800m的大约占总数的13%，它们主要分布在我国的北京、沈阳、徐州等东部地区，这些矿区的开采时间都比较长。其中，在开采深度超过1000m以上的还有几个。

2 煤矿深部开采存在的问题

2.1地表沉陷预测和控制问题

在对矿区进行地表沉陷预测和控制设计所用的参数，我国大部分地区都采用深度小于300m的观测站资料，如果按照比较严格的要求，这些参数资料都只适合在开采深度小于300m的地表沉陷预测和控制。那么，在《“三下采煤”和主要的井巷煤柱留设及压煤开采规程》中给予的移动角，一般都是达到深部开采条件下的实测值。在同个矿区，给出的移动角值都是固定的。但经过实践证明，在具备深度开采条件下，移动角值是否固定无法提供科学依据。在当前有限的条件下，在深部开采适合条件下采用实测求取岩层移动角的这种方法并不简单。另外，很多重复建立地表移动观测站实测求取岩石移动角的方法因为所需要的时间相当长，很多都中途而废，导致大量浪费人力财力物力。

2.2 矿井的生产维护费用高

在煤矿深度开采中，岩体塑性大和原岩应力大导致矿压明显强烈。随着采深程度的延伸，覆石自重压力会越加增大，构造压力也会越来越增强，导致围岩会严重变形，巷道和采场失去平衡，顶板管理起来有相当的难度。巷道维护受到阻碍，影响了深部开采生产技术的效果，也导致经济效益下滑。这些问题主要可以归纳为两种：一方面是加大巷道断面；另一方面，随着地压增大，受到深部高应力的影响，围岩移动更加强烈，巷道会严重变形。尤其是在超过七百米的深度开采，巷道矿压问题严重存在，会产生底鼓地压现象，巷道失修问题的比例也逐渐增长，相应的要采取一系列措施，如增加设备，加强支护等。同时，井下需要维修的巷道长度增加，到工作地点的距离和时间增加，提升高度大、时间长，主副井提升系统、排水系统等环节增加，通风系统趋于复杂。这些都导致煤炭生产成本增加，吨煤成本生产费用提高，经济效益迅速下降。

2.3地温升高

这里所说的地温指的是矿井下岩层的温度。正常情况下，随着深度的加深，气温也逐渐升高。地下温度的高低对采掘工作面的环境温度起着决定性的作用，也可以叫矿井温度。随着矿井深度的变化，里面空气所受的压力也跟着改变。在风流沿着巷往动时，里面的空气压力值就会增大。那么，在这种状态下，空气的压缩就会产生吸热，矿井的温度也就会随着上升。随着矿井深部的延伸，施工人员所受到的井下环境也逐渐恶劣，井下岩层的温度也会上升到高达几十摄氏度，井下温度达到如此高的程度，会严重影响施工人员的健康，从而引发各种疾病，还让他们不能专心作业，导致安全事故频频发生，有很多的矿井就因此而停产关闭。在我国深井热害的问题也非常严重，由于缺少治理知识和投入资金，很多的治理措施只依靠最简单的物理方法例如洒水和通风等。这种深井热害所采取的治理方法根本达不到效果。

2.4煤岩破坏过程强化，冲击地压危险性增加

我国发生冲击地压的深度在200m～1 000m，由于开采深度的增加，煤岩体应力升高，有冲击地压危险的煤层数量增加，有冲击地压的矿井逐渐增加。发生冲击地压矿井50年代为7个，60年代为22个，目前已增加到33个。经调查发现，冲击地压发生的次数、强度和危害程度随深度的增加日趋严重。

2.5低瓦斯矿井转变成高瓦斯矿井

我国是世界上煤与瓦斯突出最频繁的国家之一，占全球瓦斯突出总量的将近半壁。建国以来，我国发生瓦斯和煤突出次数超过13 000次。随着矿区采矿深度的增加，开采掘进的强度逐渐加大，地压骤升、地下温度升高，冲击地压及煤与瓦斯瓦斯的威胁也逐渐增大。煤矿深部开采的瓦斯涌出量一般比较大，煤与瓦斯突出已成为矿区深部开采必须关注的安全课题。我国煤矿煤与瓦斯突出有随采深增加而瓦斯压力增高，瓦斯涌出量增大的走势。由于受到深部高应力的作用，煤层内瓦斯气体压缩达到最高峰，煤岩体内就会聚集了很多的气体能量。而后在工程扰动的作用下，压缩气体就会剧烈释放出来，造成工作面或巷道的煤岩层突然被破坏而产生煤和瓦斯凸显，让浅部的非突矿井进入深部以后会导致发生灾害。

