27论煤矿山深浅部开采界线划分问题

论煤矿山深浅部开采界线划分问题
1.问题的提出
近二十余年来，据不完全统计我国统配煤矿开采深度达500 米左右的已占30％以上，700米以下的已不下几处。

与此同时超过一定深度下开采过程中相继显现了严重的动力异常现象，如有的矿井深部正规采场接二连三发生了冲击地压或岩爆现象[1]；有的矿井深部开拓巷道围岩流变碎胀十分突出，一次性支护不起作用[2]；有的矿井一定开采水平下地温突然增高，已超过煤矿安全规程规定的标准[3]。

上述种种动力异常现象是偶然性问题，还是潜在的必然反映呢？我们认为这是煤矿山一定深度内，诸应力偶合作用，致使煤岩体介质发生显著的力学响应的结果。

具体一点说来，煤矿山进入一定的开采深度，由于埋深增加，其煤岩体结构系统中的原岩应力水平明显呈非线性增加，仅就煤岩周边垂直应力说来，部分接近或超过其峰值强度，进而使局部煤岩体介质达到塑性屈服限，进入塑性变形，该变形并随时间增加或遇外界扰动因素作用而加强，将可能出现两种类型变形破坏趋势。

一种为缓慢变形破坏趋态，即若干个小失稳的综合或迭加；另一种为突然失稳变形破坏趋态，即大失稳的综合。

朔其二者不同的力学响应，基主导因素是由于应力水平与介质条件不同而不同，二者变形破坏趋态的力学本质是相同的[4]。

煤矿山深部与浅部开采中存在动力异常问题，或者说对于任何一个矿井说来，开采达到某一临界深度时，煤岩体结构系统稳定性就开始发生深刻变化，进而扩散或影响采矿工程作业环境，乃至于困扰着正常生产中各个环节与链条，致使个别矿井生产面临着十分棘手地步。

我们愿结合十年来科研工作实践，就煤矿山深浅部界线划分问题提出尚不成熟的学术讨论意见，无疑将是有着一定的理论与生产现实意义的。

2.几个典型矿井深部开采显现的动力异常
2.1 北票矿务局台吉竖井
该竖井的开拓开采-550米水平至-700米水平(垂深900米) 以来，大部分开拓巷道屡屡严重变形破坏，砌碹、锚喷等不同方式的一次性支护已不起作用，该井曾于1977年、1982年、1983年发生里氏2.5 级以上矿震多次，其中最大一次为3.8级，井上下较大范围内均有震感和较重的破坏。

2.2 开滦矿务局唐山矿
唐山矿自1964年6月7日在2151工作面开始有冲击地压发生以来，到目前
为止，分别在十一水平南翌、十二水平、十三水平北翌( 垂深800米)等地段回采和掘进工作面发生较重的冲击地压20次。

尤为严重的是该矿进入十三水平3652采场，当采场从开眼掘井90米时，1991年6月13日零点12分突然一声巨响，发生了3.1的冲击地压，结果造成该采场回风巷距开采眼50米至150米段严重破坏，2名工人遇难，3名工人受伤致残，采场被迫停产53天。

2.3 新汶矿务局华丰矿
华丰矿开采第四水平(-750米)前组四层煤，从1992年3月 8日至4月24日，在2406(上)东及1405(中)工作面连续发生冲击地压，危害较大的有6次，其中2406(上) 东工作面上顺槽及工作面上头区段发生冲击地压5次；1405(中)工作面下顺槽发生1次，里氏震级2.2 级以上，造成死亡1人，重伤2人，破坏巷道210米，停产13天。

2.4 北京矿务局门头沟矿
该矿西部开采已达-360米水平，九龙盆地垂深达760米，东部已开采到龙门盆底-580米水平，垂深近1000米。

目前该矿冲击地压动力异常现象频繁。

1984
年据地震台记录里氏震级在1.0 以上的震动和冲击4007次，其中里氏2.1级以上的406次，震级3.1级以上的1次；1990年地震台纪录里氏震级在1.0级以上的为6707次，2.0级以上多达2649次，3.1级以上为4次。

2.5 枣庄矿务局陶庄矿
陶庄煤矿开采深度已由初期的+30米水平延深到现在的 -840米水平。

随着开采深度增加，地温逐年增高，在 +63～-440深度时，稳定岩温仅为 19～25℃，地温梯度值为 1.3～1.6℃/100米。

但在该矿的-440米水平以下，地温突然增为28.9～35.4℃，地温梯度为 2.8～2.9℃/100米，矿井深部气温高达42℃，其稳态岩温迅速增高，出现高温热场，井下采场气温普遍超过煤矿安全规程所规定的标准[5]。

作业条件恶劣，严重影响工人健康和生产效率。

同时该矿深部还发生多次冲击地压恶性事故。

2.6 沈阳矿务局西马矿
西马矿开采太原组12煤，从85年以来，随着采深的增加矿山动力现象显著增高，共发生了煤与瓦斯突出事故达192次，其中在南一采区1203、1205工作面97年度就发生了煤与瓦斯突出事故67次。

