矿井深部开采技术优化的探究.pdf

2 0 1 5年第 2期 总第 1 1 3期 缸 i j I- 三 ； 幸 毒 E N E R G Y A N D E N E R G Y C 0 N S E R V A T I O N 2 0 1 5 年 2月 矿井深部开采技术优化的探究 殷 军 练 l ，。 1 ． 太原理．7 - 大学矿业工程学院，山西 太原 0 3 0 0 2 4 ； 2 ． 煤炭工业太原设计研究院，山西 太原 0 3 0 0 0 1 摘要 首先对深井开采的现状与中国深井开采深度的划分进行 了介绍，随后总结了中国深井开采 中常见到的各种问 题，就如何更好地进行深部开采提出几点技术上的见解。 关键词 煤炭；矿井；深部开采；开采技术；优化 中图分类号 T D 3 2 7 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 0 8 0 2 一 2 0 1 5 0 2 0 1 7 7 0 3 On t h e Opt i mi z a t i o n o f De e p M i ni ng Te c hn o l o g y o f M i n e s YI N J u n l i a n ’ ，0 f 1 ． Coll e g e o f Mi n i n g En g i n e e r n g ， T a i y u a n Un iv e r s i t y o f Te c h n olo g y ， T a i y u an 0 3 0 0 2 4， Sh a n x i ， Ch i n a ；2 ． T aiy u a n De s i g n R e s e a r c h I n s t i t u t e f o r Co a l I n d u s t r y ， T a iy u a n 0 3 0 0 0 1 ， S h a n x i ， Ch in a Ab s t r a c t T h e p r e s e n t s i t u a t i o n o f d e e p mi n i n g a n d t h e d i v i s i o n o f t h e d e p t h o f d e e p mi n i n g i n C h i n a w e r e i n t r o d u c e d ，t h e n t h e c o mmo n p r o b l e ms i n d e e p mi n i n g i n C h i n a we r e s u mma r i z e d ， a n d s o me t e c h n i c a l o p i n i o n o n h o w t o c a r r y o u t d e e p mi n i n g b e t t e r ． Ke y wo r d s c o a l ； mi n e ； d e e p mi n i n g ； mi n i n g t e c h n o l o g y ； o p t i mi z a t i o n 0 引言 依据相关调查数据显示，中国煤炭总储量的7 0 ％ 埋藏在1 0 0 0 m 以下的深部地层中，随着近些年煤炭 需求的不断增多，浅部煤炭资源正 日益枯竭，在东部 等传统煤炭产 区，煤层开采深度正以每年2 0 0 IT I 左右 的速度激增 ，预计到2 0 2 0 年 中国大多数矿井开采深度 均将超过 1 0 0 0 m。而随着开采深度的增加 ，地质条 件的复杂性也不断提升，这使得原本适用于浅部开采 的各种技术不再具有良好的适用性，是以增强对深井 开采技术的探究，为中国煤炭产业的发展添加动力是 十分必要的【 l 1 。 1 深井开采相关内容概述 1 ． 1 深井开采现状 随着煤炭开采的不断进行 ，埋藏较浅的煤炭资源 已逐渐开采殆尽 。