浅谈煤矿深部开采中存在的问题与对策

浅谈煤矿深部开采中存在的问题与对策

李亦寻

（新疆焦煤（集团）有限责任公司新疆乌鲁木齐市830025）

摘要：伴随着煤矿开采技术的不断发展，我国煤矿开采由浅部开采阶段逐渐趋向于深部开采阶段，但是伴随着煤矿资源开采深度的越来越深，也带来了很多的问题，因此加大煤矿深部开采的相关问题研究就显得尤为的重要。基于此本文就对煤矿深部开采中存在的问题进行分析并提出相应的解决措施，以提高煤矿开采的安全性和高效性。

关键词：煤矿深部开采；存在的问题；措施

煤炭资源为我国经济发展做出了巨大贡献，未来煤炭作为我国主体能源的地位仍不会改变。随着我国浅部煤炭资源的开采殆尽，深部开采的研究势在必行。然而，随着开采深度的增加，各种技术难题凸显。如何保证深部煤炭资源安全、高效、低成本的开采，继续为我国的经济发展提供强劲动能，是目前需要解决的问题。

1我国煤矿深部开采矿井的现状分析

据不完全统计资料显示，我国埋深在1000m以下的煤炭资源量占到了己探明的5.9万亿t煤炭资源的53%，并且开采深度以平均每年10-25m的速度增加。全国开采深度超过1000m的矿井达47座，其中采深最大的矿井达到1501m。我国深部矿井主要分布在华北、华东和东北地区，主要集中省份在河北、山东、河南、安徽、江苏、黑龙江、吉林、辽宁等8个地区。可知，全国深部矿井主要集中在华东地区，以山东、安徽居多，其比例占到了全国深部矿井数量的35.92%，产能占到了44.62%；华北地区深部矿井以河北居多，数量占到了14.08%，产能占到了14.4%；华中地区以河南居多，数量占到了19%产能占到了19.07%；东北地区深部矿井数量比例为21.84%，产能比例为15.89%。这八个省深部矿井的总产能为3.07亿t，占到了全国煤矿总产能36.5亿t的8.41%。近年来，山西地区部分矿井也正向深部延伸，预计未来20年内全国深部矿井数量和产能所占比例会越来越大。

2目前煤矿深部开采存在的主要问题

2.1煤矿巷道围岩发生形变

随着煤矿开采深度不断增大，地应力及煤矿巷道围岩的应力都明显增大，当浅部一些相对较硬的围岩在到达矿井深部后将成为“工程软岩”，具有较强的扩容性和应变软化的特性，大大降低了巷道内岩体的强度，严重破坏了巷道与支护体，尤其是一些不良的岩层，巷道掘进与支护作业十分困难。随着开采深度不断增加，不仅致使巷道的维护成本及返修率逐渐增高，而且对井下生产系统与运输系统都造成了一系列影响，严重威胁煤矿的生产安全，具体主要体现在以下几个方面：（1）煤矿巷道变形速度快且变形量较大。矿井深部岩体长期处在高应力的环境内，储藏着较高的能量，当巷道开挖以后会产生一定的卸荷作用，促使岩体中积聚的能力快速释放出来，加剧了巷道变形的速度。此外，深部围岩的主应力差呈明显的增长趋势，如在云冈矿测定矿井900m深处的地应力可得主应力差高达25MPa，这样大大增加了巷道掘进发生冒顶片帮的儿率。（2）巷道岩石特性对巷道掘进的影响。煤矿巷道浅部的岩性变化较小，对巷道的掘进施工影响不大，通常情况下，在同一条巷道内不同岩性的情况下，采取相同的支护措施及支护参数都能够确保巷道的稳定性。当在深部开采中，巷道岩性不同区域的围岩变形差异较大，因此在深部开采过程中，岩性对煤矿巷道位置的选择起着主导性的作用，同时在深部开采过程中，同一巷道内不同岩性的区域应采取相应的支护强度，维护巷道的安全稳定性。（3）进入深部开采后，巷道岩体表现为持续的流变特性。通常在进行浅部巷道掘进后其影响期一般为三天到五天左右，便能趋于稳定。而进入深部巷道掘进后，巷道一直处于动态变形，难以稳定。如果支护措施不当，其变形会受动压的影响，扩大影响范围，一直到巷道完全闭合为止。

