淺談煤礦深度開采中存在的問題與對策

程學紅 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，中東部礦區以10～25m/a的速度延深，我國的淺層煤炭資源預計將在數十年內耗盡。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的發展。

關鍵詞：煤礦;深度開采;問題

1影響煤礦深部開采的地質環境因素

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。據資料顯示，由于瓦斯爆炸引起的10人以上死亡的煤礦事故70%出現在600m以下的礦井。并且要求的支護參數越來越高，所需開采成本也不斷提高。

1.1高地應力

隨著開采深度的增加，礦井原巖應力和構造應力不斷加強，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，持續變形，底鼓嚴重，返修率高。當采深從500m增加到1000m時，僅垂直應力就達到了27MPa，遠超過了工程巖體的抗壓強度。在如此高的地應力下掘進后的巷道的持續變形、流變給巷道支護帶來了嚴峻的挑戰。

1.2高溫

深部開采環境下，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性質也會發生劇烈的變化，使其發生熱脹冷縮破碎，同時，工人在高溫環境中長時間勞動會影響人的中樞神經系統，使人疲勞精神恍惚，容易引發事故。

1.3高滲透壓

對于深井開采，采深越大，承壓水位高、壓力大，加之構造復雜和高地應力的長期作用，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力的增加以及地質構造的復雜性，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和破壞的能量，導致巷道底鼓，發生沖擊地壓。

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力的數倍甚至幾十倍，使淺部巖石由原來的彈性應力狀態進入深部后轉化為塑性狀態，造成更多巖石的破壞失穩，使得礦壓顯現更為劇烈，支護更加困難。

2加強煤礦深部開采的應對措施

2.1深入探究礦井深部開采工程災害的發生機理

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、地應力及煤層的變質程度等都會發生相應變化。而進入深部開采后，深部圍巖應力、構造應力變大，組織形態發生變化，所以這是導致深部開采事故多發和突發的根本原因。

2.2加強深部開采巷道的布置與底鼓預防

深部礦井開采巷道的穩定性對煤礦的安全生產起著至關重要的作用，針對礦井深部開采巷道的穩定性特征，煤礦企業應該改變以往淺部開采的巷道布置模式，盡量避開應力高峰區，合理規劃開采順序，盡可能減少地壓對巷道穩定的影響。礦井底鼓問題也是影響煤礦巷道失穩的重要因素之一，因此在煤礦深部開采中還應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害防治技術的研究

目前，中國很多煤礦針對礦井地熱災害改進了通風系統，并在局部井下設置了制冷設備。但是在此降溫技術應用的基礎上，還應該創新思路，積極研究先進、可行的技術措施，將熱害變為地下熱能利用。采用先進的科技成果，研發新型的礦井降溫技術或先進材料，有效改善井下作用環境，進而保障煤礦生產的順利開展。

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）改善礦內的氣候條件，在煤礦深部開采過程中，相關技術人員需要注重礦井的風量，盡可能地增加礦井的巷道風量，降低風流溫度;（2）可以通過下行通風降低工作面的氣溫，建立排熱回風通道，使電機散熱直接排入回風流，降低采礦區域的進風流增溫;（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機械制冷空調技術

在煤礦深部地質熱害處理過程中，除了采用非機械制冷降溫措施外，技術人員還可以采用機械制冷技術對其進行降溫處理。如在礦區內安裝新型的無氟利昂制冷空調裝置。同時，在運用機械制冷空調技術時，企業及技術人員需要分析機械制冷空調運行的經濟效益，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模式。

2.3.3有效控制煤礦深部開采的地質熱害源頭

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

3結語

隨著我國淺層煤礦資源的逐漸枯竭，開發深層的煤礦資源已經成為必然的趨勢。我國社會和經濟的發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，在保證生產效率的同時降低安全事故的發生幾率，從而為煤炭企業創造更大的經濟效益。

參考文獻：

[1]于宏偉.煤礦深部開采面臨的主要技術問題及對策[J].黑龍江科技信息，2015 （22）：128.

[2]徐付軍.探討深部開采面臨的主要問題與對策[J].科技資訊，2014 （02）：101.

[3]李長勇.煤礦深部開采存在的問題及對策探討[J].科技與企業，2012 （14）：195.

[4]李新強.煤礦深部開采存在的問題及對策探討[J].科技創業家，2012 （13）：113.