进行深部煤炭资源 的开采 已成为当 前世界各大煤炭开采 国家所面对的问题之一 。诸多老 牌采煤国均已建成诸多深部开采矿井 ， 譬如英国矿井 平均采深 达7 0 0 I n 以上 ；德 国矿井平均采深近千米 ， 收稿 日期 2 0 1 4 1 1 - 1 3 作者简介殷军练，1 9 8 0 年生，男，陕西乾县人，2 0 0 4 年毕业 于西安科技大学采矿工程专业，太原理工大学在读工程硕士， 工程 师。 最深 已达到1 8 0 0 1 7 1 以上 ；波兰矿井采深平均亦在7 0 0 m以上 ；苏联亦有诸 多采深达 1 0 0 0 m以上的矿井 。 而在中国随着近1 0 a 来社会经济的大步向前，煤炭需 求量不断激增，全国各地许多大型煤炭企业为满足国 家建设需求均已转向或正在转向深部煤炭资源的开 采 。据不完全统计 ，中国采深7 0 0 m以上 的矿井 已近 百个 ，深部开采 已成为中国乃至世界煤炭行业发展的 必然之路 ，探究深井开采 中的问题 ，促进深井开采技 术的优化升级是煤炭行业未来的重点之一圜 。 1 ． 2 深井开采的划分 世界各 国对深部矿井的划分各不相同 ，德国将采 深 8 0 0 m 1 2 0 0 m范围 内的开采定义 为深部开采 ， 采深大于1 2 0 0 m的为超深部矿井。波兰和英 国将7 5 0 m作为矿井浅部开采与深部开采 的分界线。 日本则以 6 0 0 m 作为深部开采的起点。而在中国并未对深部开 采 的界定进行 明确划分 ，依据相关资料和生产习惯矿 井开采深度可划分为4 类 ，具体划分见表1 。 表 1 矿 井开 采深度分类表 矿井类型 浅部矿井 中深部矿井 深部矿井 超深部矿井 4 0 0m～ 8 0 0m～ 大于 采深 小于 4 0 0 m 8 00 m 1 2 0 0 m 1 20 0 m 2 矿井深部开采中的主要问题 2 ． 1 冲击地压显著增强煤岩破坏加剧 矿井中冲击地压的发生其深度多在2 0 0 m 1 0 0 0 1 7 7 2 0 1 5 年 第2 期 缸源 祛 in ，伴随着开采深度的不断增加，煤层与周围岩体的 压力均会不断增加，其发生冲击地压的可能亦会大幅 提升。近年来随着中国煤炭需求的大幅提升，深部开 采的矿井数量亦不断增多。据相关数据统计，2 O 世纪 5 0 年代中国矿井冲击地压的发生次数仅为7 次，但现 在已增长为近百个，与此同时冲击地压的强度与危害 性亦随着采深的增加不断提升。 2 ． 2 煤与瓦斯突出危险高 中国一直以来是煤与瓦斯突出灾害最为严重 的国 家之一。相关数据显示中国已发生的煤与瓦斯突出事 故已达数万次，占据全球总量的1 ／ 3 。依据开采实践研 究 ，随着开采深度 的增加 ，不仅煤层瓦斯含量大幅提 升，瓦斯所受压力亦会提升，受到采动干扰时发生煤 与瓦斯突出的可能性极高，这是制约深部开采发展的 关键要点之一。 2 _ 3 矿压显现增强巷道维护不易 在深部开采中巷道开掘后 ，在高应力干扰下 ，矿 压显现增强致使巷道围岩的错移不断加剧 ，巷道多会 产生严重变形与破坏 。据统计 ，在7 0 0 m以上 的深部 开采中矿压是最为普遍的问题之一，巷道的底鼓现象 不断增 多 ，巷道 的失修 比例亦大 幅提升 。在 深度达 l 0 0 0 m 的巷道中其失修率为埋深5 0 0 m的同条件下 巷道的十几倍，巷道施工中前掘后修、多次返修的现 象极为普遍 。 2 ． 4 矿井热害严重 深部开采中的热害问题一直是困扰所有进行深部 开采的国家的问题 。随着深部的增加 ，温度会获得显 著提升 ，在德 国有些深井工作面中温度有时可高达近 6 0 。 ，炎热的高温极易导致工人过度疲劳 ，诱发各类 疾病，使得矿井生产的安全性大幅降低，严重的甚至 致使矿山生产终止 。而在 中国 ，受限于施工技术 的有 限及资金 的不足 ，深井热害的治理多仅依靠通风与洒 水 ，不仅方式落后且效果不佳 ，极大地制约了矿井深 部开采 的发展。 3 改善深部开采技术的优化措施 3 ． 