千米以上深矿井开采研究现状与进展.pdf

第 2 O 卷第 7 期 2 0 1 1年 7月 中 国 矿 业 CHI NA M I NI NG M AGAZI NE Vo1 ．2 O，NO ．7 J u 1 ． 2 0 1 1 矿 业 纵 横 千米 以上 深矿 井开采研 究现状 与进展 胡社荣，彭纪超，黄 灿，陈培科，李 蒙 中 国矿 业 大学 北京 ，北京 1 0 0 0 8 3 摘要 要借鉴 国外深部矿产开采 的理论 与技术措施 的经验 ，厘清 国外深部 开采矿 山 井 的基本 情况应该是首要 的问题 ；同样 ，研究 中国大陆的深部矿产开采也是一样 。通 过 国外超千 米金属矿 山和一 些 国家的煤矿开采情况 的梳理 ，基本厘 清了 2 O世纪 8 O年 代初 ，联 邦德国煤矿 开采深度 已达 1 4 4 3 m；8 0 年代中期 ，国外开采深度超千 米的金 属矿山至少有 7 9座 ；到 9 O年代 ，已达 8 O多座 ；目前 为百座 以上 。 1 9 7 7年 ，我 国 赵 各 庄 煤 矿 开 拓 水 平 深 度 达 1 0 5 6 ． 7 m；1 9 9 0年 ，开 采 深 度 达 1 0 5 6 ． 8 m，开 拓 深 度 达 1 1 5 4 ． 5 m。目前 ，山东省新汶孙村矿开采深度达 1 3 5 0 m；国内开 采深 度超千米的矿井至少 1 7座。这些深 矿井主要分布于大兴安岭一 太行 山以东 ，秦岭一 大别山以北地区 。这一研究 ，对于我 国 2 1世纪 以来 关于深 部资源勘探与开采的设题研究 的进一步决策 ，具有很 重要 的意义 。 关键词 超千米深井 ；孙村 矿 ；中国东部 中图分类号 T D 8 5 3 ． 1 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 4 4 0 5 1 2 0 1 1 0 7 0 1 0 5 0 6 An o v e r v i e w o f c u r r e nt s t a t u s a nd p r o g r e s s i n c o a l m i ni n g o f t h e d e e p o v e r a ki l o m e t e r HU S h e r o n g，PENG j i c h a o ，HUANG Ca n，CHEN Pe i k e ，LI Me n g C h i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y Be ij i n g ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ，Ch i n a Ab s t r a c t I t i s a ma t t e r o f p r i me i mp o r t a n c e t O ma k e c l e a r a n u m b e r o f b a s i c p r o b l e ms o n Th e t y p e o f mi n e g e o l o g y h a z a r d i n mi n i g c o a l a n d t h e me t a l d e p o s i t i o n s i n d e p t h o v e r t h o u s a n d me t r e s i n o r d e r t O u s e t h e e x p e r i e n c e o f o t h e r c o u n t r i e s f o r r e f e r e n c e ，a n d a l s o t o o，i n Ch i n a ．Th e h i s t o r y o f mi n i n g c o a l a n d me t a l d e p o s i t i o n s o n e x t r a d e e p mi n i n g a r e d e v e l o p e d a n d c l a r i f i e d，i e ，t h e r e e x i s t e d 7 9 me t a l mi n e s i n t h e e a r l y 8 0s 。