我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析

刘全福 刘 坤 孔 伟

山东义能煤矿有限公司

我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析

刘全福 刘 坤 孔 伟

山东义能煤矿有限公司

我国煤炭预测总储量中73.2%埋深在1000m以下，浅部储量较少。目前，我国东部煤矿正以每10年100～250m的速度发展，预计在未来20a，很多煤矿的开采深度将达1000～1500m。随着开采深度的增加，岩层与地表移动问题十分复杂，也带来了新的地表沉陷预测与控制问题。同时，深部开采中遇到的“三下采煤”、保护煤柱留设、矿压、地热、瓦斯等主要技术问题日益增多，对当前的煤矿生产和今后矿井建设的影响日趋严重，需要对其进行深入系统的研究。下面文中将会对相关问题进行阐述，仅供参考。

煤矿工程；深部开采；灾害

伴随着煤矿采掘机械化、开采规模、开采强度和深度的加大，煤矿地质灾害防治问题显得尤为突出，更为重要的是一个大型、高度机械化的煤矿如发生矿井地质灾害其社会影响和经济损失将是巨大的。煤矿矿井地质灾害复杂多样，在煤炭开采过程中，断层、陷落柱、含水层(体)、岩浆岩、采空区、煤层结构变化等是不可忽视的灾害性地质异常体，它们破坏了煤层的连续性，严重降低机械化采煤的效率，甚至可以引发透水，瓦斯突出等事故，给煤矿的安全生产带来威胁。

1 国内外煤矿深部开采的现状

煤矿深部开采是世界上大多数主要采煤国家目前和将来要面临的问题。在世界主要采煤国家中，德国、英国、波兰、俄罗斯、日本等国家采矿业较为发达，煤矿开采深度每年以8～16m的速度增加，率先进入了矿井的深部开采。国外部分煤矿深部开采现状见表1。

表1 国外煤矿深部开采现状

我国的国有重点煤矿中，采深大于700m的有75多处，约占我国煤矿开采总数的12.5%，分布在开滦、北京、鸡西、沈阳、抚顺、新汶、徐州和长广等开采历史较长的东部矿区。在采深超过1000m的矿井中，有沈阳彩屯矿(1199m)，开滦赵各庄矿(1160m)，新汶孙村矿(1055m)，北票冠山矿(1059m)和北京门头沟矿(1008m)。开滦唐山矿、马家沟矿和林西矿，阜新王家营矿等矿井的开采深度接近1000m。

2 煤矿深部开采中存在的问题

2.1 冲击地压

冲击地压发生原因有内因、外因两种因素：内因包括煤层本身的物理属性、煤层原岩应力状态；外因包括采深、采动集中应力(主要为超前支承压力、煤柱集中应力等)、放炮诱发等。具备冲击倾向性的采区，由于煤体具备弹性变形能量，发生冲击后，弹性煤层会以瞬间猛烈的形式喷发出来，常造成人员受伤、设备损坏等后果。特点是每次冲击地压后工作面上隅角支撑应力又会重新分布，峰值始终在距工作面50～60m位置。

2.2 陷落问题

陷落柱破坏了煤层的连续性，并经常诱发矿井水患发生，导致矿井生产安全事故，华北型煤田由此而导致淹井时有发生。一般认为，煤田陷落柱形成与奥陶系灰岩溶裂隙有关，由于岩溶裂隙的发育和扩大，周围地层受重力作用而塌落下沉，因此，陷落柱内部充填物常常成分复杂，比较松散，正常的地层沉积层序被打乱，陷落柱与煤层的接触边界两测存在着明显的密度、速度、电性、放射性等物性差异。

2.3 高瓦斯问题

随着埋藏深度的增大，煤层瓦斯压力多呈静水压力梯度递增。以淮南矿区为例，开采深度在900m时测定出的最高瓦斯压力达到4.5MPa，随着瓦斯压力增大，煤吸附的瓦斯量增加，从而使煤层瓦斯含量增大，瓦斯含量递增的平均梯度可折算为1m3/[t·(52～75m)]。由于受到深部高应力的作用，煤层内瓦斯气体压缩达到最高峰，煤岩体内就会聚集很多的气体能量。而后在采掘扰动的作用下，压缩气体剧烈释放，造成工作面或巷道的煤岩层突然被破坏易导致煤与瓦斯突出。

3 煤矿深部开采灾害的防治措施

3.1 研究深部工程灾害发生机理

研究表明，煤层瓦斯含量、瓦斯压力、地应力、煤岩物理力学性质、煤的变质程度等与开采深度都存在一定的关系。在深部开采条件下，深部岩体的组织结构、基本行为特征等均发生了根本性变化，是导致深部开采中灾变事故出现多发性和突发性的根本原因所在。因此，应系统研究我国深井矿区灾害发生机理的特点，探讨采深与主要影响因素之间的内在联系，揭示不同条件下灾害发生的规律，以作为深部灾害治理的前提和基础，从而提出预测方法、指标和防治措施。对于解决随着开采深度的增加，以岩爆、突水、煤与瓦斯突出、顶板大面积来压和采空区失稳为代表的工程灾害防治问题具有重要意义。

3.2 综合物探技术的运用

近年来国有或地方煤矿连续发生重、特大灾害事故的惨痛教训表明，安全投入和因灾害事故造成的经济损失已成为煤矿生产成本中不可忽略的重要组成部分。在工程实践中，必须全面系统地分析煤矿地质灾害与地质风险防治中的地球物理特征，合理布置综合物探方法，从不同物性特征研究煤矿煤层结构与岩性、水文地质、陷落柱与煤层的小构造，通过对三维电性数据体观测技术、信息相干技术、三维滤波技术、边缘检测技术等进行实践与研究；对三维地震数据体运用切片解释技术、全三维解释技术和反射波动力学特性参数的提取与成图技术的运用，利于精细地质现象的解释，才能取得较好的地质效果。

3.3 提升防治水平和方式

深部矿井所具有的基本地质力学特征之间能够相互联系和影响，在高采动应力影响和深部隐蔽致灾因素探查不清的不利情况下，增大了深部矿井发生灾害的可能性、关联性及灾害程度，并使深部矿井灾害表现出比浅部更为复杂的特征。我国现有煤矿灾害防治技术及装备水平基本能够满足深部矿井安全生产的需要，但仍需针对一些关键理论和技术问题进行科技攻关。开展深部矿井无人化、智能化开采技术及装备研究，提升自动化水平是提高深部矿井安全保障能力的有效途径。

深部矿井的开采技术既是当前一些矿井面临的问题，也是我国煤炭工业长远发展需要十分重视和研究解决的问题。

[1] 张寅. 深部特厚煤层巷道冲击地压机理及防治研究[D]. 中国矿业大学，2010.

[2] 张俊杰. 深部开采优化开采技术的探讨[J]. 矿山压力与顶板管理，2005(3)：74 -75.