我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析.pdf

第4 4 卷第 1 期 2 0 1 6年 1 月 煤 炭 科 学 技 术 Co a l S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y V0 1 ． 4 4 No． 1 J a n ． 2 0 1 6 我 国煤矿深部 开采现 状及 灾害防治分析 蓝航 ， 陈东科。 ， 毛德兵 1 ．天地科技股份有限公 司 开采设计事业部 ， 北京1 0 0 0 1 3 ； 2 ．中国煤炭学会 岩石力 学与支 护专业 委员会 ， 北京1 0 0 0 1 3 3 ．国家煤矿安全监察局 ， 北京1 0 0 0 1 3 摘 要 为保 障深部矿井的安全生产 ， 对全 国采深超过 8 0 0 m的深部煤矿开采现状及面， 的灾害类型 进行 了调查统计， 给 出了目前深部矿井的数量及产能分布情况； 分析 了影响深部矿井灾害的地质力学 因素 高地压、 高地温、 高水压 、 高瓦斯、 低煤岩渗透性 和开采 强度因素 ， 并对全国主要深部矿 井的灾 害属性进行 了分类统计。结合近 5年来深部矿井发生的灾害事故， 得 出瓦斯 灾害是深部矿 井的第一 大灾害， 复合型灾害是深部矿井的新特征， 复合型灾害事故程度比单一型灾害程度更高。最后对目前 深部煤矿 灾害防治技术及装备进行 了评价 ， 针对深部 开采面临的主要 困难和问题 ， 提 出了相应的发展 建议。 关键词 深部开采 ； 深部矿井； 矿井灾害； 复合型灾害； 灾害防治 中图分类号 T D 8 2 3 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 1 6 0 1 0 0 3 9 0 8 Cur r e nt s t a t us o f d e e p mi n i n g a n d d i s a s t e r pr e v e n t i o n i n Chi na L a n Ha n g ， Ch e n Do n g k e ， Ma o De b i n g ’ 1 ． C o a l Mi n i n g＆D e s ig n i n g D e p a r t m e n t ， T i a n d i S c i e n c e T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a ； 2 ． R o c k Me c h a n i c s S u p p o n i n g P r o f e s s i o n a l C o mm i t t e e ， C h i n a C o a l S o c ty ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a ； 3 ． S t a t eA d mi n i s t r a t i o n ofC o a l Mi n e S a f e t y ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i na Abs t r a c t I n o r de r t o e ns u r e s a f e t y mi n i ng i n de e p c o a l mi ne s ， t h e c u r r e n t s t a t u s o f d e e p mi n i n g a n d d i s a s t e r s t y pe we r e a n a l y z e d t o mi n i n g d e p t h o v e r 8 0 0 m o f d e e p c o a l mi n e s i n C h i n a， a n d t h e n u mb e r o f d e e p mi n e s a n d c a p a c i t y d i s t r i b u t i o n w e r e g i v e n ． T h e a u t h o r s a n a l y z e d t h