深礦井-----開采技術(shù)-----

緒論1、國內(nèi)外煤礦深井開采的現(xiàn)狀

煤炭資源從淺部開始開采，隨著煤炭采出，開采煤層的埋藏深度必然要增加，開采規(guī)模擴(kuò)大和機(jī)械化水平提高加速了生產(chǎn)礦井向深部發(fā)展。煤礦深井開采是世界上大多數(shù)主要采煤國家目前和將來要面臨的問題，我國東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，能源需求量大，礦井延深速度快，一些國有煤礦已開始轉(zhuǎn)向或即將進(jìn)入深部開采.由于不同的產(chǎn)煤國家在煤層賦存的自然條件、技術(shù)裝備水平和開采技術(shù)上的差異、以及在深部開采中出現(xiàn)問題的程度不同。因此國際上尚無統(tǒng)一和公認(rèn)的根據(jù)采深劃分深井的定量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本國國情以及地質(zhì)條件的實(shí)際情況，不同的國家有不同的標(biāo)準(zhǔn)。一些采煤國家的學(xué)者對深井的界定提出的一些見解和論述。蘇聯(lián)的一部分學(xué)者將采深超過600m的礦井歸于深井，而另一部分學(xué)者把采深800m 作為統(tǒng)計深井的標(biāo)準(zhǔn)。德國當(dāng)者把采深800~1200m定為深部開采，把1200m以下稱為超深開采。英國與波蘭把煤礦深部開采的起點(diǎn)定為750m，日本定為600m。

我國對深井的界定無明確規(guī)定，中國煤礦開拓系統(tǒng)一書提出按開采深度將礦井劃分為4類，各類的深度范圍如表1。

在世界主要采煤國家中，德國、英國、波蘭、俄羅斯、日本等都有深部開采礦井。英國煤礦的平均采深為700m，最深的達(dá)1000m。德國煤礦礦井的平均采深為947m，最深的達(dá)1713m。波蘭煤礦的平均采深為690m，最深的達(dá)1300m。俄羅斯已經(jīng)有許多礦井采深達(dá)到1200~1400m。

我國國有煤礦生產(chǎn)礦井中，采深大于700m的有50處,占總數(shù)的8.35%，采深已超過800m的礦井有25處，分布在開灤、北京、雞西、沈陽、撫順、新汶和徐州等開采歷史較長的老礦區(qū)，特別是東部礦區(qū)。在采深超過1000m的礦井中，有沈陽彩屯礦(1199m)、開灤趙各莊礦(1160m)、新汶孫村礦(1055m)、北票冠山礦(1059m)和北京門頭溝礦(1008m)。開灤唐山礦、馬家溝礦和林西礦、北票臺吉礦、新汶華豐礦和阜新王家營礦等礦井的開采深度接近1000m。預(yù)計10~20年后，開采深度大于700m的礦井將不斷增加。由此可見，深部礦井的開采技術(shù)既是當(dāng)前一些礦井面臨的問題，也是我國煤炭工業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展需要十分重視和研究解決的問題。

緒論2、煤礦深井開采的主要特征

深礦井開采就是指埋藏在距地表一定深度(一般大于800m)的煤炭，具有如下主要特征

1)地壓大

主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

(1)原巖應(yīng)力大。原巖應(yīng)力包括自重應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力以及賦存在巖體中的水和瓦斯對巖體的壓力等。自重應(yīng)力隨埋藏深度的增加而增大。構(gòu)造應(yīng)力實(shí)際上是構(gòu)造殘余應(yīng)力，當(dāng)開采深度大時，構(gòu)造應(yīng)力由于釋放困難，殘余構(gòu)造應(yīng)力大。地下水和瓦斯賦存在巖體中，一般情況下，其賦存量和壓力隨賦存深度增大而增大。因而，在深礦井開采中原巖應(yīng)力大。

(2)巖體塑性大。巖石的變形特性與受力狀態(tài)有關(guān):當(dāng)側(cè)向壓力由零(單向受力)逐漸增加時，巖石的塑性會逐漸增加。在深礦井開采中，由于原巖應(yīng)力大，主要是側(cè)向應(yīng)力的增加使巖體的塑性增大。當(dāng)開采到一定深度時，巖體會進(jìn)入完全塑性狀態(tài)，此時，原巖應(yīng)力為三向等壓，即所謂的靜水壓力狀態(tài)。

