我国煤矿深部开采形势
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我国煤矿深部开采形势
胡冲
(湖南科技大学能源与安全工程学院采矿工程一班081010106)摘要:。远在公元前500年左右的春秋战国时期,煤已成为一种重要产品,称为石涅或涅石。魏晋时期称煤炭为石墨,唐宋时期为石炭,明朝始称煤炭,中国煤矿开采历史很久了。改革开放以来,我国煤炭行业快速发展,在为中国社会、经济进步作出巨大贡献的同时,自身也得到了极大发展。但是,目前来看,我国煤炭行业所面临的形势依然不容乐观,分析煤炭行业发展中所面临的问题,其中深部开采是最为突出的问题。
关键词:中国煤矿深部开采形势
前言:我国采矿工作者一般把采深等于及大于800m的矿井称为深井。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长,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、舒兰等矿区已经进入深部开采。我国煤矿正在以每年8—12m的速度向深部延深。因此可以预计,在今后10年内,现有的大部分矿井都将进入深部开采。
1. 1巷道围岩变形
随开采深度增大,地应力显著增大,巷道周围应力增高,在浅部相对较硬的围岩,到达深部后为工程软岩, 表现出强烈的扩容性和应变软化特征
[ 1], 巷道岩体强度降低,巷道与支护体破坏严重,特别是不良岩层巷道掘进与支护困难.据部分统计,深部巷道实际返修比例高达90%以上.不仅使巷道维护费用大大增加,而且造成矿井生产系统不畅,运输能力不足,风、水、电系统脆弱等一系列问题, 成为矿井安全生产的重大隐患. 具体表现在
如下几个方面:
1) 巷道变形速度快、变形量大, 底鼓严重。深部高应力环境下, 岩体储备了较高的能量, 巷道开挖后的卸荷作用, 使岩体中积聚的能量在较短的时间释放出来. 深部围岩最大与最小主应力差有增大趋势, 如在范各庄800m深处地应力测量表明, 最大主应力为29.7, 6.6MPa, 主应力差高达23.1MPa,致使剪应力增大,加速围岩破坏。工程表现为巷道掘进过程中冒顶片帮机率和规模增大,巷道支护后支架变形迅速,同等条件下煤层巷道从500m开始,埋深每增加100m,巷道变形速度和变形量平均增加20%~ 30%左右; 井深1km时的巷道失修率约是500~600m 时的3~15倍。
[ 2], 底鼓成为巷道失稳破坏的主要形式. 如某矿掘进埋深1. 1km的煤层巷道时, 底鼓量达到0.8m/d;深部回采巷道,前掘后修已成为巷道施工的基本工序。
2) 岩性对巷道稳定性的影响更加显著。浅部岩性变化对巷道变形影响较小, 一般情况下,决定巷道位置时,岩性不是主导因素,同一巷道,不同岩性常采用相同
支护方式和参数即能保持巷道长期稳定;到深部后,不同岩性围岩变形差异大大
增加,岩性成为巷道位置选择的主导因素,同一巷道不同岩性的非等强支护方法
成为巷道维护的主要手段。
3) 掘进后巷道持续变形、流变成为深部巷道变形的主要特征。浅部巷道掘进影响期一般为3~5d,之后能基本稳定下来;深部巷道掘进后,巷道一直难以稳定,当
支护不合理时,其变形可直至巷道完全闭合。特别是当受动压影响时,其敏感程
度更高, 影响范围更大. 煤柱稳定宽度增大,留煤柱护巷在技术和经济上更加
不合理。
1. 2矿井煤与瓦斯突出和冲击地压
1) 随矿井开采深度增加,煤层瓦斯压力增加不少原来浅部为非突出的矿井( 煤层),转化为突出矿井,突出强度和频度随深度增加明显增大。我国煤矿开采条件复杂,所有矿井均为瓦斯矿井,在中东部地区,一半以上矿井为高瓦斯、突出矿井, 瓦斯问题已成为安全生产的首要问题。煤岩破坏过程加剧, 冲击地压问题日渐
突出.几年前仅在个别矿井发生, 近年来由于开采深度增加, 应力增高, 多个
矿区也不同程度出现了冲击地压现象。而且有可能和煤与瓦斯突出、承压水问
题等灾害相互叠加、相互作用, 互为诱因, 或产生共振效应,使灾害的预测及防治更为复杂困难。
1. 3矿井水灾地下水在渗流场中,常规条件下,裂隙岩体水的渗流符合达西定理,但是,在矿井深部的岩体,由于高应力和高地温的作用,其特征发生明显变化高
渗透压力可能产生地质灾害。我国煤矿地质条件复杂,特别是水文地质条件复杂, 奥灰水压持续升高, 承压水问题十分严重, 突水机率也随之增加. 如河北的几
个主要矿区均存在承压水上开采问题, 且水压高( 承压水压力为2~6MPa) , 水
量充沛; 峰峰集团公司生产矿井采区工作面煤层承受的底板水压普遍在2.0MPa 以上,突水系数大于0.06MPa/m,底板灰岩突水灾害曾多次发生,其中奥灰突水灾
害3次; 河南郑煤集团所属主要矿井向奥灰水位标高为+ 125~ + 150m, 焦煤集团赵固煤矿水压高达6MPa,突水威胁性大。
1. 4矿井高温热害由于高温职工注意力不集中,严重影响生产效率,并且人身事故率和机电设备事故率大大增高,无法保证采掘工作面安全生产。《煤矿安全规程》明确规定: 采掘工作面空气温度不得超过26,机电469采矿与安全工程学报第23卷硐室的空气温度不得超过30,当上述两工作地点的空气温度超过30和
34时,必须停止作业。《煤炭资源地质勘探地温测量若干规定》指出:平均地温梯度不超过3/100m的地区为地温正常区;超过3/100m为高温异常区,原始岩温
高于31的地区为一级热害区,原始岩温高于37的地区为二级热害区。我国不少矿井高温热害威胁严重, 1999年有70处大中型井工煤矿的采掘工作面最高气温超过《煤矿安全规程》的要求,其中26处超过30,最高达到37。随着采深的增加,高温热害矿井数量不断增加,进入21世纪,将有越来越多的矿井步入深部开
采行列.平煤集团五矿采深800~900m岩温达到34.5 ,平均地温梯度3. 7/100m, 地温高并伴有热水涌出,在标高-450m处的岩温为42, -650m处的岩温高达50。