e g e o l o g i c a l me c h a n i c s f a c t o r s h i g h g r o u n d s t r e s s ， h i g h g r o u n d t e m p e r a t u r e ， h i g h w a t e r p r e s s u r e ， h i g h g a s c o n t e n t a n d l o w c o a l r o c k p e r me a b i l i t y a n d m i n i n g i n t e n s i t y f a c t o r s a f f e c t i n g d e e p m i n e d i s a s t e rs． Me a n w i l e ， t h e n a t i o n a l m a j o r d e e p mi n e d i s a s t e r s p r o p e i e s w e r e c l a s s i f i e d ． C o m b i n e d w i t h r e c e n t fi v e y e a r s o f d e e p m i n e d i s a s t e r a c c i d e n t s ， i t w a s c o n c l u d e d t h a t t h e g a s d i s a s t e r w a s t h e fi r s t maj o r c a l a mi t y ， c o mp l e x d i s a s t e r s w e r e t h e n e w c h a r a c t e r i s t i c s o f d e e p mi n e ， t h e d e g r e e o f c o mp l e x d i s a s t e r s w a s l a r g e r t h a n s i mp l e d i s a s t e r s ． At l a s t ， t h e d e e p c o a l m i n e d i s a s t e r s p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y a n d e q u i p m e n t s w e r e e v a l u a t e d ． A c c o r d i n g t o t h e m aj o r d i ffic u l t i e s a n d i s s u e s o f d e e p mi n i n g f a c e d， s o me f e a s i bl e s u g g e s t i o n s we r e p ut f o r wa r d． Ke y wo r d s d e e p mi n i n g； d e e p c o a l mi n e s ； mi n e d i s a s t e r s ； c o mp l e x d i s a s t e r s ； d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l 0 引 言 我 国是 目前 世界上最大的煤炭生产 国和消费 国， 煤炭资源量 占国内化石能源总量 的 9 5 ％。根据 第 3次全 国煤炭资源预测结果 ， 我国埋深 2 0 0 0 i n 以内煤 炭资 源总量 约 5 ． 5 7万亿 t ， 其 中埋 深超 过 1 0 0 0 I n的煤炭 资源量约为 2 ． 8 6万亿 t ， 占总量 的 5 1 ． 3 4 ％， 煤炭资源分布地域广 阔， 煤层赋存条 件多 样 ， 地质条件也极其复杂。我 国煤炭资源分布与区 域经济发展水平 、 消费需求极不适应。从煤炭资源 的地理分布看 ， 在昆仑山一 秦岭 一 大别 山一线 以北保 有煤炭资源储量 占 9 0 ％， 且集中分布在 山西 、 陕西 、 内蒙古 3省 区 ⋯。我国 目前 1 0 0 0 I n以浅煤炭资 源量 中可靠级储量仅有 9 1 6 9亿 t ， 且主要分布于新 收稿 日期 2 0 1 5 一 O 7 3 0 ； 责任编辑 代艳玲DOI 1 0 ． 