(3)礦山壓力顯現(xiàn)劇烈。礦山壓力顯現(xiàn)劇烈是深礦井開采中原巖應(yīng)力大和巖體塑性大的主要表現(xiàn)。礦山壓力顯現(xiàn)劇烈表現(xiàn)為:

①圍巖移動量大，移動速度快。巷道圍巖移近量，巷道頂?shù)装逡平孰S采深增大而增大，尤其底膨量所占比重隨采深增大而增大，甚至有些巷道在掘出后在很短時間內(nèi)就無法使用。

②沖擊地壓發(fā)生頻度高，沖擊能量大。沖擊地壓是發(fā)生在巷道或采場圍巖中的一種復(fù)雜的動力現(xiàn)象，以圍巖的突然破壞為特征，當(dāng)巖石受力達(dá)到巖石強(qiáng)度極限時，巖石將出現(xiàn)破壞，對于脆性大的巖石，其破壞伴隨著彈性能的突然釋放，而這種彈性能的突然釋放，又會加速巖石的破壞，形成煤(巖)炮或煤(巖)拋出或片幫。這就是沖擊地壓發(fā)生的機(jī)理和沖擊地壓顯現(xiàn)。在深礦井開采中巖體受力大，在脆性大的巖層，就可能發(fā)生沖擊地壓。

2)地溫高

地溫是指井下巖層的溫度。一般情況下，地溫隨深度增加而呈線性增加，其增高率用溫度梯度(C /hm，hm=100m)表示。地溫決定著井下采掘工作面的環(huán)境溫度，即礦井溫度。在深礦井開采中，礦井溫度般都比較高，會影響人體健康，有時甚至?xí)h(yuǎn)高于人體所能承受的最高溫度。

3)礦井瓦斯大

(1)礦井瓦斯(絕對)涌出量大。礦井瓦斯(絕對)涌出量隨開采深度增加而增大，其原因是: ①一般情況下，煤層埋藏深，煤層瓦斯含量大。②煤炭開采強(qiáng)度隨采深增加而增大。

(2)瓦斯突出(煤與瓦斯突出)頻度大，突出的量大。影響瓦斯突出的因素有:瓦斯賦存量和壓力:煤(巖)的物理力學(xué)性質(zhì)和所受地壓:地質(zhì)條件等。這些因素隨開采深度增加而增大。因此，一般情況下，瓦斯突出的頻度和突出物量也隨采深增加而增大。

緒論3、煤礦深井開采存在的問題

1)、礦壓顯現(xiàn)加劇，巷道維護(hù)困難

隨著礦井采深的不斷增加,礦井逐漸出現(xiàn)礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，巷道維護(hù)困難，地溫升高和勘探困難，開采條件惡化，生產(chǎn)技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益下降等問題。一方面,春道斷面必需加大,據(jù)對開灤礦區(qū)統(tǒng)計,近10年間采深平均增加100m.巖石巷道斷面平均增加8.1%，煤、半煤巖巷平均增加32%: 另一方面,地壓增大,在深部高應(yīng)力作用下，圍巖移動更為劇烈,巷道產(chǎn)生變形破壞更為嚴(yán)重。在調(diào)查的超過700m的深井中，巷道礦壓問題普遍嚴(yán)重，底膨成為常見的地壓現(xiàn)象,特別在采準(zhǔn)巷道中尤其嚴(yán)重。失修和嚴(yán)重失修巷道比例增加,并深1000m時巷道失修率約是同條件下500~600m埋深巷道失修率的3~15倍,部分礦井巷道失修和嚴(yán)重失修率達(dá)20%以上。深井巷道維護(hù)問題已成為整個礦共生產(chǎn)系統(tǒng)中的最薄弱環(huán)節(jié)。

