張宏偉

摘要：隨著深部煤炭資源的不斷開發(fā)以及深部礦井的建設(shè)；我國煤礦資源開采深度的越來越深入，問題、難題就會越來越多，例如地表沉陷預(yù)測和控制的技術(shù)難題。本文就煤礦深部開采條件下，結(jié)合深部環(huán)境的特點，針對地質(zhì)災(zāi)害問題，把深部開采煤礦資源遇到的難題做了分析，并針對這些難題采取了相應(yīng)的對策。

關(guān)鍵詞：深部開采；存在問題；對策

中圖分類號：X752 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

目前我國煤礦開采的總局勢淺度的儲存量偏少，而在一千米以下的深度總儲量占得比較多，據(jù)資料調(diào)查，深度的儲藏量約占總量的百分之七十多。而且，在我國東部，煤礦深度以快速速度增長，預(yù)計在未來幾十年，大部分的煤礦深度將延伸到一千至一千五米之間。那么，隨著開采深度的延伸，由于地表和巖層移動的問題相當(dāng)復(fù)雜，隨之新的地表沉陷預(yù)測和控制問題也出現(xiàn)了。另外，在煤礦深部開采中，關(guān)于在河流下、建筑物下和鐵路下遇到的問題以及礦壓、保護(hù)煤柱留設(shè)、瓦斯、地?zé)岬榷喾N技術(shù)難題也日趨漸多，嚴(yán)重影響著煤礦生產(chǎn)和礦井建設(shè)的發(fā)展。

一．我國煤礦深部開采的現(xiàn)狀

煤礦深部開采問題一直是世界各發(fā)展中國家關(guān)注的問題。在世界主要采煤國家中，都領(lǐng)先進(jìn)入深部開采，而且快速發(fā)展。我國的主要國有煤礦中，采深大于八百米的大約占總數(shù)的13%，它們主要分布在我國的北京、沈陽、徐州等東部地區(qū)，這些礦區(qū)的開采時間都比較長。其中，在開采深度超過一千米以上的還有幾個。

二．煤礦深部開采存在的問題

1.地表沉陷預(yù)測和控制問題

在對礦區(qū)進(jìn)行地表沉陷預(yù)測和控制設(shè)計所用的參數(shù)，我國大部分地區(qū)都采用深度小于三百米的觀測站資料，如果按照比較嚴(yán)格的要求，這些參數(shù)資料都只適合在開采深度小于三百米的地表沉陷預(yù)測和控制。那么，在《“三下采煤”和主要的井巷煤柱留設(shè)及壓煤開采規(guī)程》中給予的移動角，一般都是達(dá)到深部開采條件下的實測值。在同個礦區(qū)，給出的移動角值都是固定的。但經(jīng)過實踐證明，在具備深度開采條件下，移動角值是否固定無法提供科學(xué)依據(jù)。在當(dāng)前有限的條件下，在深部開采適合條件下采用實測求取巖層移動角的這種方法并不簡單。另外，很多重復(fù)建立地表移動觀測站實測求取巖石移動角的方法因為所需要的時間相當(dāng)長，很多都中途而廢，導(dǎo)致大量浪費(fèi)人力財力物力。

2.礦井的生產(chǎn)費(fèi)用高

在煤礦深度開采中，巖體塑性大和原巖應(yīng)力大導(dǎo)致礦壓明顯強(qiáng)烈。隨著采深程度的延伸，覆石自重壓力會越加增大，構(gòu)造壓力也會越來越增強(qiáng)，導(dǎo)致圍巖會嚴(yán)重變形，巷道和采場失去平衡，頂板管理起來有相當(dāng)?shù)碾y度。巷道維護(hù)受到阻礙，影響了深部開采生產(chǎn)技術(shù)的效果，也導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下滑。這些問題主要可以歸納為兩種：一方面是加大巷道斷面；另一方面，隨著地壓增大，受到深部高應(yīng)力的影響，圍巖移動更加強(qiáng)烈，巷道會嚴(yán)重變形。尤其是在超過七百米的深度開采，巷道礦壓問題嚴(yán)重存在，會產(chǎn)生底鼓地壓現(xiàn)象，巷道失修問題的比例也逐漸增長，對深井巷道的維護(hù)問題卻一直容易被忽視，而且還常常會出現(xiàn)前掘后修、重復(fù)返修的情況，自然增加了生產(chǎn)費(fèi)用。

