探討深部開(kāi)采面臨的主要問(wèn)題與對(duì)策

徐付軍

摘 要：隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，煤礦深部開(kāi)采技術(shù)不斷進(jìn)步，國(guó)家加大對(duì)于深部開(kāi)采的投入力度，而在深部開(kāi)采過(guò)程中，由于深部多變、復(fù)雜的煤巖體特點(diǎn)，給身邊開(kāi)采造成一定困難。本文主要探討深部開(kāi)采面臨的主要問(wèn)題，并提出一些針對(duì)性的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：深部開(kāi)采 問(wèn)題 對(duì)策

中圖分類號(hào)：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（b）-0101-01

針對(duì)礦井深部開(kāi)采，開(kāi)采的深度直接反映礦井的開(kāi)采難度。近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定增長(zhǎng)，對(duì)于能源需求量日益增多，使得礦井開(kāi)采的延伸速度在不斷加快。目前，我國(guó)礦井開(kāi)采已發(fā)展至深部開(kāi)采階段，同淺部開(kāi)采對(duì)比，深部開(kāi)采的成本較高，隨著深度增加，也不利于采礦環(huán)境，給煤礦生產(chǎn)、安全造成極大問(wèn)題。筆者根據(jù)自身多年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)深部開(kāi)采中面臨的主要問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出一些針對(duì)性的建議，現(xiàn)總結(jié)如下。

1 深部開(kāi)采面臨的主要問(wèn)題

第一，巷道圍巖變形。地應(yīng)力隨著開(kāi)采深度的增加而增大，同時(shí)巷道周圍的應(yīng)力也隨之增高。處于淺部較硬的圍巖，直到深部后形成工程軟巖，主要表現(xiàn)應(yīng)變軟化、強(qiáng)烈擴(kuò)容性特點(diǎn)，降低了巷道巖體的強(qiáng)度，嚴(yán)重破壞了支護(hù)與巷道。按照相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，深部巷道的翻修比例在91%以上，顯著增加了巷道維護(hù)成本，導(dǎo)致礦井生產(chǎn)系統(tǒng)不暢通，降低運(yùn)輸能力，以及風(fēng)水電等一系列系統(tǒng)問(wèn)題。具體表現(xiàn)如下方面：其一，巷道的變形速度較快，底鼓較為嚴(yán)重，變形量較大，在深部高應(yīng)力的條件下，巖體具備較高能量，對(duì)巷道開(kāi)挖具有卸荷作用，短時(shí)間可釋放巖體聚集能量，深部圍巖最大應(yīng)力和最小應(yīng)力差呈上升趨勢(shì)。前掘后修已成為深部回采巷道施工的基礎(chǔ)工作；其二，巖性顯著影響了巷道的穩(wěn)定性，對(duì)于淺部巖體而言，巖性變化幾乎不影響巷道變形。而到達(dá)深部之后，不同巖性圍巖的變形差異逐漸增加，巷道位置取決于巖性主導(dǎo)因素，若同一巷道的巖性不同，采用非等強(qiáng)支護(hù)方法已成為主要的巷道圍護(hù)方法；其三，掘進(jìn)后，巷道持續(xù)流變和變形，是深部巷不變形的表現(xiàn)特征。

第二，礦井煤同瓦斯之間的沖擊、突出地壓。其一，隨礦井開(kāi)采深度有所增加，煤層瓦斯壓力隨之增加，許多舊淺部屬于非突出煤層，轉(zhuǎn)變成突出煤層，隨深度增加，其突出頻度、強(qiáng)度也顯著增大。由于我國(guó)煤礦開(kāi)采條件較為復(fù)雜，礦井幾乎全部為瓦斯礦井，瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的必要問(wèn)題。其二，煤巖的沖擊地壓日益突出，破壞過(guò)程顯著加劇，而且承壓水、瓦斯提出等問(wèn)題存在互相疊加作用，使得災(zāi)害預(yù)測(cè)難度增加。

第三，礦井水災(zāi)。由于地下水處于滲流場(chǎng)內(nèi)，通常裂隙巖體水滲流與達(dá)西定理符合，然而礦井深部巖體由于高地溫、高應(yīng)力作用影響，特征出現(xiàn)顯著變化，高滲透壓力極易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。由于我國(guó)煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，奧灰水壓呈持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，承壓水問(wèn)題極為嚴(yán)重，同時(shí)突水幾率也相應(yīng)增加。

第四，高溫?zé)岷ΑＲ驗(yàn)楦邷芈毠](méi)有集中注意力，對(duì)生產(chǎn)效率造成嚴(yán)重影響，明顯增加了機(jī)電設(shè)備、人身事故率，不能確保采掘工作面的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)。根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，煤礦采掘的工作面空氣溫度必須小于26攝氏度，機(jī)電硐室溫度必須小于30攝氏度，若這兩個(gè)工作點(diǎn)超過(guò)了30、34攝氏度的室內(nèi)溫度，必須強(qiáng)制性停止作業(yè)。