2)、煤巖破壞過程強(qiáng)化，沖擊地壓危險性增加

數(shù)量增加.有沖擊地壓的礦井逐漸增多。發(fā)生沖擊地

我國發(fā)生沖擊地壓的深度在200~1000m,由于開采深度的增加,煤巖體應(yīng)力升高,有沖擊地壓危險的煤層壓礦井50年代為7個.60年代為22個,目前已增加到33個。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn).沖擊地壓發(fā)生的次數(shù)、強(qiáng)度和危害程度隨深度的增加日趨嚴(yán)重。

3)、瓦斯壓力增高，煤與瓦斯突出危險嚴(yán)重

我國是世界上煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的國家之一,截止1986年,已發(fā)生突出的礦井200多個,突出次數(shù)約為12000次.約占世界發(fā)生總突出次數(shù)的1/3。從國內(nèi)外開采實(shí)踐上看，礦井深部開采時瓦斯涌出量一般比較大,煤與瓦斯突出的問題已成為深部開采中不容忽視的重要問題。經(jīng)研究表明,我國煤礦煤與瓦斯突出有隨采深增加而瓦斯壓力增高.瓦斯涌出量增大的趨勢。

4)、深熱礦井增加，氣候條件惡化

隨著礦井向深部開采,許多國家都遇到了不同程度的熱害問題。德國、俄羅斯掘進(jìn)工作面溫高達(dá)50C.部分高達(dá)60C。礦井氣溫過高嚴(yán)重影響人體健康,引發(fā)各種疾病,造成事故率上升,勞動生產(chǎn)率下降,甚至被迫停好

我國深井熱害問題相當(dāng)嚴(yán)重,而我國熱害的治理工作由于缺乏技術(shù)、資金等問題,大部分礦井熱害治理僅靠通風(fēng)降溫、灑水降溫.部分礦井采用機(jī)械制冷降溫方法?？偟默F(xiàn)狀是技術(shù)落后、效果較差,應(yīng)引起有關(guān)方面的高度重視。

5）、礦井生產(chǎn)費(fèi)用升高，經(jīng)濟(jì)效益下降

隨著采深的增加，勘探強(qiáng)度加大，地壓、地溫升高，沖擊地壓及煤與瓦斯突出危險增大，相應(yīng)的要采取一系列措施，如增加設(shè)備，加強(qiáng)支護(hù)等。同時，井下需要維修的巷道長度增加，到工作地點(diǎn)的距離和時間增加，提升高度大、時間長，主副井提升系統(tǒng)、排水系統(tǒng)環(huán)節(jié)增多，通風(fēng)系統(tǒng)趨于復(fù)雜。這些都導(dǎo)致煤炭生產(chǎn)成本增加，噸煤成本生產(chǎn)費(fèi)用提高，經(jīng)濟(jì)效益迅速下降。

緒論3、煤礦深井開采的發(fā)展前景

煤礦深井開采技術(shù)是當(dāng)今世界主要深井開采國家(如德國、俄羅斯、波蘭等) 十分關(guān)注的問題之一。目前，德國的開采深度最大，波蘭、俄羅斯、英國等次之。這些國家同時也是對深礦井開采研究較早、較多的國家。它們在深礦井開采的地壓控制、制冷降溫以及瓦斯管理等方面做了大量研究，并取得了許多成功的經(jīng)驗(yàn)。

我國是世界第一產(chǎn)煤大國，據(jù)煤炭資源開發(fā)和資源保護(hù)研究指出,在我國預(yù)測總儲量中73.2%埋深在1000m以下,淺部儲量較少。隨著我國煤礦開采規(guī)模的擴(kuò)大,開采深度的逐漸增加.深部開采已經(jīng)成為煤礦生產(chǎn)的必然過程。深部開采中遇到的礦壓、地?zé)帷⑼咚沟戎饕夹g(shù)問題日益增多,對當(dāng)前的煤礦生產(chǎn)和今后礦井建設(shè)的影響日趨嚴(yán)重。因此,如何面對深部開采的復(fù)雜地質(zhì)條件,及時解決深部開采所涉及的技術(shù)性問題，從長遠(yuǎn)看，它將對安全、經(jīng)濟(jì)、合理地開發(fā)深部煤炭資源有重要的戰(zhàn)略意義。

END

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