我国煤矿深部开采形势

我国煤矿深部开采形势
胡冲
（湖南科技大学能源与安全工程学院采矿工程一班081010106）摘要：。

远在公元前500年左右的春秋战国时期，煤已成为一种重要产品，称为石涅或涅石。

魏晋时期称煤炭为石墨，唐宋时期为石炭，明朝始称煤炭，中国煤矿开采历史很久了。

改革开放以来，我国煤炭行业快速发展，在为中国社会、经济进步作出巨大贡献的同时，自身也得到了极大发展。

但是，目前来看，我国煤炭行业所面临的形势依然不容乐观，分析煤炭行业发展中所面临的问题，其中深部开采是最为突出的问题。

关键词：中国煤矿深部开采形势
前言：我国采矿工作者一般把采深等于及大于800m的矿井称为深井。

深部矿井开采是我国煤矿井工开采面临的重大技术课题之一。

随着社会对煤炭需求量的日益增长，开采能力不断提高，开采深度不断增加是井工开采的必然趋势。

我国淮南、徐州、新汶、长广、开滦、北票、沈阳、鸡西、抚顺、峰峰、大屯、鹤岗、天府、通化、广旺、平顶山、水城、舒兰等矿区已经进入深部开采。

我国煤矿正在以每年8—12m的速度向深部延深。

因此可以预计，在今后10年内，现有的大部分矿井都将进入深部开采。

1. 1巷道围岩变形
随开采深度增大,地应力显著增大,巷道周围应力增高，在浅部相对较硬的围岩,到达深部后为工程软岩, 表现出强烈的扩容性和应变软化特征
[ 1], 巷道岩体强度降低,巷道与支护体破坏严重,特别是不良岩层巷道掘进与支护困难.据部分统计，深部巷道实际返修比例高达90%以上.不仅使巷道维护费用大大增加,而且造成矿井生产系统不畅,运输能力不足,风、水、电系统脆弱等一系列问题, 成为矿井安全生产的重大隐患. 具体表现在
如下几个方面:
1) 巷道变形速度快、变形量大, 底鼓严重。

深部高应力环境下, 岩体储备了较高的能量, 巷道开挖后的卸荷作用, 使岩体中积聚的能量在较短的时间释放出来. 深部围岩最大与最小主应力差有增大趋势, 如在范各庄800m深处地应力测量表明, 最大主应力为29.7, 6.6MPa, 主应力差高达23.1MPa,致使剪应力增大,加速围岩破坏。

工程表现为巷道掘进过程中冒顶片帮机率和规模增大,巷道支护后支架变形迅速,同等条件下煤层巷道从500m开始,埋深每增加100m，巷道变形速度和变形量平均增加20%~ 30%左右; 井深1km时的巷道失修率约是500~600m 时的3~15倍。

[ 2], 底鼓成为巷道失稳破坏的主要形式. 如某矿掘进埋深1. 1km的煤层巷道时, 底鼓量达到0.8m/d;深部回采巷道,前掘后修已成为巷道施工的基本工序。

2) 岩性对巷道稳定性的影响更加显著。

浅部岩性变化对巷道变形影响较小, 一般情况下,决定巷道位置时,岩性不是主导因素,同一巷道,不同岩性常采用相同
支护方式和参数即能保持巷道长期稳定;到深部后,不同岩性围岩变形差异大大
增加,岩性成为巷道位置选择的主导因素,同一巷道不同岩性的非等强支护方法
成为巷道维护的主要手段。

3) 掘进后巷道持续变形、流变成为深部巷道变形的主要特征。

浅部巷道掘进影响期一般为3~5d,之后能基本稳定下来;深部巷道掘进后,巷道一直难以稳定,当
支护不合理时,其变形可直至巷道完全闭合。

特别是当受动压影响时,其敏感程
度更高, 影响范围更大. 煤柱稳定宽度增大,留煤柱护巷在技术和经济上更加
不合理。

1. 2矿井煤与瓦斯突出和冲击地压
1) 随矿井开采深度增加,煤层瓦斯压力增加不少原来浅部为非突出的矿井( 煤层),转化为突出矿井,突出强度和频度随深度增加明显增大。

我国煤矿开采条件复杂,所有矿井均为瓦斯矿井,在中东部地区,一半以上矿井为高瓦斯、突出矿井, 瓦斯问题已成为安全生产的首要问题。

煤岩破坏过程加剧, 冲击地压问题日渐
突出.几年前仅在个别矿井发生, 近年来由于开采深度增加, 应力增高, 多个
矿区也不同程度出现了冲击地压现象。

而且有可能和煤与瓦斯突出、承压水问
题等灾害相互叠加、相互作用, 互为诱因, 或产生共振效应,使灾害的预测及防治更为复杂困难。

1. 3矿井水灾地下水在渗流场中,常规条件下,裂隙岩体水的渗流符合达西定理,但是,在矿井深部的岩体,由于高应力和高地温的作用,其特征发生明显变化高
渗透压力可能产生地质灾害。

我国煤矿地质条件复杂,特别是水文地质条件复杂, 奥灰水压持续升高, 承压水问题十分严重, 突水机率也随之增加. 如河北的几
个主要矿区均存在承压水上开采问题, 且水压高( 承压水压力为2~6MPa) , 水
量充沛; 峰峰集团公司生产矿井采区工作面煤层承受的底板水压普遍在2.0MPa 以上,突水系数大于0.06MPa/m,底板灰岩突水灾害曾多次发生,其中奥灰突水灾
害3次; 河南郑煤集团所属主要矿井向奥灰水位标高为+ 125~ + 150m, 焦煤集团赵固煤矿水压高达6MPa,突水威胁性大。

