景成祥：浅析煤矿深井开采存在的问题及巷道压力特点 |
| 2012-11-29 10:29 作者：景成祥 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网11月29日文】据《科技与生活》杂志2012年第17期刊文，随着煤炭企业的发展，矿井开采正经历着一个由浅到深、由简单到复杂的过程，深部矿井逐渐增多。影响巷道稳定性的因素也随着增加，深部巷道支护问题越来越引起人们的重视，煤矿深部开采中存在的问题和巷道压力特点的研究也就成了煤矿领域的一个重要部分。
1深井开采存在的问题
1.1矿压显现加剧，巷道维护困难
随着矿井采深的不断增加，矿井逐渐出现矿压显现强烈，巷道维护困难，地温升高和勘探困难，开采条件恶化，生产技术效果和经济效益下降等问题。一方面，巷道断面必需加大，据对开滦矿区统计，近10年间采深平均增加100m，岩石巷道断面平均增加8.1％，煤、半煤岩巷平均增加32％。另一方面，地压增大，在深部高应力作用下，围岩移动更为剧烈，巷道产生变形破坏更为严重。在调查的超过700m的深井中，巷道矿压问题普遍严重，底臌成为常见的地压现象，特别在采准巷道中尤其严重。失修和严重失修巷道比例增加，井深1000m时巷道失修率约是同条件下500m-600m埋深巷道失修率的3-15倍，部分矿井巷道失修和严重失修率达20%以上。深井巷道维护问题己成为整个矿井生产系统中的最薄弱环节。
1.2煤岩破坏过程强化，冲击地压危险性增加
我国发生冲击地压的深度在200-1000m，由于开采深度的增加，煤岩体应力升高，有冲击地压危险的煤层数量增加，有冲击地压的矿井逐渐增多。发生冲击地压矿井50年代为7个，60年代为22个，目前己增加到33个。经调查发现，冲击地压发生的次数、强度和危害程度随深度的增加日趋严重。
1.3瓦斯压力增高，煤与瓦斯突出危险严重
我国是世界工煤与瓦斯突出最严重的国家之一，截止1986年，己发生突出的矿井200多个，突出次数约为12000次，约占世界发生总突出次数的1/3。从国内外开采实践工看，矿井深部开采时瓦斯涌出量一般比较大，煤与瓦斯突出的问题己成为深部开采中不容忽视的重要问题。经研究表明，我国煤矿煤与瓦斯突出有随采深增加而瓦斯压力增高，瓦斯涌出量增大的趋势。
1.4深热矿井增加，气候条件恶化
随着矿井向深部开采，许多国家都遇到了不同程度的热害问题。德国、俄罗斯掘进工作面温高达500C，部分高达600C。矿井气温过高严重影响人体健康，引发各种疾病，造成事故率工升，劳动生产率下降，甚至被迫停产。
我国深井热害问题相当严重，而我国热害的治理工作山于缺乏技术、资金等问题，大部分矿井热害治理仅靠通风降温、洒水降温，部分矿井采用机械制冷降温方法。总的现状是技术落后、效果较差，应引起有关方面的高度重视。
1.5矿井生产费用升高，经济效益下降
随着采深的增加，勘探强度加大，地压、地温升高，冲击地压及煤与瓦斯突出危险增大，相应的要采取一系列措施，如增加设备，加强支护等。同时，井下需要维修的巷道长度增加，到工作地点的距离和时间增加，提升高度大、时间长，主副井提升系统、排水系统环节增多，通风系统趋于复杂。这些都导致煤炭生产成本增加，吨煤成本生产费用提高，经济效益迅速下降。
开采深度的增加是矿井生产的自然规律，随之而产生岩石温度增加，地
压增大，岩石破坏过程强化，巷道围岩变形剧烈，冲击地压强度增大和频度增加等自然现象。它将严重影响着煤矿的安全生产和经济效益。
深部煤层开采复杂化的主要影响因素是矿山压力。在高应力作用下，围岩移动更为剧烈，巷道产生变形和破坏也更为严重，巷道围岩变形速度快、变形量大，巷道周边变形范围大。巷道对支架的工作特性要求高，初撑力、工作阻力和可缩量均大，即使开掘在底板岩石中的巷道，用拱形金属支架和各种结构封闭式支护的巷道有时也遭巨大变形。
巷道从使用期间维护困难已发展到掘进期间维护困难，掘出后废弃的巷道增多，巷道掘好后不久将失稳，围岩收缩变形较大，其巷道稳定性随深度增加而逐渐恶化，使深部巷道的维护费用剧增。
2巷道压力特点及变形规律
1）深井巷道围岩具有软岩流变特性。巷道围岩变形区分为松动带和塑变带，区别在于易控带和不易控带。围岩表层的松动带是易控带，而塑变带是不易控带。因为塑变带是工覆岩层地压和采动集中压力造成的。对于深部地下开采而言，特别是有采动影响时，支护体无法抗衡集中压力，防止围岩产生塑性变形，而只能使支护性能适应塑变带的岩移，且支护体要有相应的可缩性。对松动带来说，支护体要控制其移近量，保持其相对完整性，使移近量控制在支护结构所能承受的范围内，保持松动带的相对稳定，不使其解体坍塌。
2）深井巷道围岩变形具有明显的时间效应。深井巷道掘出后，围岩变形速度随掘出时间的变化而变化的性质称为时间效应。具体表现为巷道掘出后围岩变形速度较大，随时间增加，变形速度递减，但围岩仍以较大速度变形，且持续时间较长。遇到动压影响，此现象还会加剧。如不采取有效的支护措施，当变形量超过支护结构的允许变形量时，支护结构承载能力下降，围岩变形速度加剧，最终导致巷道结构失稳。
3）深井动压巷道围岩自稳时间短，收敛变形量大。围岩从暴露到冒落的时间，取决于围岩暴露面的形状和面积、岩体强度和原岩应力。深井巷道在高应力作用下，围岩出现应变软化现象。在巷道掘出后，围岩变形速度较大，变形量剧增，当变形量超过围岩允许变形量时，围岩开始松动、塌落。围岩自稳时间短，一般仅十几钟到十几小时。
巷道围岩收敛变形具体表现为顶底板移近、两帮内移。其中沿直方向顶底板移近量以底臌为主，顶板下沉量仅占很小比例。这种现象在高佐煤矿表现尤为突出。
3结论
我国是世界第一产煤大国，据煤炭资源开发和资源保护研究指出，在我国预测总储量中73.2％埋深在1000m以下，浅部储量较少。随着我国煤矿开采规模的扩大，开采深度的逐渐增加，深部开采己经成为煤矿生产的必然过程。
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