浅析煤矿深部开采技术问题与创新

2019-01-14冯振明

魅力中国 2019年14期

冯振明

（中国平煤神马集团十一矿，河南平顶山 467000）

矿井开采深度是反映矿井开采难易程度的综合性指标。近几年来,随着我国经济持续高速稳定发展,能源需求旺盛,煤炭产量大幅度增加,2001年我国煤炭产量为10.98亿吨,2003年达到16亿吨,2004年达到19亿吨,2005年接近22亿吨。这使得矿井开采延伸速度加快,采深进一步加大,一些中老矿井及深部矿井,已经进入深部开采阶段,东北及中东部地区的多数矿区开采历史长,开采深度大,如平煤集团十二矿深部已经达到1150m。与浅部开采相比,深部开采不仅大大地提高采矿成本,而且随着深度的增加,采矿环境也将发生不利的变化,给煤矿生产与安全带来了极大的问题。

矿压大、温度高,潜伏着难以预料的地质灾害,如突水、岩爆、冲击地压等。然而用浅部开采条件下的地质等特征和规律来分析处理深部问题,无疑远远不够,并且蕴含着极大的风险。因此,对深部开采条件下面临的问题进行系统的研究,为深部煤炭安全、经济、高效开采提供科学的技术途径具有重要意义。

一、深部开采面临的主要技术问题

（一）巷道围岩变形问题

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,到达深部后成为“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。这不仅使巷道维护费用大大增加,而且导致了矿井生产系统不畅,运输能力不足,风、水、电系统脆弱等一系列问题,是矿井安全生产的重大隐患。

（二）矿井煤与瓦斯突出和冲击地压问题

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。

（三）矿井水灾问题

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。

（四）矿井高温热害问题

高温会使职工注意力不集中,从而严重影响了生产效率,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。我国不少矿井面临高温热害的严重威胁。

二、针对深部开采需要的应对措施

（一）加强深部地质工作,充分了解复杂多变的煤岩体特征、知道瓦斯、水等分布,断层的空间结构、围岩稳定的状态及与井巷工程之间的相互关系,为采取有效方案或技术途径提供基础条件。

（二）对深部开采统筹规划

巷道要布置在稳定的岩层内;巷道方向尽可能与本区最大主应力方向一致,减小其应力对巷道的作用;避免开采引起的支承压力的强烈作用,将巷道布置在已采的采空区下;采取上部煤层预先开采,跨巷回采等方法,避开上部开采遗留煤柱的影响,且与煤柱边沿保持一定的距离;避免相邻巷道之间的相互影响;合理规划开采顺序避免采掘在相邻的区段内同时进行。研究快速有效的局部高应力卸压技术,对于防止由于局部应力集中而引起的巷道失稳和动力灾害具有实际意义。

（三）改进围岩控制技术,限制围岩变形破坏。围岩支护方式分为被动支护和主动支护,被动支护是限制围岩的变形破坏和防护，控制已经松动破坏的岩石。主动支护是以加固围岩为目的,利用围岩的自撑能力控制围岩变形破坏。深部围岩在掘进几小时后就有可能发展成为碎裂体或松散体,支护对象是破裂后的剪胀变形围岩。试验表明,岩石的峰值强度和残余强度对围压很敏感,较小的围压就可以较大地提高围岩的强度。因此,采用锚网索主动支护方式,提高锚网索支护系统的强度和改善围岩特性,可能取得较好的支护效果。而在地质不良地段复合支护效果可能会更好,宜因地制宜。

（四）加强深井热害治理技术研究,在进行通风降温和局部井下制冷技术研究与应用的同时,要开辟新的思路，研究可行的技术途径,变热害为地下热能源利用,变害为利。另外,采用高科技成果,研发经济高效且环境友好的矿井降温新技术与新材料,是保障深部采矿顺利开展的技术方法。