1 3 1 9 9 ／ j ． c n k i ． c s t ． 2 0 1 6 ． 叭． 0 0 7 基金项 目 国家 自然科学基金资助项 目 5 1 3 0 4 1 1 6 ， 5 1 5 7 4 1 4 9 作者简介 蓝航 1 9 7 8 一 ， 男 ， 湖北利川人， 研究员， 博士。T e l 0 1 0 8 4 2 6 3 1 2 1 8 2 0 1 ， E m a i l h l a n 5 2 7 1 6 3 ． c o n 引用格式 蓝航 ， 陈东科 ， 毛德兵． 我国煤矿深部开采 现状及 灾害防治 分析 [ J ] ． 煤炭科 学技术 ， 2 0 1 6 ， 4 4 1 3 9 4 6 ． L a n H a n g ， C h e n D o n g k e ， Ma o D e b i n g ． C u r r e n t s t a t u s o f d e e p m i n i n g a n d d i s a s t e r p r e v e n t i o n i n C h i n a [ J ] ． C o a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 1 6 ， 4 4 1 3 9 4 6 ． 3 9 2 0 1 6 年 第1 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 4 卷 疆 、 内蒙古 、 山西 、 贵州和陕西 5省 区 J 。而经济 社会发展水平高 ， 能源需求量大的东部地 区 含东 北 煤炭资源量仅为全国保有资源储量的 6 ％。中 东部地区的浅部煤炭资源 已近枯竭 ， 但深部煤炭资 源还相对丰富， 华东地 区的煤炭资源储量 8 7 ％集 中 在安徽省和山东省 ； 中南地区煤炭资源的 7 2 ％集 中 在河南省 。华北聚煤区东缘深部资源潜力巨大， 河北 、 山东 、 江苏、 安徽省深部资源量为浅部资源量 的 2 ～ 4倍 ， 且其 晚石炭一 早二叠世煤系 以中变质程 度的气煤 、 肥煤 、 焦煤和瘦煤为主 ， 具有较高的经济 价值 。东北及华北聚煤 区拥有全 国 1 3个大型亿 吨级煤炭基地中的蒙东 东北 、 鲁西、 两淮、 河南、 冀 中等 5个大型亿吨级煤炭基地。由于近年来的大 规模开采 ， 一些地区 的浅部煤 炭资源 已近枯 竭， 因 此 ， 发挥 中东部老矿井作用， 挖掘深部资源潜力 ， 对 于缓解我国煤炭资源分布不均 ， 解决局部地 区能源 供需矛盾具有重要 的现实意义。在我 国煤炭开采技 术和装备快速发展的背景下 ， 开采强度不断提高 ， 开 采水平也在不断延伸 ， 国内许多大型矿 区的开采或 开拓延伸的深度 目前均 已超过 8 0 0 m， 目前 已有江 苏 、 山东 、 河南 、 河北 、 黑龙江等省多个大型煤矿的采 深超过 1 0 0 0 m 。随着开采深度 的 日益增大 ， 深 部矿井的数量不断增多。未来 1 0年之内， 我 国多地 煤矿将全面进入深部开采 阶段 ， 在深部高地应力 、 高 地温 、 高瓦斯 、 高水压等环境 和高强度开采扰动下 ， 矿井灾害显现越来越频繁 ， 如冲击地压 、 煤与瓦斯突 出 、 矿井突水 、 巷道围岩大变形 、 地热灾害、 自然发火 等 ， 对深部资源 的安 全高效开采造成 了 巨大威胁。 基于此 ， 笔者采用文献调研 、 现场调研和发 函调研相 结合的方式 ， 对 目前我 国深部煤矿开采的现状及灾 害类型进行了调查 、 统计 和分析 ， 这对我国煤矿实施 科学采矿理念 、 保障深部矿井安全生产 、 制定安全科 技发展规划等都具有重要意义。 1 深部矿井数量及产能情况 当前 国内外学者对于深部矿井深度界定 的认识 还不尽一致， 很多学者认为深部矿井 的深度既包含 绝对采深 ， 也是一个 与开采强度 、 开采方法 、 地质构 造等因素紧密相关的相对概念 ] 。为便于收集资 料和分析 ， 本 文的深部矿井特指 开采 深度超 过 8 0 0 m 的矿 井 。 