煤矿开采过程中凸显的问题研究.pdf

2020 年第 9 期2020 年 9 月 在未来相当长一段时间内，煤炭仍然是中国的主 要能源。保证煤炭资源的安全高效开采，对于中国的 经济建设具有重要意义。经过多年发展，中国煤矿开 采技术和装备得到了前所未有的发展，煤矿矿井的单 产量稳步提升，但开采过程中面临的问题也更加复杂。 由于大幅度的开采，浅部煤炭资源已日趋枯竭，现在 基本上已进入了深部开采时代。然而，现有的开采技 术多是针对浅部开采执行的，对于深部开采并没有很 好的适应性，导致开采过程中一些安全问题突出[1]。因 此，需要对这些开采作业过程中的问题给予关注。本 文围绕目前煤矿开采作业中存在的问题进行展开，提 出了一些解决问题的思路。 1煤矿开采作业中的主要问题 煤矿深部开采中凸显的问题比较多，许多都比较 棘手，主要包括支护、通风等方面的问题，下面将分 别进行分析。 1.1矿井热害严重 通常情况下，矿井每向下延伸 100 m，岩层温度会 增加 3 ℃。矿井深度超过 1 000 m 时，矿井温度会超 过 30 ℃。目前很多矿井开采深度已超过了 1 000 m， 对煤矿开采产生了不利影响。井下温度过高会导致许 多机电设备的散热效果变差，使得设备运行存在安全 隐患。工人长期处于高温下劳动，不但劳动效率较低， 而且身体会发生损害。矿井热害已成为煤矿安全生产 关注的问题之一。 1.2矿山压力显现剧烈 深部开采时，矿山压力显现是煤矿开采必须面临的 问题。随着煤层埋藏深度增加，岩石应力也会增加。煤 矿开采时矿山压力显现变得剧烈。矿山压力显现带来两 方面问题巷道冲击地压问题和支护问题。对于冲击地 压问题 （ 见图 1 ），人们已经认识到其危害。如何对冲 击地压进行防治[2]，目前并没有太多行之有效的措施和 方法。一方面是由于冲击地压发生的条件和形式存在 一定的差异性；另一方面是由于冲击地压的机理尚不 明确，虽然很多专家学者提出了一些理论，但并不能从 本质上解释冲击地压的发生。 图 1冲击地压示意图 支护问题也是深部开采面临的棘手问题。地应力的 增加会导致巷道变形增大，若不能采取有效方式对巷道 进行支护，则巷道断面会急剧减小，发生破坏。值得注 意的是，在深部开采时，巷道围岩的变形更符合软岩的 特性，这使得现有的支护方式应用存在一定的困难。 收稿日期2020-05-07 作者简介张永生，1977年生，男，山西交城人，2015年毕业于太 原理工大学计算机科学与技术专业，工程师。 煤矿开采过程中凸显的问题研究 张永生 （ 吕梁市离石区煤炭纠察分队，山西 吕梁 033000 ） 摘要 经过多年发展，中国煤矿开采技术得到了前所未有的发展，开采效率和安全性也得到了显著提升。但在开采 作业过程中一些问题开始凸显。分析了煤矿开采作业过程中存在的主要问题，提出了一些针对性的解决措施，可以为煤 矿的安全高效开采提供一定的指导。 关键词 煤矿；深部开采；开采技术 中图分类号 TD823文献标志码 A文章编号 2095-0802-202009-0037-02 Research on Prominent Problems in Coal Mining Process ZHANG Yongsheng Lishi District Coal Picket Detachment of Lvliang City, Lvliang 033000, Shanxi, China Abstract After years of development, Chinas coal mining technology has been unprecedented developed, mining efficiency and safety has also been significantly improved. But in the process of mining operation, some problems began to highlight. This paper analyzed the main problems existing in the process of coal mining operation, and put forward some targeted solutions, which can provide certain guidance for the safe and efficient mining of coal mines. Key words coal mine; deep mining; mining technology （总第 180 期） 能源研究 矿山压力 坚硬顶板 煤-岩交界处阻力 冲击倾向煤层 冲击地压 底板 煤-岩交界处阻力 37 2020 年第 9 期2020 年 9 月 节能知识 1.3矿井瓦斯治理困难 矿井瓦斯治理一方面要解决巷道瓦斯积聚和超限 问题，另一方面要解决煤与瓦斯突出问题。