1. 4矿井高温热害由于高温职工注意力不集中,严重影响生产效率,并且人身事故率和机电设备事故率大大增高,无法保证采掘工作面安全生产。

《煤矿安全规程》明确规定: 采掘工作面空气温度不得超过26,机电469采矿与安全工程学报第23卷硐室的空气温度不得超过30,当上述两工作地点的空气温度超过30和
34时,必须停止作业。

《煤炭资源地质勘探地温测量若干规定》指出:平均地温梯度不超过3/100m的地区为地温正常区;超过3/100m为高温异常区,原始岩温
高于31的地区为一级热害区,原始岩温高于37的地区为二级热害区。

我国不少矿井高温热害威胁严重, 1999年有70处大中型井工煤矿的采掘工作面最高气温超过《煤矿安全规程》的要求,其中26处超过30,最高达到37。

随着采深的增加,高温热害矿井数量不断增加,进入21世纪,将有越来越多的矿井步入深部开
采行列.平煤集团五矿采深800~900m岩温达到34.5 ,平均地温梯度3. 7/100m, 地温高并伴有热水涌出,在标高-450m处的岩温为42， -650m处的岩温高达50。

采掘工作面气温全年都超过28,夏季一般为31~34,个别高达35 ,空气相对湿度94%~100%;平煤集团六矿采深800~900m时岩温达到35.5,平均地温梯度3.1/ 100m,另外,平煤东部矿区、新峰矿区等都存在严重的高温热害问题,而且随采深增加,围岩温度也随之增加,高温热害问题将更加严重,成为制约部分矿井安全
生产的主要因素。

1. 5煤层自燃
研究表明,随采深增加,地温增高,地温越高,煤层原始温度越高,导致围岩层温度越高,改善了自燃的蓄热条件,导致煤体与环境风流温差较大,增大了漏风
供氧动力热风压,导致煤体自身的耗氧速度和氧化放热强度即煤体氧化放热性
能增强,最终导致煤体自燃危险性增大，因此,在深部较高的温度环境下,更易引起煤层的自然发火。

我国煤层自然发火危险性严重,比例大、覆盖面广。

根据2002年统计,原国有重点煤矿中有自然发火危险的矿井占51.3%。

自然发火危险矿井几乎在所有矿区都存在,因自燃而造成煤炭资源的破坏,每年达数十亿元的经济损失。

如河南多数矿井煤层具有自然发火倾向性,义马、平顶山、鹤壁等矿区煤层自然发火期较短,达到深部开采后,自然发火问题将较浅部更为严重。

同时, 自然发火容易触发矿井火灾、瓦斯爆炸事故的发生.
1.6 深井建设
立井是煤矿开采的主要开拓方式之一，近年来新建的矿井近半数是采用立井开拓方式。

随着平原地区新井建设和煤矿开采向深部发展，立井开拓所占的比重还会增大。

立井井筒工程是建设的关键工程。

立井施工技术复杂，作业场所狭窄，工作环境恶劣，且受地质条件变化的影响大，有时甚至威胁到安全生产，因而井筒工程量虽然只占全矿井井巷工程量的3.5%~5.0%,但是其施工工期往往占到全矿建设的35%~40%，或更多。

随着开采深度的增大，提高高效矿井的建设这一矛盾更加突出了。

3结语
煤矿深部开采面临的一系列问题将是我国当前和今后煤矿安全生产中的重大问题, 必须未雨绸缪, 加大科技创新的力度, 以期解决关键技术难题,采用先进的技术装备, 降低和防范深部开采带来的风险, 实现深部煤矿安全、高效、低成本开采.
参考文献:[ 1] 何满朝,彭涛. 高应力软岩的工程地质特征及变形
力学机制[ J] . 矿山压力与顶板管理,1995, 12(2) :8
[ 2] 谢和平. 21世纪高新技术与我国矿业的发展与展望
[ J] . 中国矿业, 2002,11(1): 1522.
[ 3] 李化敏. 煤矿深井的基本概念与判别准则[J] . 煤矿设计,1999( 10): 57.
[ 4] 李化敏,翟新献. 深井巷道围岩应力及变形规律的数值分析[ J] . 焦作工学院学报, 1996,15(4): 1115.
[ 5] 李化敏, 胡劲松. 深井巷道矿压与支护问题探讨[J]. 焦作工学院学报, 1994, 13(3): 2243.
[ 6] 邓金灿. 高峰矿深部开采工程地质调查与稳定性分
析[ J] . 采矿技术, 2001,1( 3) :6667.
[ 7] 贺建民, 王宏图, 鲜学福, 等. 煤层温度和应力梯度变化对煤层瓦斯压力计算的影响[ J] . 重庆大学学
报: 自然科学版,1999, 22(5) :9598.
[8] 李化敏. 我国煤矿深部开采问题探讨[J]. 煤矿设计, 1998( 8) :711.
[10] 蔡美峰. 中国金属矿山21世纪的发展前景评述
[ J] . 中国矿业,2001,10( 1) :1113.
[12] 吕品. 矿井热害的调查与防治[ J]. 中国煤炭,
[13] 郭兴明. 地温对煤层自燃危险性的影响研究[ J] . 西安交通大学学报,2000, 34(11): 2326.。