鸡西市煤炭开采的若干技术问题与治理.pdf

第9卷 第，期 2 0 0 9年 8月 鸡 西 大 学 学 报 J 0URNAL O F J I XI UN I VER S I TY V0 l _ 9 No ． 4 Au g ． 2 0 0 9 文章编号 1 6 7 2 6 7 5 8 2 0 0 9 0 4 0 0 6 1 2 鸡西市煤炭 开采 的若干技术 问题 李俊平 与治 理 -J J 口垤 摘要 鸡西是个 因煤 而立 、 因煤而兴的地市 ， 经历 了 1 04 年的煤炭开采历 史， 目前 已经开始进入 1 0 0 0 n l 的深部开采。鸡西地 下采空 区纵横 交错 、 四通八达 。透 水、 地下煤层防灭 火、 深部 开采 问题 、 大倾 角采煤 已经 成为 困扰鸡西煤炭开采的技 术问题 。 关键 词 透水 ； 地 下煤层 防灭火； 深部 开采 ； 大倾角采煤 中图分类号 T D 8 2 文献标识码 A 煤炭产业是鸡西市经济建设和发展 的重要支柱。 2 0 0 4年煤炭经济 占全市 G D P的 5 6 ％， 占全市总税收的 5 3 ％。2 0 0 5 、 2 0 0 6年煤炭经济占全市总税收的比重都超 过了4 6 ％。2 0 0 7 、 2 0 0 8年， 由于地方小煤矿发生瓦斯爆 炸、 透水和煤层燃烧等事故 ， 煤炭经济占全市总税收的比 重有所下降， 但是仍然 占3 5 ％左右。 由于瓦斯爆炸等事故引起大区地下煤层着火和透 水， 严重恶化了鸡西地区煤矿的安全生产形势。目前 ， 鸡 西市已经开始进入 1 0 0 0 m的深部开采， 透水 、 地下煤层 防灭火、 深部开采、 大倾角采煤等问题已经成为困扰鸡西 煤炭开采的技术问题。本文将结合现有技术， 分别探讨 治理上述问题 的措施 。 一 透水 2 0 0 5年以来， 鸡西地方煤矿共发生各类透水事故 5 起 ， 未遂事故 1 起 ， 死亡 4 1人。其中十人以上大事故 3 起。这些事故大多发生在 3 4月的冰雪融化季节或 7 8月份的暴雨季节， 主要分布在鸡东县兴农地区和麻山 区猴石地 区。这两处 的共 同特点是 四周环 山， 中间是 一 块洼陷小盆地， 小煤矿分布在盆地里。 鸡西历史上曾经有小煤 矿 2 0 0 0处。经过 2 0 0 2 2 0 0 3年的集中治理整顿和关闭， 小煤矿数量下降到 3 3 2 处。2 0 0 4年， 又考虑五统一井等历史遗留问题和其他原 因， 小煤矿数量又逐步分别反弹到 3 8 7处、 4 3 2处、 5 1 4 处， 到 2 0 0 6年底又达到近 6 0 0处。尽管 目前小煤矿又被 治理整顿到近3 0 0处， 但是， 由于历史关井过程中未仔细 核查井下坑道， 也未及时上图， 四通八达的地下老坑洞分 布不清。另外 ， 现在开采的小煤矿， 基本都没有仔细调查 和回填压实历史开采引起的地表裂缝和塌陷坑。在冰雪 消融季节或暴雨季节， 融化水或雨水多沿地表裂缝、 塌陷 坑等灌入老坑洞或结构面， 极易造成透水事故。 为了预防透水事故， 在矿山开采过程中， 每到雨季来 临之前和降雪开始之前， 都要仔细勘察矿区地表开裂、 塌 陷情况， 并及时回填压实或者松动压实开裂、 塌陷和废气 斜井等通透地表的建构筑物。回填粘土或者松动粘土的 厚度要达到 2 m。尤其在盆地建矿， 更应该及时调查并回 填压实矿区的地表开裂、 塌陷区和废气井坑。在盆地采 煤， 还应该围绕山脚修筑截洪排水沟， 及时疏导地面降雨 和融化的雪水。 