o ve r 8 0 me t a 1 mi ne s i n t he 90 s，whi c h ar e o ve r 1 0 00m ，a nd o ve r 11 4 me t a l m i ne s wh i c h a r e ov e r 14 5 0 me t r e s i n 2 1 s t C e n t u r y，a b r o a d ． Th e d e p t h o f u n d e r g r o u n d c o a l mi n e d e v e l o p me n t i n Z h a o g e z h u a n g c o a l mi n e of H e be i Pr ov i nc e i s 1 05 6． 7m i n 1 97 7，11 5 4． 5 m i n 19 9 0．Th e de pt h of mi ni n g c o a l i s 1 05 6 ． 8m i n Zh a og e z hu a ng c oa l mi n e。 a nd 1 3 50 m i n Sunc u n c oa l mi ne of Sa ng do ng Pr o vi nc e，i n 1 9 9 0． The r e e xi s t e d 1 7 c o al mi ne s o ve r l O00 m a t pr e s e nt ， whi c h a r r a ng e i n t he e as t o f da x i n ga nl i ng Ta i ha ng moun t a i n xue f e ng mo u n t a i n ，i n C h i n a ． t h a t i s b a s e o f r e s e a r c h i n g d e c i s i o n - ma k i n g t h e p r o s p e c t a n d e x p l o i t a t i o n o f c o a l r e s o ur c e s s i nc e 2 1 s t Ce n t u r y， wh i c h i s h i ghl y s i gn i f i c a nt ． Ke y wo r d s mi n e o v e r 1 0 0 0 m ；s u n c u n mi n e ；e a s t e r n p a r t i n Ch i n a 2 0世纪 6 0年代 ，吉林省磐石市石嘴子铜矿的 开采 深 度 已 近 千 米 9 5 0 r n 。1 9 7 7年 ，河 北 省 开 滦赵各庄 矿作 为 中国煤 炭开 采 的最深 矿井 之一 开拓水平已超过千米 ；1 9 9 0年，开采深度超千米 。 2 O世纪 8 O年代以来 ，有关 国外深部矿床开采 的信息被不断地介绍到 国内l_ 】 ] 。随着中国为数不 多的金属 矿的开采深度超 过千米 ，东 部一些煤矿 的开采深度 也不断地超过 千米。千米 以上采深 的 矿井较普遍地遭遇高地温、高形变 、高 冲击地压 、 收稿 日期2 0 1 1 0 1 1 2 高 涌水 和 高 瓦 斯 突 出潜 在 危 险 的情 况 ，引 起 了我 国政府的高度重视 。2 l世纪 以来 ，科技部 、国家 自然科学基金委 、教 育部等机构相继 批准 了众 多 的有 关 矿床 深 部 开 采 的 基 础 理 论 与 应 用 技 术 方 面 的研 究项 目；国务 院则 批 准 了 4 O亿 元 经 费 的 “ 危 机矿 山 ”项 目，其 中六 条 原 则 中 的 第 三 条 就 提 出 “ 以矿山外围和深 部找矿为主”的原则 ，显示 了其 对深部资源问题 的重视。2 0 0 9年，中国科学 院公 布了中国 2 0 5 0年科技发展路 线图 ，提出了 “ 中国 地 下 四千米 透 明计划 ” 。 