煤礦深部開采方法

Deep mining method of coal mine

1、國内煤礦深部開采的現狀

煤炭資源從淺部開始開采，随着煤炭采出，開采煤層的埋藏深度必然要增加，開采規模擴大和機械化水平提高加速了生産礦井向深部發展。煤礦深井開采是世界上大多數主要采煤國家目前和将來要面臨的問題，我國東部地區經濟發達，能源需求量大，礦井延深速度快，一些國有煤礦已開始轉向或即将進入深部開采。

2、煤礦深井開采的發展前景

煤礦深井開采技術是當今世界主要深井開采國家(如德國、俄羅斯、波蘭等)十分關注的問題之一。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驗。我國是世界第一産煤大國，據煤炭資源開發和資源保護研究指出，在我國預測總儲量中73.2%埋深在1000m以下，淺部儲量較少。随着我國煤礦開采規模的擴大，開采深度的逐漸增加，深部開采已經成為煤礦生産的必然過程。

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3、煤礦深井開采的主要特征

3.1、地壓大

(1)原岩應力。(2)岩體塑性大。(3)礦山壓力顯現劇烈

3.2、地溫高

般情況下，地溫随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。在深礦井開采中，礦井溫度一般都比較高，會影響人體健康，有時甚至會遠高于人體所能承受的最高溫度。

3.3、礦井瓦斯大

(1)礦井瓦斯(絕對)湧出量大。 (2) 瓦斯突出(煤與瓦斯突出)頻度大，突出的量大。

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4、煤礦深部開采存在的問題

4.1、煤岩破壞過程強化，沖擊地壓危險性增加

我國發生沖擊地壓的深度在200 ~ 1000m，由于開采深度的增加，煤岩體應力升高，有沖擊地壓危險的煤層數量增加，有沖擊地壓的礦井逐漸增多。發生沖擊地壓礦井50年代為7人，60年代為22個，目前已增加到33個。經調查發現，沖擊地壓發生的次數、強度和危害程度随深度的增加日趨嚴重。

4.2、瓦斯壓力增高，煤與瓦斯突出危險嚴重

我國是世界上煤與瓦斯突出最嚴重的國家之一，截止1986年，已發生突出的礦井200多人，突出次數約為12000次，約占世界發生總突出次數的1/3。從國内外開采實踐上看，礦井深部開采時瓦斯湧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。經研究表明，我國煤礦煤與瓦斯突出有随采深增加而瓦斯壓力增高，瓦斯湧出量增大的趨勢。

4.3、礦井生産費用升高，經濟效益下降

随着采深的增加，勘探強度加大，地壓、地溫升高，沖擊地壓及煤與瓦斯突出危險增大，相應的要采取一系列措施，如增加設備，加強支護等。同時，井下需要維修的巷道長度增加，到工作地點的距離和時間增加提升高度大、時間長，主副井提升系統、排水系統環節增多，通風系統趨于複雜。這些都導緻煤炭生産成本增加，噸煤成本生産費用提高，經濟效益迅速下降。

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5、煤礦深部開采礦壓顯現規律與控制

5.1、煤礦深部開采礦壓顯現的基本特點

開采深度的增加是礦井生産的自然規律，随之而産生岩石溫度增加，地壓增大，岩石破壞過程強化，巷道圍岩變形劇烈，沖擊地壓強度增大和頻度增加等自然現象。它将嚴重影響着煤礦的安全生産和經濟效益。

深部煤層開采複雜化的主要影響因素是礦山壓力，在高應力作用下，圍岩移動更為劇烈，巷道産生變形和破壞也更為嚴重，巷道圍岩變形速度快、變形量大，巷道周邊變形範圍大;巷道對支架的工作特性要求高，初撐力、工作阻力和可縮量均大，即使開掘在底闆岩石中的巷道，用拱形金屬支架和各種結構封閉式支護的巷道有時也遭巨大變形。巷道從使用期間維護困難已發展到掘進期間維護困難，掘出後廢棄的巷道增多，巷道掘好後不久将失穩，圍岩收縮變形較大，其巷道穩定性随深度增加而逐漸惡化，使深部巷道的維護費用劇增。

5.2、煤礦深井巷道的礦壓控制

1)優化巷道布置

采準巷道的布置應避開煤柱集中應力、構造集中應力、采動應力的影響，選擇在岩性較為穩定的岩石中。深部采區主要準備巷道應以岩巷為主或至少布置一條岩巷。随着深度的增加，回采工作面推進後煤體塑性區增加，緻使區段煤柱留設寬度随之增加，為保證采區回收率，減少巷道維護，工作面回風(運輸)平巷宜采用無煤柱護巷的形式。巷道施工在遇到以壓應力為主的褶曲、逆斷層時，巷道方向盡量與褶曲軸或斷層走向垂直或斜交，在遇到以拉應力為主的正斷層時，巷道方向則與斷層走向一緻或斜交，從而達到減小礦壓顯現的目的。回采巷道布置的方位應使工作面離開斷層推進，使采區一翼内工作面同向推進。避免巷道相向掘進和巷道近距離平行布置，減少相交巷道(或避開銳角)，從而減小應力集中，減少發生沖擊地壓的危險性.

2)改革巷道支護形式

對國内外大量深井開采礦井的研究表明，布置在中硬以下岩層中的巷道變形破壞嚴重(特别是受采動影響後)，當采深在800~1000m以上時，在中硬及中硬以上岩層内布置的巷道，若采用傳統的支護方式，巷道維護仍很困難。因此，深井中，除要求合理布置巷道位置外，還應根據深井礦壓特點，巷道支護必須滿足既能加固圍岩又能提供較大的支護力、具有較大的可縮性和一定的初撐力等要求，根據圍岩狀況和巷道條件采用不同的支護形式。

5.3 煤礦深井回采工作面的礦壓控制

1)深井回采工作面礦壓控制的特點

深部采場礦壓控制特點由深部采煤工作面頂闆岩性變化特點和可能發生的冒頂事故類型決定。經調查，深礦井開采煤層的頂闆岩性變化随着采深增加，頂闆岩層有逐漸變碎和強度降低的趨勢，随采深增加，斷層、裂隙、層理和節理逐漸發育，同一層位的岩層分層厚度逐漸變薄，弱面增多，采場頂闆懸頂長度逐漸減小，由不容易垮落變得容易垮落;在頂闆岩層變碎和強度有所降低的情況下，深井采場出現漏垮型冒頂事故的可能性加大。

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