为了降低探水成本， 对不清晰的积水结构面和老坑 洞， 应该在地表或采坑中应用地质雷达、 红外线 、 超声波 等地质勘察手段， 圈定可疑地区。按照 目前的技术手段 ， 勘探深度可以达 到 1 5 02 0 0 m， 勘探 准确 率可以达到 7 0 ％ ， 可以排除 7 0 ％ 一8 0 ％的非可疑含水地区。对可疑 的含水地 区 ， 在开采和掘进过程 中 ， 应用 5 0 9 0 m的简易 深孔钻机 ， 先探后采掘。 为了确保万无一失 ， 在可疑的掘进坑道， 还应该修筑 防水闸门。万一透水， 人可以躲过并关闭闸门。在小煤 矿的2 ． 3 m2 ． 0 m巷道断面里， 建筑一个带锰铜弹簧的 防水闸门， 成本不超过 1万元 。目前在鸡西小煤矿， 还未见有矿井构筑防水闸门。 二地下煤层防灭火 经历百年大矿开采历史， 加上过去 2 0 0 0多个小煤矿 的不规则开采， 而且过去都没有严格处理采空区， 一般采 用砌筑密闭墙密闭老采空区。随着开采地压的变化， 密 闭墙多发生倒塌、 开裂 ， 因此， 自然冒落没有严格接顶、 压 实的老采空区通过开裂、 裂缝 、 坑道和新的没有冒落的采 空区、 巷道、 工作面相连通。 在大面积采空区范围内， 一旦某点发生煤尘爆炸、 瓦 斯燃烧或爆炸、 煤层火灾， C O、 瓦斯 C H 4 等有害气体将 迅速弥漫到连通采煤作业面 ， 火势也将迅速蔓延到连通 空间。由于连通采空区的面积巨大， 高达几十万、 甚至上 亿 m ， 一般通过区域内的立井 、 斜井 、 报废井筒或沉陷区 裂缝、 地表塌陷等多处与地面大气相通 ， 发生事故后， 临 时寻找连通点 ， 砌筑密闭， 不仅危险、 困难 ， 灭火工作一般 也不可 能成功 。 由于采空区连通性、 透气性强， 采用注惰性气体等工 艺灭火， 实践证明， 不仅不经济， 也不可能成功。采用通 风或抽排工艺， 不仅难以排出有害气体， 而且很可能引燃 煤层并导致火势加速蔓延。因此 ， 大面积采空区区域内 一 旦某点发生煤尘、 瓦斯或火灾事故 ， 必然导致大面积停 产， 甚至大量作业面报废， 煤炭资源大量损失。 为了预防大面积采空区范围内某点发生的煤尘 、 瓦 斯或火灾事故蔓延， 避免一点发生事故而影响整个区域， 可以采取控制爆破切槽放顶处理采空区的技术与胶体防 灭火密封技术有效结合、 融为一体的方法。通过控制爆 破切槽放顶筑坝和胶体密封 ， 将大面积采空区有效分隔、 密封成几千 、 甚至几万 m 2的独立、 不透气小空间， 既可以 减缓采空区地表沉陷， 避免突然塌陷的冲击地压， 也可以 降低某点发生煤尘、 瓦斯或火灾事故的处理难度， 并避免 灾害蔓延。但是， 控制爆破切槽放顶筑坝和胶体密封的 下列问题还需要继续研究 1 控制爆破切槽放顶堆筑的 松石坝的气密性； 2 何种密封胶体与砂岩、 灰岩等软岩 作者简 介 李俊平 ， 博士后 ， 教授 ， 鸡西大学 ， 黑龙江 鸡西。邮政编码 1 5 8 1 0 0 6l 第4期 鸡西 大 学学 报 2 0 0 9卑 的亲和性最好 、 密封性 能最持久 ； 3 为 了尽量减少 密封 胶体的使用量， 怎样控制爆破参数， 从而适当控制筑坝岩 石的块度， 确保放顶堆筑的松石坝的气密性； 4 如何注浆 密封； 5 最终松石隔离坝的气密性检验方法研究； 6 在大 面积采空 区中施工 时， 如何防范瓦斯 、 顶板事故 。 三深部开 采问题 鸡西 矿业 集 团东海 煤矿 已经 进入 1 0 0 0 m 的深 井开 采 。 