深部矿床 开采 涉及深部 的概念、国内外深部 1 O 6 中 国 矿 业 第2 O 卷 矿井 开采 历 史 与 现 状 、关 键 科 学 理 论 与 技 术 、发 展趋 势 与 愿 景 等 一 系列 问 题 。作 者 在 此 前 讨 论 了 深部矿床开采概念 和分类l_ 8 ] 的基础上 ，本文将着重 讨论 国内外深部矿床开采状况及 国内的研究概况 ， 以其抛砖 引玉 。 1 国 外千 米 以上矿 床开 采现 状 与进展 美 国西 部采 矿 业 以 1 8 7 4年 布 莱 克 山金 矿 的发 现为标志 ，被划分 为前 、后两个 时期 浅 层开采 时期 和深 层挖 掘时 期 9 ] 。美 国上 湖附 近阿 米克 一个 铜 矿 于 1 9 5 1 ～ 1 9 5 3年 时 采 深 就 已 达 到 1 5 0 0 m， G a l e n a银矿最深达 2 8 0 0 ml_ 1 ；美国爱达荷州北部 克达 伦矿 区 的幸 运 星 期 五 矿 ，开 采 的 5 9 3 0水 平距 地表 1 8 0 8 m；S u n s h i n e矿 开 采 的 5 6 0 0水 平 距 地 表 2 1 0 0 i n 。安 大 略 省 k i d d铜 锌 矿 开 采 深 度 已 达 2 1 0 0 mc 1 ] ] 。 印度南部卡邦 东南角 的科拉尔 Ko l a r 金矿 的 巨矿 脉 C h a mp i e n Re e f ，也 有译 为钱 皮 恩里 夫 和 奴底 朱格 Nu n d y d r e e g ，也有 译 为 农 迪德 鲁 格 两 金矿 ，于 1 9 5 7 ～ 1 9 6 2年 间 ，相 应 的采 深 分 别 达 到 2 0 0 0 m 和 3 0 0 0 ml 7 ] 。科 拉 尔 金 矿 海 拔 高 度 约 9 0 0 m，开采深度 3 2 6 0 m。该 金矿 开 采近 百余 年 ， 已采 出矿 石 约 5 0 0 0万 t 。后 来 ，该 矿 剩 下 三 座 生 产矿山中央为钱皮恩里夫金矿 ，共有 1 1 2个阶段 水 平 ，采 深 3 2 6 0 m，是 当 时最深 的井 筒之 一 ；北 为 农 迪 德鲁格 金 矿 ，采深 2 4 0 0 m；南 为迈 索 尔 My s o r e 金矿 ，采 深 2 5 0 0 m E 1 2 - 1 a ] 。最深 的 矿 山 已 采 到 3 4 0 0 mE 川。 苏联 克 里 沃 罗 格 矿 区 开 采 高 品 位 铁 矿 石 的 各 矿 井 ，1 9 5 8年 初开 采深 度 为 3 2 6 ～5 2 7 m，1 9 8 6 年 ， 开 采深 度 已 达 7 5 5 ～ 1 1 6 5 m。基 建 工 程 在 地 表 下 9 8 5 ～ 1 5 6 8 m 1 9 8 7年 深部 进 行 ，富矿 开 采 深 度 最 近将 达 1 5 0 0 m，将来 要 达到 2 0 0 0 ～2 5 0 0 ml 1 。 2 O世纪 9 0年 代 ，前苏 联 的顿 巴斯 矿 区 ，千 米 以上新 深井 最 多 ，如 “ 矿 工 深 井 ”风 井 深 1 3 3 6 m， “ 斯科钦斯克”矿井深 1 3 0 0 m，“ 普奇科夫”矿风井 深 1 4 l O m[ 。 近年 来 ，开 采 深 度 越 来 越 大 ， 平 均 深 度 达 6 9 0 m，最 深 的 斯 柯 钦 斯 基 矿 达 1 4 0 0 m h t t p ／ ／ www． g j n y ． o r g ．c n ／ v i e w． a s p i d 一2 6 2 4 。 南非西部深水平金矿位于卡尔顿维尔 C a r l e t o n v i l l e 地 区 。该 矿 1号竖 井 系 统 于 1 9 8 6年 7月 正式 投 产 。采 矿 深 度 达 3 5 8 2 m。首 先 开 采 VC Ve n l e r s d o r p 脉 到 地 表 以下 3 0 0 0 m 深 部 ，然 后 开采 C L C a r b o n L e a d e r 脉 至 地 表 以 下 4 0 0 0 m。 目前 ， 正 在 开 采 地 表 以 下 2 0 0 0～ 3 0 0 0 m 的 矿 体 ll 1 。