深井煤礦開采技術改進分析

摘 要：伴隨煤炭能源儲量的不斷縮水和下降，煤炭資源面臨枯竭的危險，尤其是淺層煤礦及露天煤礦的儲量銳減。為了保證煤炭資源的持續供給，煤礦深井開采逐步普及，隨著開采深度的增加，煤礦礦壓不斷增加、底部巷道維護難度加大、煤礦圍巖受到礦壓沖擊而崩塌的危險性不斷累積、煤礦井下瓦斯濃度升高，井下作業面臨的綜合環境更加復雜。為了進一步降低深井煤礦開采過程中的事故發生率，提升煤礦開采的安全性，保證煤炭開采及供應的持續性，必須提出針對性的煤炭深井開采改進技術。文章以某深井煤礦開采為研究對象，進行了相關分析和研究。

關鍵詞：深井煤礦；礦壓沖擊；巷道維護；開采技術

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.074

1 引言

對于深井煤礦而言，國際上對礦井深度超過500m的煤礦稱為深井煤礦。但是，在具體煤礦深度分級上，世界范圍內不同區域的煤礦分布差異，分級標準也不同，對于南非的煤礦中，深度達到800m以上的礦井稱為深井煤礦，深度超過1000m的深井煤礦稱為超深井煤礦。國內，對于深井煤礦的分級標準為：深度小于400m的煤礦稱為淺井煤礦，深度介于400-700m的煤礦稱為中深井煤礦。深度介于700-1100m的煤礦稱為深井煤礦，深度超過1100m的煤礦稱為超深井煤礦。就我國的煤炭礦層分布特點而言，有超過75%的煤炭埋藏在600m以下的礦層內，其中，已經探明的煤炭儲量有超過3萬億噸位于深度在1000m以下的深層礦層中，占據總儲量的50%以上，因此，為了保證我國煤炭開采的持續、穩定供應，必須提升深井煤礦的開采技術，確保深井煤礦開采安全、穩定進行。

2 深井煤礦開采的主要技術問題分析

2.1 井下瓦斯濃度高，開采位置空氣溫度較高

隨著煤礦礦井開挖深度的增加，瓦斯濃度逐步提升，且隨著深度的繼續增加，瓦斯濃度上升的速率越來越快。此外，除了煤礦井下瓦斯濃度的增加外，煤礦井下圍巖的應力值同時提升，在開采作用力的擾動下，很容易破壞井下圍巖面的穩定性，出現沖擊崩塌事故，由于擬分析的煤礦其主礦井深度在1200m左右，在這種開采深度范圍內，一旦煤礦瓦斯與圍巖沖擊礦壓力出現耦合作用，出現系統性的動力失穩災害的概率將顯著提升。另外，在深井煤礦的防突技術上還存在一定的缺陷和不足，當前，國內在深井煤礦開采中積累的瓦斯濃度參數數據總體不足，對于不同深度范圍內的瓦斯濃度估測模型及方法還不夠科學，尤其在深度超過800m以上的深井煤礦，相關的參數積累和模型分析及預判能力更加不足。除了瓦斯因素外，深井溫度過高也是主要的問題之一。通過對該深井煤礦的開采溫度進行觀測，發現，該煤礦的溫度恒定位置位于井下30m深度位置，溫度值為16℃，且隨著開采深度的推進，深度推進到1000m以上，井下巖體的溫度高達40℃以上，雖然采用了一定的通風降溫措施，但是開采位置的溫度仍然超過限定值。井下溫度過高，容易引起井下可燃氣體自燃及人員中暑問題。

2.2 深井下沖擊礦壓風險累積、井下結構支護南難度進一步增加

經過調查統計發現，本文研究的該深井煤礦在前5年的開采中總計出現過5次井下沖擊礦壓事故。由于井下礦壓累積較高，圍巖自身強度難以抵抗壓力影響，導致巷道內的通風設備、支護結構及煤礦開采機械設備受到不同程度的擠壓和損壞，嚴重影響了深井的正常開采，且井下深度一旦超過1000m，則隨著井深的不斷增加，沖擊破壞的程度將以指數形式增長。

3 深井煤礦開采的技術改進措施分析

3.1 改善深井下瓦斯氣體治理方式，引進高效的井下降溫技術

引進高效的瓦斯氣體抽取及采集設備，保證瓦斯的大流量、高壓力抽取，并做好井外抽取配合；為了提升瓦斯治理效果，應強調綜合治理，做好開采層和密封層的兼顧，突出區域的煤層巷道掘進面及石門揭煤的工作面，應使用預先抽取掘進的方式。隨著開采深度的增加，應依照標準對深井煤礦同瓦斯的突出危險累積及井下瓦斯濃度水平等參數進行實時監控和反饋。在石門揭煤時采用水刀切割技術實現快速打鉆處突，確保石門揭煤的防突可靠性。此外，還應做好深井下的溫度控制，應使用傳統降溫技術配合輔助降溫的方式進行。該煤礦試驗進行機械制冷技術，使用的主要機械制冷方式為地面真空制冰降溫系統。通過建立地面溫控設備，對礦井下的局部區域的開采高溫位置進行精準降溫，經過試驗驗證，使用機械輔助降溫方式，掘進面的溫度從原有的40℃下降至25℃。

3.2 提升沖擊礦壓防治技術，革新巷道支護技術

綜合分析可知，沖擊礦壓是導致井下事故的主要源頭，在新開采區域正式開采前，應先對該地區的礦壓進行全名評估，并分析引起局部礦壓沖擊的原因，判定是否位于沖擊地壓的危險區。在開采中，應合理分布開采作業面分布形式，最大程度降低由于開采機械力引起的應力集中問題，對于煤層群開采而言，優化分布，減少巷道之間的聯絡線數量，防止對巷道墻體及開采面周圍墻體的削弱，提升其抗壓強度及穩定性。采掘頭面布置要避免相互之間有動壓影響；煤柱留設不要對以后的開采留下隱患。此外，還應該提升巷道支護技術?？梢允褂弥ёo能力較強的反式拱支護和錨定索支護兩種方式，其中，反式拱支護現在斷面位置布置錨定網及錨定鎖并通過高壓注漿穩定錨定索結構，在加設環形拱式棚，借助拱式結構的反拱力對巷道墻體進行補強。錨定索支護方式主要用于補強變形過大的巷道墻體，通過加密原有的錨定索數量，提升墻體的剛度和穩定性，為了保證錨定索加固的質量，應在錨定索上注漿，保護錨定索不會因外部環境而出現銹蝕。

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作者簡介：李航（1999-），男，河南駐馬店人，本科，研究方向：采礦工程、地下煤礦開采。