根据本次统计结果 ， 我国 目前采深 已超过和即 将超过 8 0 0 m的深部煤矿集 中分布在华东 、 华北和 4 0 东北地区的江苏 、 河南 、 山东 、 黑龙江 、 吉林 、 辽宁、 安 徽和河北等 8个省。另外在江西 、 湖南和重庆等省 市 也有个别深部生产矿井 ， 共计 1 4 1 个煤矿。在 本次统计的 1 4 1 个深部生产矿井 中， 国有重点煤矿 有 1 1 0个 ， 占7 8 ％。全国主要深部煤矿在不 同开采 深度下的数量分布情况见表 1 。 表 1 全 国主要深部矿 井数量分布情 况 T a b l e 1 Q u a n t i t a t i v e d i s t r i b u t i o n o f ma j o r d e e p c o al m i ne s i n Chi na 由表 1 可知， 目前全 国深部煤矿以山东 、 河南和 河北 3省 占多数 ， 3省深部矿井数量达 到 8 0个 ， 占 全国深部矿井数量的 5 7 ． 9 7 ％。 目前全国煤矿总产能约为 4 0亿 t ， 本次统计的深 部矿井 总 产能 为 2 ． 9 8亿 t ， 占全 国煤矿 总产 能 的 7 ． 4 5 ％。全国煤矿主要深部矿井不同开采深度的产能 分布情况见表 2 。 表 2 全国煤矿主要深部矿井产能分布情况 T a b l e 2 C a p a c i t y d i s t ri b u t i o n o f ma j o r d e e p c o al mi ne s i n Chi na 由表 2可知 ， 全 国深部煤矿产 能集 中分布在安 徽 、 山东 、 河南 和河北 4省 ， 4省深部煤矿产能达到 “ ∞ 卯 9 黔 2 7 m 3 8 5 2 5 0 3 3 m n 0 6 M 苏 南 东 林 宁 徽 北 江 河 山 黝吉 辽安 河 蓝航 等 我 国煤矿深部开采现状及 灾害防治分析 2 0 1 6年第 1 期 2 3 0 4 3万 t ， 占全国深部煤矿产能的 7 7 ． 3 7 ％。 目前我国煤矿矿井正 以 8 ～1 2 m ／ a的平均速度 向深部延伸 ， 中东部地区的延伸速度达到 了 1 0 ～2 5 m／a l 9 J 。已有深部煤 矿的省份 ， 尤其是 山东 、 河南 、 安徽 、 河北等中东部省 区国有重点煤矿 目前 的平均 采深在 6 0 0 m 以上 ， 按照 1 0～ 2 5 m ／ a的延伸速度 ， 将在未来 1 0年内普遍进入深部开采 ， 未来我 国深部 煤矿数量及产能所 占比例越来越大 。 2 深部矿井主要灾害分析 2 ． 1 深部矿井灾害主要影响因素 2 ． 1 ． 1 基本地质力学特性对 灾害的影响 1 高地压。随着矿区开采深度 的增加 ， 原岩应 力和构造应力不断 升高。在采 深 8 0 0 m， 仅重力引 起的垂直原岩应力就达到 2 0 MP a ， 超过了一般工程 岩体的抗压强度。围岩在临近破坏时通常表现出变 形加剧现象 ， 使得冲击地压及煤与瓦斯 突出等动力 灾害的威胁逐渐增大 。随着煤层埋深增大 ， 对于泥 岩 、 页岩等强度低的围岩， 在上覆岩层重力作用下 ， 会产生塑形变形 ； 在浅部呈现 中硬岩变形破坏特征 的工程岩体 ， 进入深部后转化为高应力软岩 ， 表现出 大变形 、 高应力和难支护的软岩特征 。深部岩体 具有的大变形和强流变特性 ， 常导致巷道顶板下沉 和两帮移近明显 ， 底鼓严重 ， 巷道维护十分困难。 2 高地温。随着开采深度 的不断增加 ， 原岩温 度不断升高， 回采与掘进工作面 的高温热 害 日益严 重 。如徐州夹河 、 张双楼 、 三河尖 、 张集等矿工作面 温度超过 3 5 ℃， 严重影响工人的身心健康。一般情 况下 ， 地温随着深度增加呈线性或非线性递增 的趋 势 ； 在调研 中也发现 ， 一些矿井 出现了到达某一深度 后温度突然变化 ， 出现局部异常的现象 ； 由于岩层结 构变化改变 了热流方 向， 导致井 田不同区域温度场 分布差异 ， 如越靠近褶 曲构造轴部地温越高 ； 另外 ， 进人深部开采后 ， 高地温诱发岩体的物理力学性质 也会发生剧烈变化 。据相关资料， 岩体内温度变 化 1 o C可产生 0 ． 4 0 ． 5 MP a地应力变化。深部岩体 在高温环境下出现 了很多的热力学效应 ， 从 而可能 引发深部开采中的许多次生灾害。 3 高水压。