2.2矿井地温升高

矿井中的地温主要指的是岩层的温度。在恒温带以下，矿井的地温随着深度的增加呈线性增加，其主要原因是山于矿井深度的变化，使空气的压力状态随之发生变化。当煤矿井巷内的空气向下流动，空气压力增大，将会形成热风压，紊乱矿井内的通风系统，出现局部风流滞抑或循环风。据有关资料分析，云冈矿在-800m水平的原始地温可高达40℃左右，已超出《煤矿安全规褂的要求范围。煤矿井下作业环境十分恶劣，地温升高很容易造成矿工注意力不集中，导致煤矿事故率上升，严重威胁职工的身体健康。现阶段，中国地温危害问题十分严重，大部分矿井依靠通风和洒水等简单物理降温的方法效果并不明显。所以，煤矿企业应该加强资金投入，研发先进的防治技术措施，以确保煤矿深部开采的安全稳定性。

2.3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深度在200m到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，有冲击地压的矿井也在逐渐增加。发生冲击地压矿井50年代为7个，60年代为22个，目前已增加到33个经调查发现，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。

2.4矿井瓦斯含量升高

随着煤矿开采深度的加深，矿井瓦斯浓度将急剧上升，一定区域范围内的瓦斯可通过同一个缺口溢出，导致地下窒息或瓦斯爆炸的发生。同时，如果煤层瓦斯在深部高应力作用下连续压缩，内部能量巨大。如果煤被采矿干扰，所有的能量都可以被释放一次。工作或巷道中的煤岩层突然破坏，出现煤与瓦斯突出问题，最终导致安全事故。

3加强煤矿深部开采的应对措施

3.1加强深部矿井地热灾害防治技术的研究

目前，中国很多煤矿针对矿井地热灾害改进了通风系统，并在局部井下设置了制冷设备。但是在此降温技术应用的基础上，还应该创新思路，积极研究先进、可行的技术措施，将热害变为地下热能利用。采用先进的科技成果，研发新型的矿井降温技术或先进材料，有效改善井下作用环境，进而保障煤矿生产的顺利开展。

3.2深入探究矿井深部开采工程灾害的发生机理

实践证明，在煤矿开采中，随着开采深度不断增加，煤层瓦斯含量、瓦斯压力、地应力及煤层的变质程度等都会发生相应变化。而进入深部开采后，深部围岩应力、构造应力变大，组织形态发生变化，所以这是导致深部开采事故多发和突发的根本原因。因此，煤矿企业应明确深部开采中灾害发生的机理特点，探究采深与主要影响因素间存在的内在联系，掌握不同条件下地质灾害的发生规律.进而提出相应预防措施。

3.3深井巷道矿压基础

目前，我国正在研究和探索对于深部开采时由巨大的深部高应力影响而产生巷道形变的相关规律，作为直接影响煤矿安全生产的重要因素，深入研究深部巷道的基础，找出巷道变形规律，为安全生产服务。

3.4煤与瓦斯突出的防治

首先，加强瓦斯预抽作业，根据现有的开采数据，判断不同地层瓦斯涌出量，并在采煤前进行瓦斯预抽作业。其次，有必要建立完善的气体检测系统。对于深部开采，完善的瓦斯监测系统是十分必要的。在地下气体浓度过高会导致地下施工人员窒息，以及其他可能导致瓦斯爆炸，造成重大财产损失和人员伤亡。只有实时准确地监测井内瓦斯浓度，采取多种手段降低瓦斯浓度，才能最大程度地降低安全事故发生的概率，保障井下施工人员的安全和煤矿企业的利益。

结束语

中国煤矿已逐渐进入深部开采阶段，在深部开采中还存在着一系列问题，是中国现阶段乃至今后煤矿安全生产面临的重要问题。所以，为确保煤炭工业的长远发展，必须未雨绸缪，加强科技创新力度，针对煤矿深部开采灾害发生的机理，采取先进的技术措施，有效预防深部开采中安全事故的发生，实现煤矿深部开采的安全、高效生产。

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