南非金 属 矿 平 均 采 深 已超 过 2 0 0 0 m，南 非 威 特 沃特斯 兰德 盆 地 ，矿 体 延 伸 6 0 0 0 m 以下 ，采 矿 深 度 已 接 近 地 表 以 下 4 k in，而 最 深 竖 井 已 达 4 1 7 6 m。不 远 的 将 来 ，开 采 深 度 将 达 5 0 0 0 m 至 6 0 0 0 m c 。 目前 ，开 采最 深 的矿床 是卡 勒顿 维 累 Ca r l r t o n v i l l e 金 矿 田 的 W e s t e r n De e p Le v e l金 矿 ，现 已开采 到 4 8 0 0 m_ 1 。 在 国外 开 采 超 千 米 深 的 矿 山 数 量 统 计 方 面 ， 存有不同的数据。 据 2 O世 纪 9 0年代 中期 的 不完全 统计 ，国外 开 采 超 千 米 深 的 矿 山 有 8 0多 座l 1 。 随 后 ll l ， 在 2 0 0 1年 】 1 月 5日至 7日在 北京 香 山召 开 的 以 “ 深 部高应力下的资源开采与地下工程”为主题 的香山 科学会议第 1 7 5次学术讨论会 中，也沿袭了这一统 计 数据口 ” ] 。这 一 数 据 一 直 跟 随 在 后 来 研 究 者 的 文 章 中[ 1 3 1 4 , 1 8 -- 2 7 ] 。也 有 文 献 指 出 截 至 目前 ，世 界 上 开采 深 度 超 过 千 米 的 矿 山 已近 百 座 l 1 ，或 国 外 开 采深 度超 千米 的金 属矿 山上 百座 __ 2 引。 由此 看来 ，近 百 座 开 采深 度 超 过 千 米 的 矿 山 ， 并不 包括 煤 矿 深 矿 井 。因 为 ，就 独 立 体 国 家 的 主 要 产 煤 区 顿 涅 茨 克 、 库 兹 涅 茨 克 、仁 拉 干 达 、 伯绍拉等矿区 ，有 2 4对采深超过 1 0 0 0 m，最大采 深 1 3 2 9 m 的矿井 l 2 。 除独立体 国家外 ，还有 其他一 些 国家，如 波 兰 、联邦 德 国 、英 国 、 日本 和 法 国 ，早 在 1 9 8 0年 ， 煤 矿开 采深 度 已经达 到千 米 以上 表 1 。 表 1 1 9 8 0年以前世 界一些国家煤矿开采深度 据文献 [ 2 ] 到 2 O世纪 9 O年代 ，煤矿 开采深度 进一步加 大 ，最 大 的煤 矿 开 采 深 度 达 德 国 1 7 1 3 m、波 兰 1 3 0 0 1 T I 、俄 罗斯 1 2 0 0 ～1 4 0 0 r n _ 3 。 就金属矿 山来说 ，根据 2 0世纪 8 O 年代前期的 资料 ，在国外年产矿石 l O万 t 以上的 2 0 1 8座 包 括露天矿非煤矿 山中，开采深度超过 l O 0 0 m 的 就有 7 9座。这 7 9座 深井矿山分别是 加 拿大 3 0 座 ，南非 1 5座 ，美 国 1 1座 ，印 度 和澳 大 利 亚各 4 座 ，俄罗斯、波兰、西班牙和赞 比亚各 2座 ，乌克 第 7 期 胡社荣 ，等 千米 以上 深矿井开采研究现状与进展 1 O 7 兰 、挪 威 、 日本 、英 国 、匈 牙 利 、墨 西 哥 和 津 巴 布韦 各 1座 。 开采 深 度 为 1 0 0 0 ～ 2 0 0 0 m 的有 6 4 座 ，2 0 0 0 3 0 0 0 m 的有 1 2座 ，3 0 0 0 m 以上 有 3 座，其中最深 的是 南非卡 里顿维 尔金矿 ，开 采深 度达 3 8 0 0 ml 3 。后来 ，又有文章指出 据不完全 统 计 ，采 矿 深 度 超 过 1 4 5 0 m 的 主 要 矿 山 全 球 有 l 1 4座 澳 大 利 亚 1座 1 8 0 0 m，铜 ，巴西 1座 2 4 5 3 m，金 ，加 拿 大 2 6座 1 5 2 4 ～ 2 4 9 9 m， 金 、铜一 镍 、铜～ 铅一 锌为 主 ，芬 兰 1座 1 4 5 0 m， 铜一 锌 ，印度 3座 1 6 8 1 ～3 2 0 0 m，金 ，南 非 7 6 座 1 5 2 4 ～ 4 1 1 7 m，金 ，美 国 6座 1 6 0 0 ～ 2 4 3 8 m，金 、铜 、银 。 