深部开采分析与研究

深部开采分析与研究

（一）深部开采的基本形势

1.深部开采的概念与意义

深部矿井开采的深部标准，目前我国尚无明确规定。根据我国煤矿的地质条件，开采技术水平，矿井装备水平，巷道矿压显现的特征，一般认为采深800m 及以上为深部开采，软岩矿井采深600m及以上为深部开采。

2.我国深部开采的现状

各国关于深部矿井开采的深部标准并不一致，例如德国为800~1200m，俄罗斯、乌克兰为800m，波兰、英国为750m，日本为600m。

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加，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、舒兰等矿区已进入深部开采。沈阳的彩屯矿采深已接近1500m

我国煤矿正以每年8—12m（华东地区正以每年10—15m ）的速度向深部延深。在今后若干年内，现有的大部分矿井将逐步进入深部开采。深部开采出现了一系列新问题和新特点，其中，建井技术难度增加;岩层发生变化，软岩增加，压力增大，巷道位移量增大，巷道维护，尤其是采准巷道维护更加困难;底板突水事故增加;冲击地压发生频率增加;地温增大等。所以煤矿迫切要求对深部开采进行深入研究。

我国多数煤矿的开采深度50年代平均不到200米，生产矿井1980年平均开采深度为288m，1995年平均开采深度增加为428m，现在平均已达到500m左右，相当于每年以8—12m的速度向深部发展。据统计，我国已有平顶山、淮南和峰峰等43个矿区的很多座矿井开采深度超过600米，逐步进入深部开采的范畴，其中开滦、北票、新汶、沈阳、长广、鸡西、抚顺、阜新和徐州等200多处矿井开采深度超过800米，而开采深度超过1000米的有开滦赵各庄煤(1160m)，年生产能力230万吨，主斜井副立井综合开拓。沈阳彩屯煤矿(1499m)，年设计生产能力150万吨, 立井多水平开拓，新汶孙村煤矿(1055 m), 年设计生产能力60万吨, 主斜井副立井综合开拓，北票冠山煤矿(1059 m) ，年生产能力81万吨, 立井多水平开拓，北

京门头沟矿（1008m），年设计生产能力120万吨, 主斜井副立井综合开拓等多处矿井。

表1我国煤矿深部开采深度的变化趋势

（二）深井开采的主要技术问题

深部开采出现了一系列新问题和新特点。其中，建井技术难度增加；岩层发生变化，软岩增加，压力增大，巷道位移量增大，巷道维护，尤其是采准巷道维护更加困难；冲击地压发生频率增加；地温增高；瓦斯含量增高；底板突水事故增加等。所以煤矿迫切要求对深部开采进行深入研究。

1.矿压显现加剧，巷道维护困难

随着矿井采深的不断增加，巷道断面必需加大，据对开滦矿区统计近l0年间采深平均增加l00m岩石巷道断面平均增加8．I％，煤、半煤岩巷平均增加32％；另方面．地压增大，在深部高应力作用下，围岩移动更为剧烈，巷道产变形破坏更为严重。在调查的超过700m的探井中，巷道矿压问题普遍严重，底鼓成为常见的地压现象，特别在采准巷道中尤其严重。失修和严重失修巷道比例增加，据开滦局调查统计．井深l00om时巷道失修率约是同条件下5oo一600m埋深巷道失修率的3一l5倍．部分矿井巷失修和严重失修率达20％以上。巷道维修占用大量人力物力，林西矿井深8oom，巷道维修工占井下工人的比重为7，oo％一lO 5O％。很多深部巷道由于严重破坏无法行人、行车而被迫停产反修。且常常出现前掘后修、重复反修的现象。深井巷道维护问题已成为整个矿井产系统中的最薄弱环节。出现上述现象的主要原因是客观上井深、围岩应力增加。主观上没有充分认识深井巷道矿压规律，巷道支护形式能适应深井巷道围岩变形的要求，支护形式、支架参数选择不当，支护强度不足，巷道布置、开采程序不合理，巷道维护方法不当而造成应力叠加，加剧了巷道的变形和破坏。