1 深部开采冲击地压限制措施 a 对冲击地压进行全方位 的监控 ，增 强预测工 作，并及时上报，使用矿压监测方法及地音检测技术 对冲击地压来临时间进行把控；使用向岩层深部打钻 孔进行分析和估算 冲击地压发生的位置范围 ；利用微 震监测方法 ，对冲击地压 的各个参数进行记录，采用 多种方法对冲击地压综合预测 ； b 根据现场经验分析，煤岩体产生应力集中会容 易导致冲击地压的发生，所以应合理对工作面进行布 置，对采煤工艺各个工序进行规划，制定合理的采煤 顺序 ，避免高应力集 中区的出现。工作 面推进过程中 1 78 采用相向开采 ，避免煤柱遗留产生孤岛 ，随着采煤技 术和理论的不断发展，采用无煤柱护巷技术较多，而 且效果很好 ； 还可使巷道不挨着煤层布置， 在较稳定的 岩层或直接布置在采空区里 ，巷道之间距离合理布置 ， 使得相互之问不受影响，不会产生应力叠加的威胁； c 1对高应力 区可采取一定 的卸压措施 ，采用 向高 应力区打钻孑 L 进行深孔爆破的方式来卸压，钻孑 L 深度 约1 0 m左右 ，孔径在 1 0 0 m m之间 ；也可 以借助钻孑 L 技术 向煤层或者顶板 中注水 ，以达到使煤体或顶板发 生裂隙，来避免集中应力的分布状态，在开采前一段 时间对煤层或岩层进行软化处理 ，钻孔深度约4 0 n l 左 右 ，进行多个时间和多种阶段注水 ； d 防止冲击地压对支护方式的要求也很高，现今 的支护方式主要是主动支护和让压支护，它们的优点 是不仅提前有预紧力的作用，而且在冲击地压发生 时，可以允许一定的变形使得压力降低，进而保护了 顶板 。例如为了保护顺槽 ，建立一个抗压范围 ，使用 锚网联合支护 ，形成矿压圈抵抗冲击地压 ；遇到断层 等构造 ，岩层起伏 较大 ，还可采用可缩量 的支护方 式 ，对应力进行缓解[3 】 。 3 ． 2 煤与瓦斯的突出防治 秉承 “ 区域措施先行 ，局部措施补充”的基本原 则 ，在进行保护层开采的同时对其进行瓦斯抽采 ，若 无保护层则需要进行瓦斯的预抽采；合理有效应用松 动爆破 、水力疏松 、超前钻孔排放等手段进行局部防 突；使用可有效液化或稀释瓦斯的化学制品，将其提 前注入煤层 、降低煤层 中瓦斯含量 ，弱化 突出威胁 ； 注重超前预测 ，采用先进 的预测装置对危险性进行预 测；结合 自身特点进行瓦斯突出机理与条件的预测 ， 采取针对性防突措施。 3 ． 3 围岩的控制 仅仅依靠增加煤柱宽度是难以确保深部巷道稳定 的，在深部开采中首先应对巷道整体布局进行合理规 划 ，将巷道布置在强度较高的煤层底板或采空 区下 ， 确保巷道开掘能够避开应力的集中区域；改变传统的 开采工艺，避免孤岛煤柱与相向回采的发生。此外对 巷道的设计进行优化升级 ，增大巷道断面面积的同时 其形状的选择应符合实际应力分布 ，以马蹄形 、半 圆 拱形、扁椭 圆形 、圆形为佳 。最后对巷道应采取以树 脂锚杆为核心的锚喷网支护技术 ，采用超高强度的锚 杆并对巷道两侧帮壁及底板进行注浆支护 ，提升两帮 及底角 围岩的强度力 ；增设临时支护 ，及时对 围岩进 行封闭，避免 冒顶与风化的发生 ，并待充分泄压后进 行及时的二次支护网 。 3 ． 4 地热的治理 a 传统降温技术。在传统通风与洒水降温的同时 增加人工机械降温，并对巷道进行隔热板材的铺设以 2 0 1 5年第 2期 殷军练 矿井深部开采技术优化的探究 2 0 1 5年 2月 隔绝高温围岩。此外增强对工人的个体防护，为其配 置专门的冷却工作服；以暗水沟排放热水，隔绝管道 热媒 ；向煤层提前注水使其降温，实现围岩温度的有 效降低 ；b 现代降温技术。引进先进的深井H E M S 降 温系统将矿井涌水的冷量同工作面高温空气进行换热 以实现工作面温度的降低；采用空气压缩制冷技术 ， 借由压缩空气膨胀的吸热降低周边空气温度。此外还 可使用热管降温技术、瓦斯发电制冷技术等手段实现 地热的有效治理 。 