程學(xué)紅 王小東

摘要：資料顯示，我國煤炭資源約有70%儲存在地表千米之下，僅有30%的淺層煤炭資源可供開采，而隨著社會發(fā)展對于煤炭資源的劇烈消耗，我國的煤礦開采深度正以8～12m/a的速度增加，中東部礦區(qū)以10～25m/a的速度延深，我國的淺層煤炭資源預(yù)計將在數(shù)十年內(nèi)耗盡。隨著開采深度的增加，深部開采面臨的各種問題也越來越多，如果不能予以解決，將會嚴重影響煤炭行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤礦;深度開采;問題

1影響煤礦深部開采的地質(zhì)環(huán)境因素

與淺部煤礦開采相比，深部開采隨著開采深度的增加，地壓的加大、地溫的升高以及瓦斯含量的積聚等一系列因素制約著煤礦的安全生產(chǎn)。據(jù)資料顯示，由于瓦斯爆炸引起的10人以上死亡的煤礦事故70%出現(xiàn)在600m以下的礦井。并且要求的支護參數(shù)越來越高，所需開采成本也不斷提高。

1.1高地應(yīng)力

隨著開采深度的增加，礦井原巖應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力不斷加強，并且呈線性增長。隨之帶來的巷道變形速度快，破壞范圍加大，持續(xù)變形，底鼓嚴重，返修率高。當采深從500m增加到1000m時，僅垂直應(yīng)力就達到了27MPa，遠超過了工程巖體的抗壓強度。在如此高的地應(yīng)力下掘進后的巷道的持續(xù)變形、流變給巷道支護帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。

1.2高溫

深部開采環(huán)境下，巖層的溫度隨著深度的增加以3～4℃/hm溫度梯度上升，采深在1000m以上的礦井溫度在夏季最高可達35℃。如此高的溫度下巖體的物理力學(xué)性質(zhì)也會發(fā)生劇烈的變化，使其發(fā)生熱脹冷縮破碎，同時，工人在高溫環(huán)境中長時間勞動會影響人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使人疲勞精神恍惚，容易引發(fā)事故。

1.3高滲透壓

對于深井開采，采深越大，承壓水位高、壓力大，加之構(gòu)造復(fù)雜和高地應(yīng)力的長期作用，更容易造成滲流裂隙增多，相對集中，使巖溶水壓力增大。并且隨著含水量的增加，巖石的抗壓強度和泊松比都有所下降，突水幾率有所增加。

1.4高瓦斯

煤層瓦斯壓力隨著埋藏深度的增大多呈靜水壓力梯度遞增。在深部高地應(yīng)力的作用下，由于瓦斯移動通道不順暢，大量的瓦斯氣體壓縮在煤層以及巖體的空隙之間，造成了在開鑿巷道時瓦斯氣體突然釋放，引發(fā)煤與瓦斯突出的危險。

1.5高沖擊地壓

煤巖體在深部由于自重應(yīng)力的增加以及地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性，容易積聚大量的固體能量。在開挖以及工程擾動的情況下，使得積聚的能量釋放大于礦體失穩(wěn)和破壞的能量，導(dǎo)致巷道底鼓，發(fā)生沖擊地壓。

1.6強烈的采掘擾動

對于深部開采，受采動影響的巷道高于原巖應(yīng)力的數(shù)倍甚至幾十倍，使淺部巖石由原來的彈性應(yīng)力狀態(tài)進入深部后轉(zhuǎn)化為塑性狀態(tài)，造成更多巖石的破壞失穩(wěn)，使得礦壓顯現(xiàn)更為劇烈，支護更加困難。

2加強煤礦深部開采的應(yīng)對措施

2.1深入探究礦井深部開采工程災(zāi)害的發(fā)生機理

實踐證明，在煤礦開采中，隨著開采深度不斷增加，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力、地應(yīng)力及煤層的變質(zhì)程度等都會發(fā)生相應(yīng)變化。而進入深部開采后，深部圍巖應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力變大，組織形態(tài)發(fā)生變化，所以這是導(dǎo)致深部開采事故多發(fā)和突發(fā)的根本原因。