如此 说来 ，应该 是 ，2 O世 纪 8 O年代 中期 ，据 不完 全统 计 ，世 界 上 开 采 深 度 超 过 千 米 的 金 属 矿 山至少有 7 9座[ 3 。国内 l 9 9 6年就统计得 出，国 外开采 深度超 千米 的金属矿 山有 8 0多座L 1 引。尔 后 ，这 一 数 据 一 直 被 许 多 研 究 者 广 泛 引 用 至 今 。 。 2 国内深部矿床开采研究现状与进展 2 ． 1 国内深部矿床开采现状与进展 从 网络 上 流 行 的个 人 ，甚 至 是 应 该 比较 权 威 的集体所发 布的关于我 国煤矿开采 超千米 的矿井 数据 ，存 有很 大 的差 异 采 深 超 过 1 0 0 0 m 的煤 矿 有 8处 煤矿瓦斯} 台理与利用总体方案编写小 组 ，2 0 0 5 ，0 6 ；开采 深度超过 1 0 0 0 m 的有开滦 赵各庄、新汶孙村 和华 丰矿、攀枝 花小宝 鼎和大 宝鼎等 1 O余 处 煤层 气 煤 矿 瓦斯开 发 利用 “ 十一 五” 规 划 ，发 改 能 源 2 0 0 6 ] 1 0 4 4号 。对 于国内进入煤炭 开采深度超 千米的矿井数据 ，有 很大差别 目前全 国煤矿平均采深 4 0 0 m，东部地 区煤炭 采 深超 6 0 0 m，全 国已有 3 4个矿 井采 深超 过 1 0 0 0 m 2 0 1 0 年 O 6月 2 1日 2 3 5 2 ，来 源 2 1世 纪经济报道 ；我 国大 中型 煤矿平 均 开采 深度 为 4 5 6 m，最深 达 1 3 6 5 m， 已有 近 5 O个 矿 井 采 深 超 过 1 0 0 0 m 辽宁工程技术大学党委宣传部 ，2 0 1 0 1 2 6 ， h t t p ／ ／ www． 1 n t u n e ws ． c n ／ s h o w． a s p I D一 6 8 8 8 。 初步文献追索和某些矿井研究结果表 明，似乎 是最早报道的中国大陆超千米的煤矿有赵各庄矿 最大采深已达 1 1 5 4 m，其他矿 区如淮南、新汶、北 票、长广、沈阳等也有一批矿井 开采深度接近和超 过 1 0 0 0 ml 弘 ] 。后来的研究者给出的数据更为具体， 开采深度超 千米 的矿 井有 沈 阳彩 屯矿 1 1 9 9 m 、 开滦赵各庄矿 1 1 6 0 m 、新汶孙村矿 1 0 5 5 m 、 北票冠 山矿 1 0 5 9 m和北京 门头沟矿 1 0 0 8 m ； 开滦唐山矿、马家沟矿和林西矿、北票台吉矿、新 汶华丰矿 、长广牛头 山矿和阜新王家营矿等矿井的 开采深度 接近 1 0 0 0 m【 2 。 。同样地 ，被后 人广泛引 用 [ 2 。 。 。不 过 ，有 的数 据 略有 变 化 ，也 增 添 了个别的矿 ，如开滦赵各庄矿 1 1 5 9 m 、沈阳彩屯 矿 1 1 9 7 m 、浙江 长广 矿 1 O O 0 m、徐 州 张小楼 矿 1 l O O m[ 。 ’ ， 。 一 据 l 9 9 5年初统计 ，国有重点煤矿现有生产矿 井 中 ，最终 开 采 深 度 达 1 o 0 o m 深 矿 井 有 4 7处 ， 采 深 大于 1 2 0 0 m 的 特深 矿 井 有 3 0处 。这 些 深 矿 井和特 深矿井 主要 分 布在 开滦 、鸡西 、七 台河 、 北票 、舒 兰、沈 阳、新汶 、平 顶 山、徐 州 大 屯、 淮南 、长广 和南桐等 矿区。其 中最终开采 深度 最大的是一平 浪煤 矿 的抗八 矿，其最终采 深将达 到 1 4 8 3 1T I 。其次是沈阳矿务局彩屯矿，其最终采 深将达到 1 4 4 9 m。其他如鸡西矿务局小恒 山矿、 北京矿务局房山矿 ，其最终采深将分别达 1 4 3 2 m 和 1 4 2 1 m。另 外 ，抚顺 矿 务 局 老虎 台矿 、天 府 矿 务 局 三汇二 矿 、徐 州 矿 务 局 旗 山矿 、通 化 矿 务 局 道清矿北斜 井、砟子 矿 四立 井、北票矿 务局冠 山 矿 ，其 最终 采 深 分 别 将 达 1 3 9 4 m、1 3 5 0 m、1 3 3 3 r f l 、1 3 3 0 m、 1 3 2 5 m、 1 3 1 0 m 和 1 3 0 0 。 