4 结语 根据地质勘探显示 ，中国煤炭 总储量的7 0 ％以上 均埋藏在千米以上的地下。近年来随着煤炭需求的不 断提升，煤炭浅部储量已日渐枯竭 ，深部开采已成为 煤炭产业发展的必由之路。但深部开采中矿压 、瓦 斯、地热等灾害的不断增多，对矿山的正常运营造成 了极大阻碍 。积极探索深井开采中不 同问题的技术优 化措施 ，对于促进煤炭企业长久可持续发展和煤炭资 源的经济、有效开发意义重大。 参考文献 [ 1 ] 张俊杰． 深部开采优化开采技术的探讨[ J ] ． 矿山压力与顶板 管理， 2 0 0 5 3 7 4 7 9 ． [ 2 ] 赵辉． 矿井深部开采面临的主要问题及对策[ J ] ． 煤炭工 程． 2 0 1 0 7 1 1 - 1 3 ． [ 3 ] 刘锡明． 浅谈煤矿 高温热 害防治技术[ J ] ． 煤 ， 2 0 0 9 ， 8 1 3 3 5 3 9 ． [ 4 ] 王小卫， 高谦． 金川二矿区深部开采的关键技术问题与研 究思路[ J ] _ 采矿技术， 2 0 0 2 ， 2 2 1 2 1 4 ． 责任编辑刘倩倩 o●0●o●0●o●o●o●0●o●o●o●o●o●o●o● ●o●o●々●o●o●o●●o●●o●o●o●●o●●●o●o●0●o● ●o●o●0●0●o●o●o●●●●● 上接 1 7 6页 压力传感器 医力信号 4 mA 2 0 mA 变频器运行信号 变频器停止信号 变频器上限 频率信号 变频器下限 频率信号 图 2 变频 调速恒压供水 系统的控制原理图 水 泵 的运行 。 上述的切泵过程一方面有效避免 了水泵 因频繁启 停而产生的老损 ，另一方面 ，由于系统中的实际管 网 在对水压的变化做出相应的反应之前，变频器的迅速 调节也为水压的合理过度提供了高效保障，进而避免 了煤矿地面用户短时间停水情况的发生。 3 结语 通过对P L C 变频调速恒压供水系统的概念和原理 进行分析，进而从系统结构、设计规范及控制原理等 方面对P L C 变频调速恒压供水系统在煤矿地面供水系 统 中的应用展 开了深入探讨 。可见 ，未来加强P L C 变 频调速恒压供水系统的研究和应用力度，对于提高供 水系统的运行效率、降低能耗及保障人们生产、生活 用水质量具有重要的历史作用和现实意义。 参考文献 [ 1 ] 吴学娟． 基于F P C 的变频调速恒压供水系统的研究[ D] ． 芜 湖 安徽工程大学， 2 0 1 2 ． [ 2 ] 黄雪东． 基于P L C 的变频调速恒压供水系统研究[ J ] ． 科技创 业家 。 2 0 1 4 1 5 5 ． [ 3 ] 王煜． 变频调速设备在石油4 ． -r - 企业供水系统中的应用[ J ] ． 科技视界 ， 2 0 1 4 2 5 1 7 ． [ 4 ] 冯亚军． 变频调速在高层建筑供水系统中的应用分析[ J ] ． 科 技致富向导， 2 0 1 3 2 0 1 1 6 5 ． [ 5 ] 高孟博． 基于变频恒压供水系统的设计与实现[ D] ． 成都 电 子科技大学， 2 0 1 3 ． 责任编辑 季鑫 妇 能源知识珞 芥恭恭芥恭 聚煤盆地资源潜力最大的类型 聚煤盆地 的总体特征与 大地构造背景 密切相关 ， 因此常以盆地的大地构造性质为成因分类的基础。资 源潜力最大的聚煤盆地类型是 a 地 台内拗陷盆地。也称克拉通 内盆地 ，如 中国 的华北石炭一 二叠纪盆地， 大同侏 罗纪盆地 ，美国的密 执 安 和伊 利诺 伊石 炭 纪盆地 ； b 前陆盆地。此种盆地分布于造山带和大陆地块 之间，世界上许 多特大型煤盆地如 阿伯拉 契亚石炭纪 盆地、连斯克白垩纪盆地等属于此类； c 裂陷槽盆地。此种盆地分布 于大陆地块边缘 ， 与造 山带斜交，如 苏联的顿涅茨盆地 d 断陷盆地和裂谷 。断陷盆地 面积并不很 大，但 常有巨厚煤层发育，盆地又常成群出 现，如中国东北 部阜新和霍林河中生代煤盆地。裂谷是大型的复式断陷， 德国下莱茵煤盆地即莱茵第三纪裂谷 系的组成部分。 1 7 9