3 进行深部开采的一些对策

3.1对矿井深部开采工程动力的探讨

在进行深部开采时，岩层和地表控制预测的重要因素是保持工程岩体的动力平稳性。一般来讲，工程岩体的动力平稳性指的是煤柱、上覆或下伏岩层力学这些系统受到外力作用，随着时间的推移本来的平衡或运动状态和内部结构功能是否能保持一致。对工程动力稳定性的探讨主要应该研究对煤柱动力稳定性的相关影响原因。根据物理力学的原理，主要研究深部开采工程岩体动力学的模型，找出深部开采煤柱变形、滑动和破坏等平稳性模型以及如何判定稳定性的标准，并进行分析。要解决地表与岩体预测和控制问题，就要研究出岩体动力平稳性的规律。

3.2优化巷道布置

巷道布置关系到井下生产的安全和效率。在正常情况下，煤矿进行深部开采，一般的准备巷道以岩石巷道为主，或者最少布置一条岩石巷道。随着煤炭采掘深度的增大，各区段预留的煤柱留设的宽度也响应增大，这无疑增加了巷道的维保费用和综合成本。为减少综合成本，同时保证煤炭资源最大限度得以回收利用，工作面平巷应当以无煤柱护巷的形式加以布置；采准巷道的布置则应当避开煤柱集中应力、构造集中应力、采动应力的影响，布置在选择在岩性稳定、波动较小的地质条件可靠的岩层中。巷道施工在遇到以压应力为主的褶曲、逆断层时，巷道方向尽量与褶曲轴或断层走向垂直或斜交；在遇到以拉应力为主的正断层时，巷道方向则与断层走向一致或斜交，以而达到减小矿压显现的目的。回采巷道布置的方位选择应当坚持一个原则，那就是最大限度保证工作面与断层推进的绝对距离。避免巷道相交、对向或近距离同向伸直平行布置，最大限度降低发生低压冲击的威胁。。

3.3 创新巷道支护形式

及时分析研究煤矿深部开采的有关数据和指标，安置在中度或者硬度岩层的巷道尤其变形严重，特别是受采煤动因影响的情况下。实践运行数据表明：当开采深度达到超过一千米时，矿井下的巷道压力受压明显增强，这对巷道运行和维护提出了很大的难题。因此，在深部采煤中，必须加强对巷道的维护，有效保证巷道的安全性、可靠性和有效性。除了科学、合理、因地制宜布置巷道的位置外，还必须依据井下的地质条件、生产工艺状态、设备运行参数，及时对围岩进行加固处理，采用一种或多种形式相组合的支护形式，保证支护设备能提供充足的支护力，同时具备较为适宜的伸缩性。

3.4对深井巷道矿压基础进行研究

矿压问题是直接影响煤矿生产和安全问题的重要因素

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，对它的基础理论进行研究是解决巷道工程的基本依据。只有对深部巷道围岩的变形规律有较深的认识，才能让巷道围岩的控制问题具有科学性质。

3.5对深井巷道的安排和底鼓预防的研究

巷道的稳定性是设计的关键问题，因为它直接影响着生产安全。针对巷道的特性，对原来浅部巷道的安排方式要进行改进，要尽量躲开应力的高峰期，对开采的程序进行优化，把动压对巷道的影响程度降到最低。底鼓是引起深井巷道失去平衡的主要原因，因此，对底鼓的防治是深井巷道进行维护的主要内容。当前我国对底鼓都没有采取相应对策，因此，有必要和卸压加固技术相结合，从而研究出一套可以防治底鼓的相应措施。

3.6深部开采发生灾害机理研究

在进行深部开采过程中，深部岩体的基本特性和组织结构都会发生变化，从而造成深部开采事故的经常发生。因此，对于深部开采发生灾害的机理进行研究是非常必要的。要对引起事故发生的因素进行探讨，分析它们之间的联系和规律，总结出一套预测方法和预防措施。
参考文献
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