。 在 中国 煤 炭 开 采 中 ，河 北 省 开 滦 赵 各 庄 矿 是 开采 深度 达 到千米 以上 的最 早 矿井 之 一 1 9 7 7年 ， 开拓水平 1 2水平的标 高为 一1 0 0 2 ． 8 m，深度 为 1 0 5 6 ． 7 m；1 9 9 0年 ，开采深 度达 l 0 5 6 ． 8 m 一 1 0 0 2 ． 3 m ，开拓水 平 1 3水 平 已达 1 1 5 4 ． 5 m 一l 1 0 0 m ；目前 ，开采水平主要集中于 1 3水平 1 1 5 4 ． 5 m ；开拓水平为 1 4水平 一1 2 0 0 m 。 1 9 9 9年 6月 ，山东 省 新 汶 矿 业 集 团孙 村 矿 开 采 水平 达 一8 0 0 m 埋 深 9 7 5 m ；2 0 0 3年 ，开 拓 水 平 一1 1 0 0 m 埋 深 1 2 7 5 m E 3 4 3 。 目前 ，孙 村 矿 的 开 采深度 已 达 一 1 1 0 0 m 垂 深 1 3 5 0 m _ 3 引。协 庄 矿 、潘西 矿 和华丰 矿开 采 深度 都超 过 了千 米L 3 _ ” 。 华 丰矿最 大 开采 深 度 1 2 3 0 m，四煤 层 工 作 面开 采 深度 1 0 5 0 m[ 3 引。淄博矿业集团有 限责任公 司唐 口 矿l_ 4 、平顶山煤业 集 团有限责任公司平煤 5矿 和十 二 矿 l_ 4 、徐 州 矿 务 集 团 庞 庄 煤 矿 张 小 楼 井l_ 4 引、夹河矿L 4 、河北金牛能源股份有 限公 司邢 东矿 井 田[ 4 的开 采深 度 都达 到 了千米 以上 表 2 。 千米 采 深 的金 属 矿 山 也 见 诸 报 道 ，狮 子 山 铜 矿 后来 的 文 献 称 冬 瓜 山铜 矿 最 早 达 到 开 采 深 度千米 以上 ，为 1 1 0 0 ml 4 。 对冬瓜 山铜矿 ，存有 不 同的表述 开拓深 度 达 1 0 7 4 m u 和 1 1 0 0 mE 0 引。 1 O 8 中 国 矿 业 第2 0 卷 表 2 中国大陆开采深度超千 米矿 山 井 数据来源见正 文 2 ． 2 国内深 部矿 床 开采研 究 现状 与进展 在煤 炭 深 部 开 采 方 面 ，开 采 深 度 最 大 ，也 是 最 早 的开 滦 赵 各 庄 矿 与新 汶 孙 村 矿 ，都 是 最 早 设 立深部开采突水与高地应力 等问题进行专题 研究 的矿井 。 “ 七五”期间 ，开滦矿务局组织 了 赵各庄煤 矿深部 一1 2 0 0 m 以上奥灰水承压含水层 的安全开 采 技术 的 实验 研 究 等 项 目的研 究 ；1 9 9 2年 ，新 汶 矿业 集 团立 项 深 部 开 采 井 巷 矿 压 及 布 置 的 研 究 课题 ，为 孙村 煤矿 一1 1 0 0 m 开 采 水 平及 新 汶 矿区其他矿井 的深部 开拓巷道布置及 开采部署提 供 理 论 和技 术 依 据 。 新 汶 老 区埋 深 1 3 0 0 m 煤 层 开 采综 合技 术 研 究 项 目，于 2 0 0 3年 获 中 国煤 炭工 业协 会科 学技 术 奖项 目一 等奖 。 在金 属 矿 山深 部 开采 方 面 ， 1 9 9 5年 ， 国家 计 委以科技[ 1 9 9 5 ] 1 5 3 9号 文批 准 将冬 瓜 山矿 床 千米深矿井 3 0 0万 t 级矿山强化开采综合技术研 究列为 “ 九五”国家重点科技攻关项 目。由此 ， 标志着我国政府与企业在 2 0世纪末期 ，对深部金 属 、煤炭资源安 全、有效 、经济开采 的技术保 障 条 件研 究 的启 动和重 视 。 2 1世纪以来 ，国家与政府对 深部矿床开采越 来越重视 。在深部 资源开 采，尤其 是煤炭深 部资 源和开采问题的研究上 ，得到了政府 的极大重视。 