97 年7月13日150米长的1203工作面
顶板突然来压，至使QY320液压支架在1小时内下降600mm，结果大部分支架压死，采煤机主体中间断裂，无奈被迫停产5天，造成严重地经济后果。

3. 深浅部开采界线划分的几个问题
3.1 认识的现状
煤矿深浅部开采划分问题是一个十分严肃的理论与实践问题。

对此我国大多数煤矿山工程技术人员及矿山科技工作者从不同角度均存有一定的直觉与认识。

50～60年代期间，我国煤田地质勘探领域认为500 米以下钻探均被视为深部勘探，显然那个时代我国煤矿山还基本没有井工矿井的深部开采问题。

70年代初期，我国煤田地质勘探对老矿的深部补充勘探或新区开发勘探均都出现800～1200米深的钻孔，进而也就相继出现了一座座大型深井建设与深部开采问题。

70年代中期至80年代中期，我国部分矿井生产中显现了较重的软岩与冲击地压灾害，于是主管部门投入了一定资金，调动高校、科研单位共同合作展开了针对性攻关研究，最终大量成果表明[6、7]软岩与冲击地压显现均与开采深度密切相关。

3.2 界线划分的原则
a.煤矿山深浅部界线划分的出发点主要是考虑井下采场正常生产安全程度，巷道或硐室一次性支护适用程度及矿山工程环境对作业个体身心健康危害程度一并综合筛分。

b.本界线划分应以一个生产矿井为单位，提出划分的依据应具有一定的理论性和适用性。

c.因采矿工程生产地质条件复杂及技术条件不平衡，本文提出界线划分的几个依据参量应综合筛选，不可偏重哪一个。

可能有的参量未有基础性工作而不能提出，应尽量开展或用间接材料补充。

3.3 界线划分的几个参量
A采场生产中动力异常程度(D)
该参量多指采场生产中突然显现的应力释放而造成的设备损坏，人员伤亡或中断生产即破坏生产的恶性事故突发程度。

B一次性支护适用程度(Z)
该参量系指巷道或硐室成形服务期间，不拘那一种支护方式作用，如发生支
护状态折损40～60％时，就视为本方式一次性支护失效。

C煤岩自重应力接近煤层弹性强度极限程度(Q)
该参量系指某一开采深度(H)时，煤岩单元体的内函自重应力(rH)趋近一定值，而其弹性极限强度或者说它的单轴抗压强度(δC) 也趋于某一定值，如
rH≥δC时，那么其H就视为开始进入深部开采阶段。

D地温梯度显现程度(I)
该参数系指矿井某一开采水平以下地温梯度突然普遍增高，井下采场气温普遍超过煤矿安全规程所规定的标准(26℃)时，视为该矿某一开采深度为地瘟梯度异常深度。

3.4 煤矿山深浅部界线初步区分
据本文提出划分界线的4个依据参量衡量，并结合我国现存的大多数国企煤矿的实际情况，初步划分一般情况见下表(略)。

A深浅部开采界线初步定为700米。

B在浅部开采中，500米以上为一般浅部开采，500～700 米之间为超浅部开采。

C在深部开采中700～1000米为一般深部开采，1000～1200 米为超深部开采。

D由于我国煤矿山分布广大，受区域构造应力场控制较强，因此深浅部开采界线划分可能尚存许多未考虑因素，或者有特例存在，有待今后充实修正。

4. 结论
4.1 对于条件不同矿井来说，由于其煤岩体赋函的应力水平及介质条件不同，其深浅部开采介线有一定的差异，不能认为是唯一的真值，而仅是相对某一确定数。

4.2 对于一个矿井来说，尽早地划分深浅部开采介线，对已采矿井清理或总结过去困惑生产的灾害问题，对已采矿井(老井挖潜) 把握住矿井生产的主动权，无疑都是有着战略意义的。

4.3 对于我国深部开采中暴露出来的煤岩体结构系统稳定性问题，其中对煤岩体结构局部应力水平超过峰值强度而发生破坏是不可避免的事实已为多数同行共识，但更重要的问题是该煤岩体结构系统能否保证整体稳定性，对这样深层
次理论与实践问题十分需要诸多学科协同献计解决。

参考文献
[1] 新汶矿务局华丰矿冲击地压防治研讨会记要内部资料1992年5月
[2] 北票矿务局台吉竖井-500水平支护改革调查报告内部资料1987年4月
[3] 孙步州等陶庄矿三维地温场的地质研究煤炭学报1989年9月第3期
[4] 章梦涛等矿井煤岩体变形失稳问题的研究阜新矿业学院学报1992 年第2期
[5] 煤矿安全规程 1986年版
[6] 梁政国煤矿岩爆发生成因规律分析阜新矿业学院学报1988年
[7] 甘经国软岩巷道的稳定性分析软岩工程1991年1─2合刊
[8] 梁政国对我国东部几个典型矿井深部采场发生冲击地压的背景条件分析 1994年第二届国际现代化采矿技术研讨会论文集。