目前 ， 已经出现巷道周 边松 动圈加大 ， 局部 达到 6 7 m； 地压增 大 ， 岩层变软 ； 巷道变形量 加大 ， 局部达到 2 3 m， 甚 至 45 m； 巷 道垮 塌 严重 ， 成 巷 成本 明显 上升 ， 4 ． 5 m2 ． 5～3 ． O m 巷道 断 面每 米 成巷 成 本 突破 5 0 0 0元 ； 突水与涌水趋于严重； 地温明显升高， 工作面温度冬 季突破 3 0 0 C ， 夏天突破 4 2 0 C； 瓦斯涌出量增大 ， 通风难度 加大 。 硬岩矿山， 国外最大采深达 3 7 0 0 m， 最大开拓深度达 4 5 0 0 m， 国内最大采深达 1 3 0 0 m， 最大开拓深度达 1 5 7 1 m。 在软岩矿 山， 国内煤矿最大采深达 1 1 9 7 m， 预计在未来 2 O 年我国很多煤矿将进入到 1 0 0 0～1 5 0 0 m的深度， 目前开 采深度超过 1 0 0 0 m的煤矿只有 4 7处， 约占国有煤矿的 5％ 。 进入深部开采后， 岩石特性显著变化， 矿山地压显著 加大 ， 煤矿软岩的流变特征明显变化。深部岩体的脆一 延转化 ， 深部岩石的流变特性 ， 深部岩石的扩容性质， 深 部岩石的强度和破坏特征 ， 深部岩石的破碎诱导机理， 深 部开采的高地温、 高地压和高岩溶水压， 高地压下的采矿 扰动， 深部开采的通风问题、 防突问题 、 瓦斯抽排问题等， 都是我国亟待研究的科学问题。以前掌握的岩石的变形 规律、 支护特性、 突出机理、 矿压显现特征、 瓦斯涌出特征 都不能适应新的开采形势的变化。另外， 随着采深的加 深， 地温防治问题逐步成为煤矿开采的另一个头痛的问 题。随着深部瓦斯涌出量增大， 瓦斯防治的难度也逐步 加大， 通风方式亟待变革。 总之， 深部开采， 怎样评价岩体工程的稳定性 ， 怎样 预测岩爆和瓦斯突出， 怎样评价地压和工程响应特征 ， 怎 样进行合理支护， 怎样解决地温危害， 怎样改进通风与瓦 斯抽排方式， 怎样合理降低开采成本， 都是鸡西矿业集团 急需解决的生产问题， 也是我国需要深入研究的问题。 四大倾角采煤 鸡西市和七 台河市在麓 山地区开采大倾角的薄煤 层， 都应用沿煤层掘进的大倾角斜井进出， 应用像罐子一 样的矿斗提升。借助提升罐子， 人员似站似躺地进出地 下。一般应用大倾角的长壁后退式开采 、 仓储式开采等 不安全的工艺。有必要大力推行和培训竖井提升和伪斜 长壁 后退式开采方法 。 伪斜长壁后退式开采方法， 目前是急倾斜煤层开采中 应用比较成功， 采煤效率相对较高， 煤矿安全比较有保障 的一种采煤方法， 国家提倡用伪斜长壁后退式开采方法替 代急倾斜煤层开采的仓储式采煤方法等落后工艺。 五结语 煤矿开采是鸡西乃至黑龙江东部四个煤城最主要的 基础产业 。煤矿安全开采直接决定着 当地财政收入 与增 长状况 。煤矿安全生产问题是影 响黑龙江经济发展 的主 要 问题之一 ， 也是未很好 解决 的关键 问题 之一。现有煤 矿安全生产技术， 有的已经很成熟， 如透水防治与管理技 术、 大倾角采煤与管理技术， 有的还亟待深入研究， 如地 下连通的大区域煤层防灭火问题 、 深部开采问题。对成 熟的技术问题， 必须大力培训和推广， 促进现有技术的广 泛应用， 进而促进煤矿安全生产水平的提高。对亟待深 入研究的 问题 ， 有 必要 列入地方 和省科技 攻关计划 ， 吸引 省内和国内外同行专家合作开展研究， 寻求合理解决措 施 参考文献 1 ．