随着采深增 加 ， 地下水渗透压力相 应增大 。浅部开采 中， 矿井水主要来 源是第 四系含 水层或地表水通过采动裂隙网络进入采场和巷道 ， 水压小 ， 渗水通道范围大。但随着采深加大 ， 承压水 位高 ， 水头压力增大 ， 在高地应力和水压力长期作用 下 ， 深部巷道围岩变形破坏严重 ， 围岩有效隔水层厚 度降低 ， 加上采掘扰动造成断层裂隙活化 ， 而形成渗 流通道相对集 中， 矿井涌水通道范 围窄 ； 随采深 加大 ， 位于华北煤 田的一些矿 区已开采到石炭系下 部煤层 ， 距离奥陶系灰岩近， 受岩溶水及陷落柱威胁 产生底板突水危险。如河南省义马煤业集 团义安矿 及孟津矿煤层底板承压达 7 ． 5 MP a _ 】 。江苏省徐州 三河尖矿底板奥 陶系石灰岩含水层水压高达 8 ． 3 2 MP a ， 导致 2 0 0 2年发生大型底板突水事故。 4 高瓦斯。随着埋藏深度的增大， 煤层瓦斯压力 多呈静水压力梯度递增。以淮南矿区为例， 开采深度 在 9 0 0 m时测定出的最高瓦斯压力达到 4 ． 5 M P a ， 随 着瓦斯压力增大， 煤吸附的瓦斯量增加 ， 从而使煤层 瓦斯含量增大 ， 瓦斯含量递增 的平均梯度可折算为 1 1 1 3 。 ／ [ t 5 2 - 7 5 m ] 。由于受到深部高应力 的作 用 ， 煤层 内瓦斯气体压缩达到最高峰， 煤岩体 内就会 聚集很多的气体能量。而后在采掘扰动的作用下 ， 压 缩气体剧烈释放 ， 造成工作面或巷道的煤岩层突然被 破坏易导致煤与瓦斯突出。另外 ， 相 比于浅部采 空 区， 深部采空区的瓦斯含量显著增大。 5 低煤岩渗透性 。我 国 8 0 ％以上 的煤层都是 高瓦斯低透气性煤层 ， 大多数煤矿 区瓦斯赋存具有 低渗透压 、 低渗透率 、 低饱和度及非均质性强 的“ 三 低一强” 的特性 ， 在深部高地应力、 高围压条件 下 ， 煤岩层透气性更差 ， 低透气性有利于瓦斯封存 ， 造成瓦斯含量高、 压力增大， 瓦斯抽采难度增加 。在 大采深和高强度开采的背景下 ， 瓦斯涌 出量越来越 大， 瓦斯爆炸和瓦斯突出危险的威胁越来越严重。 2 ． 1 ． 2开采强度对灾害 的影响 近年来 ， 随着煤矿采深的 日益增大 ， 煤矿机械化 程度也在不断提升 ， 集约化开采强度增大 ， 深部条件 下大空间快速推采的开采方法对围岩形成强烈开采 扰动 ， 引起上覆岩层垮落 、 地表大变形沉降。据统 计 ， 采动后的矿山压力一般是采动前原始应力的 2 ～ 6倍。另外 ， 随着推进速度 的加快 ， 使瓦斯压力梯度 增加 ， 在高地应力、 高采动应力和高瓦斯压力梯度的 综合作用下 ， 容易诱发各种灾害。 2 ． 2深部矿井灾害属性分析 对全国 1 3 8个 主要深部煤 矿按煤体 冲击倾 向 性 、 水文地质类型、 瓦斯等级、 矿井热害等级 、 煤 自燃 等级等 5个基本灾害属性进行统计 。其中， 冲击倾 向性等级依据 G B ／ T 2 5 2 1 7 ． 2 2 0 1 0 煤的冲击倾向 性分类及指数的测定方法 划分为 无冲击倾向性、 41 2 0 1 6 年第1 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 4 卷 弱冲击倾斜性 、 强冲击倾向性 3类 ； 水文地质类型按 煤矿防治水规定 划分为 简单、 中等、 复杂、 极复 杂 4类 ； 瓦斯等级按 煤矿瓦斯等级鉴定暂行 办法 划分为 瓦斯矿井 、 高瓦斯矿井 、 突出矿井 3类 ； 矿井 热害等级按 M T ／ T 1 l 3 6 2 0 1 1 矿井降温技术规范 划分为 一级热害矿井 、 二级热害矿井和三级热害矿 井 3 级； 煤自燃等级依据 G B ／ T 2 0 1 0 4 ． 2 2 0 0 6 煤 自燃倾向性色谱吸氧鉴定法 划分为 I 类容易自 燃 、 Ⅱ类 自燃和 Ⅲ类不易 自燃 3类。 1 热害。据不完全统计 ， 我 国已有 1 3 0余 处大 型煤矿的采掘工作面最高气温超过 3 0 C IC， 最高温度 达到 3 7℃， 大幅超过 煤矿安全规程 规定 。矿 井热害不但对井下作业人员的健康造成了严重危 害， 引发机电设备故障， 而且使劳动生产率降低， 增 加 了事故发生率 。