3.地溫升高

這里所說的地溫指的是礦井下巖層的溫度。正常情況下，隨著深度的加深，氣溫也逐漸升高。地下溫度的高低對采掘工作面的環(huán)境溫度起著決定性的作用，也可以叫礦井溫度。隨著礦井深度的變化，里面空氣所受的壓力也跟著改變。在風(fēng)流沿著巷往下流動時，里面的空氣壓力值就會增大。那么，在這種狀態(tài)下，空氣的壓縮就會產(chǎn)生吸熱，礦井的溫度也就會隨著上升。隨著礦井深部的延伸，施工人員所受到的井下環(huán)境也逐漸惡劣，井下巖層的溫度也會上升到高達(dá)幾十?dāng)z氏度，井下溫度達(dá)到如此高的程度，會嚴(yán)重影響施工人員的健康，從而引發(fā)各種疾病，還讓他們不能專心作業(yè)，導(dǎo)致安全事故頻頻發(fā)生，有很多的礦井就因此而停產(chǎn)關(guān)閉。在我國深井熱害的問題也非常嚴(yán)重，由于缺少治理知識和投入資金，很多的治理措施只依靠最簡單的物理方法例如灑水和通風(fēng)等。這種深井熱害所采取的治理方法根本達(dá)不到效果。

4.低瓦斯礦井轉(zhuǎn)變成高瓦斯礦井

由于受到深部高應(yīng)力的作用，煤層內(nèi)瓦斯氣體壓縮達(dá)到最高峰，煤巖體內(nèi)就會聚集了很多的氣體能量。而后在工程擾動的作用下，壓縮氣體就會劇烈釋放出來，造成工作面或巷道的煤巖層突然被破壞而產(chǎn)生煤和瓦斯凸顯，讓淺部的非突礦井進(jìn)入深部以后會導(dǎo)致發(fā)生災(zāi)害。

三．進(jìn)行深部開采的一些對策

1.對礦井深部開采工程動力的探討

在進(jìn)行深部開采時，巖層和地表控制預(yù)測的重要因素是保持工程巖體的動力平穩(wěn)性。一般來講，工程巖體的動力平穩(wěn)性指的是煤柱、上覆或下伏巖層力學(xué)這些系統(tǒng)受到外力作用，隨著時間的推移本來的平衡或運(yùn)動狀態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能是否能保持一致。對工程動力穩(wěn)定性的探討主要應(yīng)該研究對煤柱動力穩(wěn)定性的相關(guān)影響原因。根據(jù)物理力學(xué)的原理，主要研究深部開采工程巖體動力學(xué)的模型，找出深部開采煤柱變形、滑動和破壞等平穩(wěn)性模型以及如何判定穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行分析。要解決地表與巖體預(yù)測和控制問題，就要研究出巖體動力平穩(wěn)性的規(guī)律。

2.對深井巷道礦壓基礎(chǔ)進(jìn)行研究

礦壓問題是直接影響煤礦生產(chǎn)和安全問題的重要因素，對它的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究是解決巷道工程的基本依據(jù)。只有對深部巷道圍巖的變形規(guī)律有較深的認(rèn)識，才能讓巷道圍巖的控制問題具有科學(xué)性質(zhì)。

3.對深井巷道的安排和底鼓預(yù)防的研究

巷道的穩(wěn)定性是設(shè)計的關(guān)鍵問題，因為它直接影響著生產(chǎn)安全。針對巷道的特性，對原來淺部巷道的安排方式要進(jìn)行改進(jìn)，要盡量躲開應(yīng)力的高峰期，對開采的程序進(jìn)行優(yōu)化，把動壓對巷道的影響程度降到最低。底鼓是引起深井巷道失去平衡的主要原因，因此，對底鼓的防治是深井巷道進(jìn)行維護(hù)的主要內(nèi)容。當(dāng)前我國對底鼓都沒有采取相應(yīng)對策，因此，有必要和卸壓加固技術(shù)相結(jié)合，從而研究出一套可以防治底鼓的相應(yīng)措施。

4.深部開采發(fā)生災(zāi)害機(jī)理研究

在進(jìn)行深部開采過程中，深部巖體的基本特性和組織結(jié)構(gòu)都會發(fā)生變化，從而造成深部開采事故的經(jīng)常發(fā)生。因此，對于深部開采發(fā)生災(zāi)害的機(jī)理進(jìn)行研究是非常必要的。要對引起事故發(fā)生的因素進(jìn)行探討，分析它們之間的聯(lián)系和規(guī)律，總結(jié)出一套預(yù)測方法和預(yù)防措施。

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