针对深部巷道围岩变形，我国目前采用的有锚喷网支护、可缩性金属支架、弧板支护。而由于矿压显现破坏风门，导致通风系统无法正常工作现象，在《浅谈矿井深部开采风门设施的技术改造》中提出方案：①对风门处进行壁后注浆加

固,对两帮和顶板进行注浆加固锚索,锚索应垂直布置,间、排距不得小于1m; 锚索深入岩层长度不得小于5m,深入稳定岩层中的长度不小于0. 5m；②对风门前后3m 挖地基,地基深度不小于1m,地基敷设10#钢筋骨架并灌浆加固；③对建造风门位置并排架2 架工字钢棚,工字钢棚根据实际情况定做,建造风门期间工字钢棚垒在墙体内,以增加抗压能力,架起的工字钢棚不得影响门框的正常安装,同时保证风筒能顺利通过；④对巷帮进行掏槽,除掏槽外必须向周边打2排Φ18mm 以上的密集钢筋锚杆,打入巷帮内不得小于1m,外露长度不得小于0. 5m,间排距均为0. 3 ～0. 4m, 且将外露锚杆全部砌入墙体内；⑤风门门框由12 号槽钢改为14 号槽钢,门框和墙体接触的每侧要有至少3 个同规格的加强装置砌入墙体内,以增强巷道抗压强度；⑥风门建造所使用砖、沙、水泥需保证质量,水泥掺沙比例要合理。如图

深部开采的巷道矿压控制原则

●巷道布置: 应力降低区；稳定且具有一定厚度的较硬岩层中；

有一定的法线距。

●巷道保护: 无煤柱护巷；煤柱护巷;人工构筑物。

●巷道支护: 单一支护；联合支护。

●巷道卸压: 巷道内卸压：(钻孔卸压、开槽卸压、钻孔松动爆破

卸压、导巷掘进卸压）；巷道外卸压：（上煤层预采卸压上煤层工作面跨采、掘巷道卸压或洞室卸压、宽面掘进）。

●巷道加固：机械加固（锚杆锚索及联合加固）；化学加固（围岩

深孔注浆、合成树脂加固）。

●先柔后刚，二次支护。

2.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探度在200—1000m，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多。如唐山矿五煤层在520m以上未发生冲击现象，520m以下较大冲击地压屡屡发生。在这些矿井中，采深达到和超过700m的有北票矿务局的台吉矿、新汶矿务局的华丰矿、开滦矿务局的唐山矿、沈阳矿务局彩屯矿、抚顺矿务局龙凤矿、胜利矿等。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。天池矿发生冲击地压的次数和强度与采深的关系见表I。

表1 冲击地压次数和强度与采深关系

开采探度(m) 平均强度(t／次) 发生趺彀比例(％)

20l一300 68 1 3．0

301—400 ll8 3 11．O

401—500 947 9 32

>500 1200 15 54

我国1978年开始对冲击地压进行太规模的系统科研攻关，使冲击地压防止的理论和实践方面取得了重大进展，积累了一定的经验。但随着我国煤矿开采深度的继续增加，冲击地压问题将日趋严重，防治工作更加困难。根据治理的作用目的和时空范围，治理措施分三大类：防范措施、解危措施和防护措施。第一类是战略性或区域性措施。这类措施旨在消除产生冲击矿压的条件，其特点是：在完备程度上具有彻底性，在时间上具有长期性，在空间上具有区域性。属于这类措施的主要有：合理选择开拓布署和开采方式，事先对顶板或煤体进行无冲击处理等。第二类措施为战术性或局部性措施。这类措施旨在对已形成冲击矿压危险或可能具有冲击危险地段进行解危处理，属于暂时的、局部性的措施。卸载钻孔、诱发爆破、煤层卸载、注水等均属此类。

3.瓦斯压力增高、煤与瓦斯突出危险严重我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，地应力增大，致使煤层和瓦斯突出矿井数量增多。高瓦斯矿井逐渐增加，瓦斯问题已成为深部开采中不容忽视的重要问题。- 近年来，对我国煤矿煤与瓦斯突出的大量统计研究表明．无论是浅部的突