第五，煤層自燃。根據(jù)相關(guān)研究顯示，隨著開(kāi)采深度增加，其地溫隨之增高。而地溫愈高，煤層的原始溫度也就越高，進(jìn)一步增加了圍巖層的溫度，有利于自然蓄熱，增大環(huán)境風(fēng)流和煤體的溫差，導(dǎo)致漏風(fēng)供養(yǎng)動(dòng)力“熱風(fēng)壓“增大，增強(qiáng)煤體自身氧化放熱強(qiáng)度、耗氧速度，最終增加了媒體自燃的危險(xiǎn)性。所以，在深部開(kāi)采時(shí)，若溫度環(huán)境較高，更容易發(fā)生煤層自燃起火。

2 深部開(kāi)采的問(wèn)題解決對(duì)策

第一，強(qiáng)化深部地質(zhì)工作，了解煤的水分布、瓦斯分布和巖體特征，了解井巷工程、圍巖穩(wěn)定狀態(tài)與斷層空間結(jié)構(gòu)的關(guān)系，為制定技術(shù)途徑、有效方案提供基礎(chǔ)依據(jù)。

第二，統(tǒng)籌規(guī)劃深部開(kāi)采，盡量避免煤柱應(yīng)力、采動(dòng)疊加，導(dǎo)致應(yīng)力升高。在穩(wěn)定巖層中布置巷道，盡量使巷道方向和最大主應(yīng)力方向保持一致，降低巷道受應(yīng)力影響作用，防止開(kāi)采發(fā)生支承壓力，在已采采空區(qū)布置巷道。在開(kāi)采時(shí)，預(yù)先開(kāi)采上部煤層，實(shí)施跨巷回采。防止上部開(kāi)采有煤柱遺留，保持同煤柱沿邊的距離，防止相鄰巷道互相影響。確定合理開(kāi)采順序，防止在相鄰區(qū)段同步開(kāi)采。研發(fā)有效、快速高應(yīng)力的局部卸壓技術(shù)，可有效防止因局部應(yīng)力發(fā)生的動(dòng)力災(zāi)害、巷道失穩(wěn)問(wèn)題。

第三，改善圍巖控制，約束圍巖變形，圍巖支護(hù)主要包含主動(dòng)、被動(dòng)兩種支護(hù)方式，主動(dòng)支護(hù)主要為加固圍巖，運(yùn)用圍巖自撐力合理控制圍巖變形。被動(dòng)支護(hù)主要為防護(hù)已松動(dòng)破壞、約束圍巖變形的巖石。利用錨網(wǎng)索的主動(dòng)支護(hù)方式，改善圍巖的特性，提高錨網(wǎng)索系統(tǒng)強(qiáng)度，有利于提高支護(hù)效果，控制不良地段的復(fù)合支護(hù)。

第四，加大對(duì)深井熱害防治技術(shù)的研究，展開(kāi)井下制冷技術(shù)、通風(fēng)降溫技術(shù)時(shí)，研究新技術(shù)途徑、開(kāi)創(chuàng)新思路，將熱害轉(zhuǎn)變成地下熱能源，實(shí)現(xiàn)變害為利。同時(shí)，選擇高科技成果，研發(fā)出環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)高效的降溫新材料、新技術(shù)，進(jìn)而確保深部采礦能夠順利開(kāi)展。

第五，針對(duì)深部瓦斯突出問(wèn)題，確定治理結(jié)合開(kāi)發(fā)利用模式，平衡煤層開(kāi)發(fā)和煤層氣開(kāi)發(fā)的地位。

第六，針對(duì)動(dòng)力問(wèn)題。進(jìn)一步試驗(yàn)、研究動(dòng)力發(fā)生的規(guī)律和特點(diǎn)，構(gòu)建達(dá)到深部開(kāi)采預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)的防治理論、措施。

第七，對(duì)于地溫明顯的自燃礦井，由深部礦井向開(kāi)采方式、開(kāi)采系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、通風(fēng)系統(tǒng)和阻化技術(shù)進(jìn)行開(kāi)拓，實(shí)現(xiàn)綜合治理，構(gòu)建有效、科學(xué)的防治技術(shù)體系。

第八，針對(duì)地下水問(wèn)題。地下水是地球的寶貴的水資源，開(kāi)展深部保水開(kāi)采，具有十分重要的環(huán)境價(jià)值。采用先進(jìn)底板加固技術(shù)，達(dá)到保水開(kāi)采的目的。今后，還應(yīng)該同步發(fā)展監(jiān)測(cè)、治理技術(shù)，保證復(fù)雜水文地質(zhì)、高水壓條件下仍可安全生產(chǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

在我國(guó)目前與未來(lái)煤礦安全生產(chǎn)中，煤礦深部開(kāi)采將面臨煤層自燃、圍巖變形等一系列問(wèn)題，我們必然做到防范于未然，強(qiáng)化科技創(chuàng)新，研發(fā)先進(jìn)技術(shù)裝備，防范、降低因深部開(kāi)采造成的風(fēng)險(xiǎn)，使深部煤礦實(shí)現(xiàn)安全、低成本、科學(xué)、搞笑的開(kāi)采。

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