煤矿深部开采存在问题及应对措施探讨

煤矿深部开采存在问题及应对措施探讨

【摘要】随着煤矿产业的发展，煤炭开采的深度逐渐增加，由此给煤矿企业带来了新的挑战与难题。文章通过分析煤矿深部开采的现状，结合深部环境的特点，针对性地提出了煤矿深部开采主要存在的高应力、高温、高瓦斯等灾害问题及其主要特征，同时相应地针对这些灾害特征提出了一些应对措施，以使煤矿企业达到绿色、安全、高效开采的目的。

【关键词】深部开采；存在问题；应对措施；探讨

引言

我国经济的繁荣发展极大地带动了煤矿产业的发展，我国的煤炭资源在浅部的储量逐渐减少，据统计，我国煤炭深部的储量约占总储量的70%，今后我国煤矿开采的总趋势是由浅部向深部转移。然而随着煤矿开采深度的延伸，煤矿开采环境较之以前的浅部开采有很大的不同，根据资料统计，煤矿深部开采的主要特征是“三高效应”，即高应力、高温、高瓦斯，其次地表沉陷与控制问题也随着深度的增加而变得复杂，这些都对煤矿企业的发展有一定的阻碍作用。因此，有必要对煤矿深部开采的相关问题进行探讨、分析，并提出一些科学、合理的应对措施，促进煤矿生产及矿井建设的发展。

1 我国煤矿深部开采的现状

煤矿深部开采是世界上大多数主要采煤国家目前和未来要必须面临的问题，在这些国家中引起了越来越多的关注。而我国煤炭资源的深部储量占总储量的很大一部分，现阶段在我国的主要国有煤矿中，采深大于800m的矿井大约占13%，主要分布在我国的东部地区，如开滦、沈阳、徐州等地。在采深超过1000 m的矿井中，有沈阳彩屯矿（1199 m），开滦赵各庄矿（1160 m），新汶孙村矿（1055 m），北票冠山矿（1059 m）和北京门头沟矿（1008 m）。《中国煤矿开拓系统》按开采深度将矿井划分为四类，如表1所示。

表 1 中国煤矿按开采深度对矿井分类

矿井类别浅矿井中深矿井深矿井特深矿井

采深/m <400 400 ～800 800 ～1200 ≥1200

2 煤矿深部开采主要问题

2.1 高应力

（1）原岩应力大，原岩应力是指在地层中未受工程扰动的天然应力，包括自重应力、构造应力以及赋存在岩体中的水和瓦斯对岩体的压力。其中，自重应

力随着深度的增加而增加，构造应力随着深度的增加，释放困难，造成残余构造应力大，而赋存在岩体中的地下水和瓦斯其赋存量和压力随着深度的增加而增大。因此，随着煤矿开采深度的增加，原岩应力普遍增大。

（2）岩体塑性大，岩石的变形特性与受力状态有关，岩石的塑性随着岩石所受侧向压力的增大而增加。当达到一定的开采深度时，岩体所受压力足够大，进入完全塑性状态，即静水压力状态。

（3）矿山压力显现剧烈，巷道维护困难，矿山压力显现是由矿山压力直接决定的，是深井开采中原岩应力增大和岩体塑性增大的主要表现。随着矿井开采向深部发展，矿井逐渐出现矿压显现强烈，巷道维护困难，地温升高和勘探困难，开采条件恶化，生产技术效果和经济效益下降等问题。一方面，巷道断面必须加大；另一方面，由于地压的增大，在深部高应力作用下，围岩移动更剧烈，巷道变形破坏严重。

2.2 高地温

地温是指井下岩层的温度。一般情况下，地温随深度增加而呈线性增加，其增高率用温度梯度（℃/hm ，hm=100 m）表示。地温决定着井下采掘工作面的环境温度，即矿井温度。在深矿井开采中，矿井温度一般都较高，会影响人体健康，有时甚至会远高于人体所能承受的最高温度。矿井气温较高对井下工作人员的身体健康造成了严重的威胁，容易引发各种疾病，同时会导致矿井事故的增多，严重降低煤矿企业的经济效益和社会效益。我国深井灾害问题由于缺乏资金、技术等一直未得到解决，大部分矿井仍依靠传统的降温方法来治理矿井热害，如通风、洒水、机械制冷降温等。

2.3 高瓦斯

（1）矿井瓦斯（绝对）涌出量大。由瓦斯的煤层赋存条件可知，煤层瓦斯的含量随着煤层赋存深度的增加而增加，其次，煤炭开采的强度及其难度随采深的增加而增大。（2）煤与瓦斯突出次数增多。由于地质条件、瓦斯赋存量和压力及煤（岩）体的物理力学性质和所受地压等因素影响着煤层瓦斯的突出，因此，上述因素随采深增加的同时，瓦斯突出次数也随之增大。

我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，截止1986 年，已发生突出的矿井200 多个，突出次数约12000 次，约占世界发生总突出次数的1/3 。从国内外开采实践看，矿井深部开采时瓦斯涌出量一般较大，煤与瓦斯突出的问题已成为深部开采中不容忽视的重要问题。我国煤与瓦斯突出均有随采深增加而瓦斯压力增高，瓦斯涌出量增大的趋势。

3 针对深部开采的对策

3.1 对深井巷道矿压基础进行研究

加强对矿压理论的基础理论研究是解决深部开采难题的重中之重。矿压直接影响煤矿生产和安全问题，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。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 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。

4 结语

我国深部煤炭资源储量约占煤炭资源总储量的70%，且我国煤炭开采的趋势逐渐向深部延伸，煤炭深部开采的一系列的一系列问题逐渐凸显，如地表沉陷预测与控制、“三高问题”、岩爆、突水等灾害。因此，面对煤炭开采过程中前所未有的挑战与难题，必须大力开展深部复杂地质条件下的相关理论与技术研究，以实现深部煤炭的安全、经济、合理开发，保证煤炭企业的可持续发展。

参考文献：

[1]皇甫美俊.煤矿深部开采存在的问题及对策探讨[J].科技创新与应用，2012（19）.