2.2加強深部開采巷道的布置與底鼓預(yù)防

深部礦井開采巷道的穩(wěn)定性對煤礦的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用，針對礦井深部開采巷道的穩(wěn)定性特征，煤礦企業(yè)應(yīng)該改變以往淺部開采的巷道布置模式，盡量避開應(yīng)力高峰區(qū)，合理規(guī)劃開采順序，盡可能減少地壓對巷道穩(wěn)定的影響。礦井底鼓問題也是影響煤礦巷道失穩(wěn)的重要因素之一，因此在煤礦深部開采中還應(yīng)該加強對礦井底鼓的防治工作。目前，中國很多深部礦井巷道中存在底鼓問題，卻未采取任何措施，進而需要經(jīng)常性的起底返修，不僅造成勞動力的浪費，而且還增加了巷道維護成本。

2.3加強深部礦井地熱災(zāi)害防治技術(shù)的研究

目前，中國很多煤礦針對礦井地熱災(zāi)害改進了通風(fēng)系統(tǒng)，并在局部井下設(shè)置了制冷設(shè)備。但是在此降溫技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該創(chuàng)新思路，積極研究先進、可行的技術(shù)措施，將熱害變?yōu)榈叵聼崮芾?。采用先進的科技成果，研發(fā)新型的礦井降溫技術(shù)或先進材料，有效改善井下作用環(huán)境，進而保障煤礦生產(chǎn)的順利開展。

2.3.1非機械制冷降溫

要利用非機械方式進行降溫，需要從以下幾個方面著手：

（1）改善礦內(nèi)的氣候條件，在煤礦深部開采過程中，相關(guān)技術(shù)人員需要注重礦井的風(fēng)量，盡可能地增加礦井的巷道風(fēng)量，降低風(fēng)流溫度;（2）可以通過下行通風(fēng)降低工作面的氣溫，建立排熱回風(fēng)通道，使電機散熱直接排入回風(fēng)流，降低采礦區(qū)域的進風(fēng)流增溫;（3）向煤層注水，依靠壓力水在煤體裂縫中的滲透、壓差及分子擴散運動，促使水沿著裂縫向煤塊進行滲透，以此來增加煤體的水份，從而達到冷卻煤體的效果。

2.3.2機械制冷空調(diào)技術(shù)

在煤礦深部地質(zhì)熱害處理過程中，除了采用非機械制冷降溫措施外，技術(shù)人員還可以采用機械制冷技術(shù)對其進行降溫處理。如在礦區(qū)內(nèi)安裝新型的無氟利昂制冷空調(diào)裝置。同時，在運用機械制冷空調(diào)技術(shù)時，企業(yè)及技術(shù)人員需要分析機械制冷空調(diào)運行的經(jīng)濟效益，對其工作面需冷量、掘進頭需冷量、制冷量負荷等進行計算，確定最佳的制冷方案，從而選定所需的制冷空調(diào)模式。

2.3.3有效控制煤礦深部開采的地質(zhì)熱害源頭

煤礦深部開采地質(zhì)熱害的發(fā)生對其開采進度及效果有重要的影響，企業(yè)要保證煤礦深部開采的順利進行，控制地質(zhì)熱害的源頭是非常必要的。為此，煤礦企業(yè)需了解礦區(qū)的地質(zhì)環(huán)境，在工作中通過非機械制冷技術(shù)或機械制冷技術(shù)，降低大氣溫度、空氣自壓縮、圍巖溫度及電機散發(fā)熱量對礦區(qū)溫度的影響，為煤礦深部開采工作的開展營造良好的施工環(huán)境，保證煤礦深部開展效率。

3結(jié)語

隨著我國淺層煤礦資源的逐漸枯竭，開發(fā)深層的煤礦資源已經(jīng)成為必然的趨勢。我國社會和經(jīng)濟的發(fā)展需要大量的煤炭資源作為支撐，但深部煤礦開采尚存在諸多的問題，如果不能及時解決，勢必影響煤礦深部開采的順利進行。因此，對于這些問題，要加大科研投入，改良開采工藝，在保證生產(chǎn)效率的同時降低安全事故的發(fā)生幾率，從而為煤炭企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

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