科技部、国家 自然科学基金 委等相继设立 了一系 列项 目 深部开采条件下工程岩体 的力学行 为及 灾害的探测、防治与对策 2 0 0 2年 ，国家 自然科 学 基 金 委 “ 创 新 群 体 研 究 ” 项 目，批 准 号 5 0 0 2 1 4 0 2 ； 深部岩体 力学基础研 究与应用 国 家 自然科学基 金重大项 目，批 准号 ’ 5 0 4 9 0 2 7 0 ； 深部煤炭资源赋存规律、开采地质条件与精细探 测 基 础研 究 9 7 3计 划 2 0 0 6年 立 项 项 目，批 准 号 2 0 0 6 C B 2 0 2 2 0 0 ； 煤 矿 突水 机 理 与 防治 基 础 理 论研 究 9 7 3计 划 2 0 0 7年 立 项 项 目，批 准号 2 O 0 7 C B 2 0 9 4 O 0 ； 煤 炭 开采 中 的动 力 灾 害 机 理 与 防治基 础研 究 9 7 3计 划 2 0 1 0年 立 项项 目，批 准 号 2 O 1 0 C B 2 2 6 8 0 0 和 深 部 重 大 工 程 灾 害 的 孕 育演 化机 制与 动态 调控理 论 9 7 3计 划 2 0 1 0年 立 项项 目，批 准 号 2 0 1 0 C B 7 3 2 0 0 0 ；深部 煤 炭 开 发 中 煤 与 瓦 斯 共 采 理 论9 7 3 项 目 编 号 2 0 1 1 C B 2 0 1 2 0 0 ； 深 部 煤 炭 开 发 中矿 井 工 程 地 质 理论与方法研究 2 0 0 3 ． O 1 ～2 0 0 7 ． 1 2 ，教育 部优 秀博士论 文基金及众多 的国家 自然科 学基金 等 面 上项 目。 3深部 研 究展望 对于中国大陆来说 ，煤 矿开采深度 超千米 的 深 矿井 仅 限于大 兴 安 岭 一 太 行 山 一 线 以东 地 区 ，且 主要分 布 在 华 北 太 行 山 以东 地 区 、东 北 的 南 部 和 内蒙 东 部 地 区 。对 华 北 地 区 来 说 ，譬 如 ，开 滦矿区，开 采深度最大 的赵各庄矿 ，距奥陶一 石炭 系风化 面 的 间 距 ，有 的 地 段 已不 足 百 米 。 而 其 开 采 煤层 与 奥 陶 纪 灰 岩 含 水 层 的 最 少 安 全 厚 度 至 少 应 在 8 0 m 以上 。 目前 ，1 3水 平 1 1 5 4 ． 5 m，突 水 系数 小 于 0 ． 1 MP a ／ m 的开 采 已经 达 到 了基 本 安 全 的程度 。 煤矿 防 治水 规 定 国家 安 全生 产 监 督 管 理 总 局令第 2 8号 ，2 0 0 9年 0 9月 2 1日 中指 出 底 板受 构造 破坏 块段 突水 系数 一 般不 大于 0 ． 0 6 MP a ／ 13 “1 ，正常 块 段 不 大 于 0 ． 1 MP a ／ m。开 滦 赵 各 庄 矿 开 采 l 4水平 时 ，将遇 到 突水 系数 超 过 0 ． 1 MP a ／ m 的潜在突水问题。因此 ，从 目前 的技术水平来说 ， 距 奥灰 间 隔小 、且 突 水 系 数 大 的 情 况 下 ， 尚无 有 效 的解 决办 法 。 从 开采 千 米 以上 矿 井 的 情 况 来 看 ，地 温 和 瓦 斯 突 出的情 况 也 千 差 万 别 ，孙 村 矿 、平 煤 集 团 所 属 的一些矿 ，地温 相 对 高 于 相 同深 度 的赵 各 庄 矿 。 因此 ，由于地 质 与 水 文 地 质 条 件 等 的 不 同 ， 目前 很 难 得 出解 决 这 些 深 部 开 采 中遇 到 的棘 手 问 题 的 理论 基础 。 山东省是 中 国煤矿 开采深度达千米 以上矿井 最多 的省份 。从开采 经济、安全 等角度来 看，即 使是煤矿 区地质 条件简单 的情 况下 ，由于高应力 变形 、高瓦斯 含量、高地热 、高突水潜 在风险 和提升或运煤上井 的高成本和技术难度大等原因 ， 而不 得 不 停 批 建 设 千 米 以 下 煤 矿 C C T V． c o rn 2 0 0 8 年 O 2月 2 O日 1 6 5 3来源新华网 。 中国大陆 的煤炭资源主要分布于昆仑 山一 大别 山一 秦岭一线以北 ，千米 以上采深 的煤矿仅分布于 第 7期 胡社荣 ，等 千米以上深矿井开采研究现 状与进展 1 O 9 华北地 区东部、东 北南部 与 内蒙东 部地 区。在大 兴 安岭 一 太 行 山 以西 ，六 盘 山 以东 的地 区 ，开 采 深 度 大都 不 足 千 米 。 