在我国东部矿区 ， 较厚的新 生界 松散层形成锅盖效应 ， 地层散热条件差 ， 聚热效应明 显。在本次统计的深部矿井 中， 有一级热害矿井 3 4 个 ， 所 占比例 2 4 ． 6 4 ％； 二级热害矿井 2 6个 ， 所 占比 例 1 8 ． 8 4 ％； 三级热 害矿井 9个 ， 所 占比例 6 ． 5 2 ％。 主要分布在江苏 、 山东 、 黑龙江 、 吉林 、 河南等省。 2 冲击地压。我 国现已成为世界上煤矿冲击地 压危害最严重的国家。随着开采强度和采深 的持续 增加 ， 现有冲击地压矿井 的冲击频率和强度， 以及冲 击地压矿井数量在不断增加 ， 冲击地压矿井分布范围 正 日趋扩大， 而且灾害 13趋严重 。据不完全统计 ， 全国现有冲击地压矿井 1 5 0余个。在本次统计的深 部矿井中， 煤层具有冲击倾向性矿井 5 6 个 ， 所占比例 4 0 ． 5 8 ％， 冲击地压灾害的主要类型按力源分主要有 构造型、 重力型 、 瓦斯参与型冲击地压。冲击地压矿 井主要分布在江苏 、 山东、 黑龙江、 河南等省。 3 瓦斯灾害。千米 以上煤层瓦斯含量 约 占全 国瓦斯总量 的 6 0 ％ 以上 。近年 来 ， 随着 采深 的加 大 ， 不少原来的高瓦斯矿井甚至低瓦斯矿井逐步转 变为突出矿井。在本次统计的深部矿井中， 有高瓦 斯矿井 1 9个 ， 所 占比例 1 3 ． 7 7 ％； 煤与瓦斯突出矿井 6 1 个 ， 所 占比例 4 4 ． 2 0 ％。主要 瓦斯灾害类 型有煤 与瓦斯突出、 瓦斯爆炸 、 瓦斯窒息 、 瓦斯燃烧 、 瓦斯喷 出、 地应力主导 的突 出等。突出矿井 主要分布在河 南、 安徽 、 江苏 、 辽宁等省。 4 突水 。在本次统计的深部矿井 中， 水文地质 条件达到复杂以上的有 3 2个 ， 所 占比例 2 3 ． 1 9 ％； 达 到极复杂的有 4个 ， 所 占比例 2 ． 9 0 ％。突水灾害类 型主要有 顶板 突水 、 底板突水 、 采空区突水。突水 灾害主要 分布在河北 、 河南 、 江苏 、 安徽等省。华北 型煤田石炭一 二叠系下组煤普遍受底部太灰、 奥灰 强岩溶含水层的影响， 矿床水文地质条件复杂， 灰岩 含水层富水性强 ， 底板岩溶水害严重 。 5 自然发火。 自然发火 危险矿井几 乎在所有 矿区都存在 ， 深部开采煤炭 自然发火 问题将 比浅部 更严重 ， 同时， 自然发火容易 引发矿井火灾 、 瓦斯爆 炸事故。在本次统计的深部矿井 中， 自然发火等级 达到 Ⅱ类的矿井有 9 0 个 ， 所 占比例 6 5 ． 2 2 ％， 达到 I 类的有 1 9个 ， 所占比例 1 3 ． 7 7 ％。 6 多灾害并存或复合。在统计的深部 矿井 中， 很多矿井 同时存在 2种 以上的灾害 ， 如江苏三河尖 、 张双楼煤矿热害与冲击地压灾害都很突出， 河南省 平顶山矿区多个煤矿热害和煤 与瓦斯突出共存 ， 山 东省多个煤矿热害和 冲击地压共存 。河南 平顶 山、 辽宁阜新等地煤矿的动力灾害还出现了冲击地压和 煤与瓦斯突出复合的复杂特征 J 。 根据 以上统计结果 ， 具有易 自燃煤层 的矿井数 量最多 ， 占 6 5 ． 2 2 ％， 其 次是煤 与瓦斯 突出矿井 ， 占 4 4 ． 2 0 ％， 煤层具有冲击倾 向性矿井 占 4 0 ． 5 8 ％， 一级 热害矿井和水文地质条件复杂矿井分别 占 2 4 ． 6 4 ％ 和 2 3 ． 1 9 ％。全国主要深部 矿井及其灾 害形式 分布 见表 3 表 3 全 国主要深部 矿井及其灾害形式分布情况 Ta b l e 3 Di s t r i b u t i o n o f ma j o r d e e p mi n e s a n d t h e i r d i s a s t e r s i n Ch i n a 42 蓝航等 我国煤矿深部开采现状及灾害防治分析 2 0 1 6年第 1 期 2 ． 3深部矿井灾害事故分析 对本次统计的深部煤矿在近 5年发生的灾害事 故进行统计分析 ， 结果见表 4 。 表 4 近 5年深部矿 井灾害事故分类统计 Ta b l e 4 Di s a s t e r a c c i d e n o f d e e p m i n e s i n r e c e n t 5 y e a r s 由表 4可知 ， 瓦斯灾 害事故 包括煤与瓦斯 突 出、 瓦斯爆炸和瓦斯窒息 共发生 1 2起 ， 占 3 0 ． 