对于瓦斯 超限问题，很多时候可以采用瓦斯抽采的方式来降低 煤层瓦斯含量，进而降低巷道风流中的瓦斯量。然而， 中国煤层的透气性比较差[3]，采用普通的抽采方式预抽 效率低，而且效果很差，严重影响到了矿井瓦斯的有 效治理。虽然也采用了一些强化瓦斯抽采方式，但是 只在某些特定的情况下应用，难以形成有效的方法或 工艺。 目前，比较棘手的是煤与瓦斯突出问题 （ 见图 2 ） 。 大量实践表明，采用瓦斯抽采可以降低煤层突出的可 能性。但只依靠这种方法防治瓦斯突出，需要的时间 较长。所以，需要行之有效的消突方法或措施。瓦斯 突出的机理尚不明确，这不利于从本质上找到快速消 除瓦斯突出的方法。 图 2煤与瓦斯突出示意图 1.4矿井通风困难 在深部开采时，由于通风线路变长，矿井通风会 变得困难。根据矿井通风理论，矿井通风阻力与通风 线路长度存在一定的关系。通风线路越长，矿井通风 阻力越大，通风也就越困难。此外，通风困难还与矿 井的温度、瓦斯涌出量有较大关系。矿井通风的主要 目的是排出矿井井下风流中的有毒有害气体，调节井 下气候。但这种调节作用存在一定的极限，取决于巷 道内的风速。 2开采作业中问题的解决措施 应该从技术和理论上来解决煤矿开采中存在的诸 多问题。下面将从几方面进行说明。 2.1研发新的支护技术和设备 在深部开采过程中，矿山压力显现剧烈是一个亟 需解决的问题。目前很多的支护技术和装备多是针对 浅部的，还需要研发一些适用于深部高应力条件的支 护设备。矿山压力显现的主要表现是巷道变形。传统 的材料强度较低，对于深部巷道变形的控制效果并不 理想。在研发新的支护技术时，应该革新支护设备所 采用的材料。 然而，研发新的支护设备和技术并不是一朝一夕 能完成的，需要投入大量的人力和物力，还需要大量 的现场数据。这是一个积累和探索的过程。 2.2重视深部岩体变形理论的研究 深部开采过程中凸显的一些问题，不仅是技术上 的问题，更是基础理论的问题。为了更高效安全地进 行工程施工，应该重视深部岩体变形理论的研究，主 要是深部热流固耦合作用下岩体的变形问题[4]。在这些 理论研究中，要特别重视的是冲击地压机理和煤与瓦 斯突出机理的研发。这是由于冲击地压和瓦斯突出对 煤矿的安全生产威胁巨大，不仅会造成重大的经济损 失，还会造成人员伤亡。而且随着煤矿深度的增加，二 者发生的频率都有增加的趋势。 2.3改良矿井的通风系统 现有的通风系统在深部开采时，存在通风阻力大、 效率低的问题，还存在通风安全性差的情况。一旦发 生事故，就会造成整个煤矿井下瘫痪。为此，需要对目 前的通风系统进行改良。现矿井多采用单通风机进行 通风，在浅部通风线路短时效果较好，而深部通风线 路较长时则效率较低。为了适应深部通风，只能不断 提高通风机的功率，这使得对风量的调节变得更加困 难。因此，需要研究矿井的多级中继通风系统，即在风 井中间位置布置 1 个通风机。这样不仅可以减少风机 的能量损失，还便于对矿井风量的调节。 3结语 随着中国煤矿开采由浅部进入到深部，一些问题 开始凸显，主要有矿井热害严重、矿山压力显现剧烈、 矿井瓦斯治理困难及矿井通风困难。这些问题严重影 响煤矿的安全高效开采，应该从理论和技术上予以解 决，从研发新的支护技术和设备、重视深部岩体变形 理论的研究及改良矿井的通风系统等方面着手，为解 决煤矿深部开采中出现的问题提供一定的参考。 参考文献 ［1］ 张玉龙.煤矿开采作业中凸显的问题研究 ［J］ .科技创新与应 用， 202023 121-122. ［2］ 齐庆新， 潘一山， 李海涛， 等.煤矿深部开采煤岩动力灾害防控 理论基础与关键技术 ［J］ .煤炭学报， 2020， 455 1567-1584. ［3］ 李富念.分析深部煤矿开采瓦斯综合治理技术 ［J］ .低碳世界， 2019， 99 137-138. ［4］ 谢和平.深部岩体力学与开采理论研究进展 ［J］ .煤炭学报， 2019， 445 1283-1305. （ 责任编辑高志凤 ） 煤 体 垮 落 区 节能环保产业 节能环保产业是指为节约能源资源、发展循环经 济、保护生态环境提供物质基础和技术保障的产业， 是 国家加快培育和发展的 7 个战略性新兴产业之一。 节能环保产业涉及节能环保技术装备、 产品和服务 等， 产业链长， 关联度大， 吸纳就业能力强， 对经济增长拉 动作用明显。 加快发展节能环保产业， 是调整经济结构、 转 变经济发展方式的内在要求， 是推动节能减排， 发展绿色 经济和循环经济， 建设资源节约型环境友好型社会， 积极 应对气候变化， 抢占未来竞争制高点的战略选择。 38