在 六 盘 山 以 西 的甘 肃 、青 海 和 新疆等地 ，特别是新疆 地 区，大多数煤 矿 的开采 深度 不 大 ，而且 ，煤 炭 自燃 问题 非 常 严 重 。所 以 ， 在 大兴 安岭一 太 行 山 以西 地 区 ，就 煤 炭 开 采 问题 而 言 ，深部开采问题还远远提不上议事 日程。此外 ， 由于大兴安岭一 太行 山以东地 区的深矿井 中，多数 地方 的煤 层 距 奥 灰 岩 很 近 ，加 大 开 采 深 度 的 客 观 可能 性 已经 很 少 。所 以 ，从 某 种 角 度 来 说 ，深 部 资源勘探 的作用 巨大 ，可 能是 一个忽悠某些人 或 机 构 的伪 问题 。 从 开 采 深 部 矿 产 资 源 所 遇 到 的“三 高, , [ 1 3 , 1 9 2 4 , 2 7 ] 或 “ 四高” l 2 一扰 动也好 ，还 是 尚有华北 东部地 区高 潜在 突水 风险 的存在 也好 ， 这些深部矿产开采 中遇到的问题 的产生机理 ，应 该与 国外的相 似，而最 大的不 同，应该 是地质与 水文 地 质 条 件 ， 以及 开 采 方 式 等 的 不 同 。 因 此 ， 大力 加强 国外 深 矿 井 勘 探 、开 采 的方 法 与 技 术 措 施 的研 究 ，根 据 我 国具 体 的 矿 区 井 地 质 与 水 文地质条件，进行适用 性研究 ，应该是 比较合理， 并 且是 能 解 决 实 际 问题 的有 效 途径 之 一 。2 O世 纪 9 O年代 就已经得 出的国外开采深度达千米 以上的 金 属矿 山有 8 0多座 的数据 ，到今 天 已经 变化 了。 4 结 论 1 2 O世纪 8 O年代 中期 ，国外开采深度超 千 米的金属矿山已有 7 9座 ，9 0年代 中期达 8 O多座 ， 目前 ，至 少 在 1 1 4座 以上 。 2 中 国开采深 度 千 米 以上 的金 属 矿 3座 ，煤 矿 至少 1 7座 ，最 大煤 矿 开 采 深 度 矿 井 是 山东 省 新 汶集 团孙村 矿 ，开采 深 度 l 3 5 0 m。 3 千 米 以上深 度 煤 炭 开 采 区 ，仅 限于 华 北 地 区之太行 山以东地 区、东北南 部与 内蒙古东 部地 区。目前，深部煤炭 资源开 采的研究 区域仅 限于 上 述地 区 。 一 参考文献 [1] 卡明斯 A．B ． ，吉文 I ．A． 编．采矿工 程手册 翻译组 译． 采矿 工 程 手 册[ M] ． 第 3册．北 京 冶 金 工 业 出 版 社 ， 1 9 8 2 ． [ 2] 王 玉溶 ，唐士垄 ，等． 国外矿井开拓与巷道布置 [ M] ．北 京 煤炭工业 出版社 ，1 9 8 5 ． [ 3] 潘春德 ，周 国才 ，张瑞鹤．深井巷道支护与维护技术 E J ] ． 矿业译丛 ，1 9 9 1 1 0 1 9 ． [ 4] 沈峰 ，张瑞 鹤 ，周 国才． 深井 煤 与瓦斯 突 出 的研究 现状 [ J ] ．矿业译 丛，1 9 9 1 1 0 1 8 2 6 ． 【5 ] w．J ．盖 尔．利用 岩石 加固技 术 和应力 控制 法控 制岩层 r 门．世界煤 炭技术 ，1 9 9 2 1 2 1 2 6 ． [6] [7] [8] [9 ] [ 1 O ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] [ 1 6 ] r 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] E 2 0 ] [ 2 1 ] [ 2 2 ] [ 2 3 ] [ 2 4 ] [ 2 5 ] H．I ．E ．杜．伯埃斯．金矿 深矿 井的高压 注浆 ，见 煤 炭工业部基本建设司组织编译 ，国际采矿 和地下工 程治水 会议 论 文 集 [ c] ．北 京 煤 炭 工 业 出 版社 ，1 9 8 3 3 0 5 3 2 1 ． G．布霍依诺 ， 李玉生译． 矿山压力 和冲击地 压 [ M] ．北 京 煤炭工业出版社 ，1 9 8 5 1 一l 2 3 ． 胡社荣 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