7 7 ％， 死亡 1 2 1 人 ， 占 6 5 ． 4 0 ％， 平均死亡 l 0人／ 起 ， 说明瓦 斯灾害事故仍是深部矿井的第一大“ 杀手” 。顶板 灾害虽然死亡人数较多， 但死亡人数最低， 平均 1 ． 6 人／ 起 。冲击地压灾 害事故起数和死亡人数都 占较 大 比例 ， 平均死亡 4 ． 4人／ 起 。 多灾害复合是深部矿井的一个新特征 ， 统计 的 灾害事故中， 有 3起事故属 于复合型灾害 ， 分别是 阜新五龙矿 “ 11 2 ” 瓦斯参 与 的较 大冲击地 压事 故 ， 死亡 8人 ； 阜新恒大公 司“ 1 1 2 6 ” 矿震 冲击地 压 引起 的重大瓦斯爆 炸事故 ， 死亡 2 8人 ； 吉林八 宝煤矿“ 3 2 9 ” 采空区煤炭 自燃引发 的特别重大瓦 斯爆炸事故 ， 死亡 3 6人。复合型灾害事故程度通 常 比单一型灾害程度更高 ， 容易造成重大人员伤亡 。 3 深部矿井灾害防治技术及装备分析 1 地热灾害。地 热灾害防治 已成 为我 国深部 煤矿开采过程 中亟待解决的重大难题之一 。调研中 发现 目前我国千米 以下深井多数靠通风散热 ， 效果 较差 ； 千米 以上深井采用的人工空调设备效果较好 ， 但设备及运行费用高昂， 企业负担重。我国煤矿高 温热害防治技术的相关研究起步较晚 ， 在一些关键 技术及核心装备上尚属 空 白， 深部矿井地热灾害防 治技术及装备亟待大力开发。 2 瓦斯灾害 。近年来随着我 国煤矿安全投 入 的不断增加 ， 以“ 区域 防突措施先行 ， 局部防突措施 补充 、 不掘突出头 、 不采突出面” 为核心 的区域瓦斯 治理工作体系逐渐建立完善 ， 瓦斯治理水平得 到了 大幅提升 ， 突出事故持续下降 ， 煤矿安全生产形势明 显好转_ 2 。调研 中发现具备保护层开采条件 的 煤矿 防突效果很好 。由于深部开采条件下瓦斯灾害 影响因素更加复杂 ， 瓦斯灾害防治不容忽视。深部 矿井瓦斯灾害防治技术水平仍需提高 ， 尤其 是瓦斯 预测技术 。 3 冲击地压 。我 国冲击地压灾 害事故在近年 来有大幅上升 ， 目前对冲击地压机理 的认识不清导 致一些条件复杂矿井 的冲击地压 防治效果十分有 限。在冲击地压监测方面， 虽然 目前已有多种监测 手段 ， 但缺乏多参量联合预警方法 ， 难 以做到较准确 的冲击地压预警预报。预警技术水平低也是造成 目 前我国煤矿冲击地压防治困难的重要原因。对于深 部煤矿 ， 冲击地压开始和煤与瓦斯突出发生联系 ， 防 治难度更大， 冲击地压防治技术及装备急需加大力 度开展攻关研究 。 4 突水灾害。目前我国深部矿井主要受 2种 类型水害威胁 巨厚岩层多煤层 开采顶板突水和底 板奥灰突水 。巨厚岩层多煤层开采条件在我国煤矿 分布较多 ， 一些煤矿进入深部开采后 曾发生过该类 型的突水灾害。华北型煤 田下组煤开采主要受底板 奥灰突水威胁 ， 该类型突水通常都是 由于集中导水 通道引起 的， 尤其是一些隐伏 的小断层或陷落柱导 致底板岩层破碎和隔水性能减弱从而导通奥灰水。 深降强排疏水工程投资大 、 成本高 、 地下水位大幅度 下降对地面 和环境破 坏大。带压 开采成本相对较 低 ， 对环境造成 的危 害小 ， 但带压 开采安全 系数较 低 ， 特别是在深部水文地质条件复杂 、 受深部底板奥 灰承压水压较高的条 件下 。深部煤矿水文地质 条件探查技术水平亟需进一步提高。 5 自 然发火。近年来， 随着我国煤矿开采、 通 风和运输等装备技术水平的不断提高 ， 一次采全高 的综放和综采工艺不断推广 ， 巷道系统简化 ， 新型通 风机大量使用 ， 实现 了低负压大风量通风， 漏风率减 小 ， 综掘工艺和锚 网梁索支护工艺大量应用 ， 有效防 治了煤层自然发火。但由于深部开采条件自然发火 与高地温联 系起来 ， 自然发火防治难度更大 ] 。另 外 ， 在一些 同时受煤 层 自燃和冲击地压或煤与瓦斯 突出威胁矿井 ， 冲击 地压 和煤与瓦斯突出防治对工 作面推进速度要求较快 ， 对 自然发火防治产生负面 影响。深部煤层自然发火防治技术及装备研发还需 要深入研究 ， 尤其是煤炭 自燃实时监测技术需要大 力研发 引。 总体来说 ， 在多年煤矿灾害防治现场实践 的基 43 2 0 1 6 年第1 期 煤 炭 科 学 技 术 第4 4 卷 础上 ， 我国现有煤矿灾害防治技术及装备水平基本 能够满足深部矿井安全生产 的需要 ， 但仍需针对一 些关键理论和技术问题进行科技攻关 ， 进一步提高 深部矿井的安全技术水平。开展深部矿井无人化 、 智能化开采技术及装备研究 ， 大 幅减少井下采掘一 线人员 ， 提升 自动化水平既是深部开采 的发展方 向， 也是提高深部矿井安全保障能力的途径。 4 深部开采面临的困难及问题 深部煤岩体 以其特殊 的地质力学环境 ， 在矿井 高强度开采的扰动下和深部地质构造低探测精度的 背景下 ， 矿井灾害显现 日趋频繁 ， 灾害防治的难度很 大， 主要体现在以下方面。 1 多种灾害相互联系， 复合型灾害的破坏性更 大。随着煤矿开采深度 的增加 ， 瓦斯涌出量增大 ， 瓦 斯灾害 日趋严重 ； 同时地应 力增加 ， 煤岩破碎量增 大， 地温升高， 煤 自燃灾害也越发凸显。矿震与瓦斯 爆炸 、 冲击地压与煤与瓦斯突出、 煤 自燃与瓦斯灾害 共生等复合型灾害开始逐渐显现 ， 复合型灾害的发 生 门槛 可 能更 低 ， 灾 害 程 度通 常 比单 一 灾 害 更 大l 2 。目前对冲击地压和煤与瓦斯突出、 瓦斯与煤 自燃共存 、 地热与水害共存 的复合灾害机理研究及 综合 防治技术研究还很缺乏 ， 复合灾害的综合 防治 是一系列重大技术难题 。 2 多种灾害防治相互制约 ， 影 响防治效果。在 深部开采条件下 ， 各种灾害相互联系和影响， 针对不 同灾害采取的防治手段 ， 常顾此失彼。如冲击地压 防治要求推进速度慢 ， 防采空 区 自然发火要求推进 速度快 ， 在易 自燃且具有 冲击地压危险煤层 ， 合理的 推进速度确定是一个难题。防冲击地压采取的爆破 卸压工程通常在巷道 围岩一定深度进行 ， 爆破产生 的应力波常对巷道支护造成一定影 响， 在围岩条件 较差的矿井 ， 冲击地压防治与巷道支护常存在矛盾 ， 成为困扰现场工程技术人员的难题。在高瓦斯煤层 进行瓦斯抽采后 ， 煤层中的瓦斯压力下降， 瓦斯含量 随之降低 ， 增加 了煤与空气接触 的机会 ， 加大 了煤 自 燃 的概率。 3 深部矿井 隐蔽致灾 因素 的勘探精度难 以满 足现场需求。随着浅部煤炭资源 的减少 ， 煤炭资源 勘探深度加大 ， 一些地 面物探 的分辨率 明显降低或 不再具备勘探条件 ， 针对深部更复杂地质情况 的勘 探难度越来越大[ 2 。 目前我 国深 部矿井集 中分 布的中东部矿 区煤层 在形 成时期受到 印度 支那运 4 4 动 、 燕山运动 、 喜 马拉雅运动 以及新 构造运动 的影 响， 煤层赋存 的地质条件 极为复杂 ， 煤层倾角变 化 大， 褶皱断层多。在断层 、 褶曲、 陷落柱 、 煤厚及倾角 变化带等区域由于受到深部采掘活动影响引起的煤 岩应力再分配容易诱 发冲击地压 、 瓦斯突 出、 突水 、 冒顶等灾害。对深部地质构造的探测技术水平还难 以满足现场需求 。 4 深部矿井灾害防治技术及装 备投入 巨大 ， 防 治成本高。深部矿井灾 害频发 ， 尤其是多种灾 害共 生 ， 对防治技术及装备 的需求更高 ， 造成防治成本高 昂。 目前我 国深部热 害严重矿井很 多采用进 口系 统 ， 制冷主机和很多配件都需要从 国外进 口， 价格昂 贵 ， 而且运行费用过高 。冲击地压和煤与瓦斯 突出 防治需要投入 大量人力物力财力购置灾 害监测设 备， 用以瓦斯抽采和卸压解危工程， 造成防治成本居 高不下 。很多矿井多种灾害并存 ， 安全形势严峻 ， 安 全投入与经济效益的矛盾十分突出。 5结论及建议 1 我国煤矿深部矿井 目前集 中分布在江苏 、 河 南 、 山东 、 黑龙江 、 吉林 、 辽宁、 安徽和河北等 8 个省 。 全国深部矿井总产能为 2 ． 9 8亿 t ， 占全 国矿井总产 能的 7 ． 4 5 ％。山东 、 河南 、 安徽和河北等中东部省 区 国有重点煤矿将在未来 1 0年 内普遍进入深部开采。 2 挖掘深部资源潜力 ， 对 于缓解我国煤炭资源 分布不均 、 解决局部地区能源供需矛盾具有重要 的 现实意义 ， 加强深部煤炭资源开发是保障我 国能源 安全的必然战略选择 ， 深部开采势在必行