L I J u n p i n g F EN G Ch a n g g e n ． A p p l i c a t i o n o f t h e T e c h n i q u e o f L o c a l Gr o o v i n g To p c a v i n g wi t h c o n t r o n e d Ex p l o s i o n i n Di s p o s i n g t h e Ab a n d o n e dS t o p e o f Do n g t o n g y u Go l d Mi n e『 C] ．2 0 0 6’I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u m o n S a f e t y S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 6 ， 6 P a r t B ， 2 1 6 9 2 1 7 4 2 ．徐精彩 煤层 自然胶体防灭火理论与技术[ M] ． 北京 煤炭 工业 出版社 ， 2 0 o 3年 3 ．姬 建虎 王长元 陆伟 J T J煤矿 防灭火胶体材料 的 研制[ J ] ． 矿业安全与环保， 2 0 0 8 ， 3 5 2 1 9～2 l 4 ．徐精 彩 马砺 文虎等 应 用粉 煤灰 复合胶 体灭 火 技术治理 大面积 自燃 火 区[ J ] ．矿 业安全 与环 保 ， 2 0 0 4， 3 l 4 1 51 6 ， 3 8 5 ．秦像 辉 田朝 晖我 国地下矿 山开 采技 术 综述及 展望[ J ] ． 采矿技术， 2 0 0 8 ， 8 2 1 2 ， 3 4 6 ．冯兴隆 贾明涛 王李管 地下金属矿山开采技术 发展趋势[ J ] ．中国钼业， 2 0 0 8 ， 3 2 2 91 3 7 ． 负东风 刘 听成 煤 矿 开采 深度 现 状 及发 展 趋 势 [ J ] ． 煤 ， 1 9 9 7， 6 6 3 8～ 4 1 8 ．何满潮 谢和平 彭苏萍． 深部开采岩体力学及工 程灾害控制研究[ J ] ．煤矿支护， 2 0 0 7， 3 1一l 4 9 ．蒋金泉 孙春 江 尹增德 深 井 高应 力难 采煤层 上 行卸 压开采 的研 究与 实践 [ J ] ． 煤炭 学报 ， 2 0 0 4， 2 9 1 l ～ 6 1 O ．李俊平 卢连宁 于会军 切槽放顶法在沿空留巷 地压控制中的应用[ J ] ．科技导报， 2 0 0 7， 2 5 2 0 4 3 4 7 S o me Te c h n i c a l a n d Co n t r o l Pr o b l e ms i n Co a l Mi nin g i n J i x i Ci t y L i J u n p i n g Ab s t r a c t J i x i C i t y i s k n o w n b y i t s c o a l mi n i n g ， a n d i t s p r o s p e rit y h a s a l w a y s b e e n d e p e n d i n g o n c o a l s e c t o r ．Wi t h a 1 0 4 一 y e a r h i s t o r y o f c o al mi n i n g ， J i x i C o a l Mi n i n g Gr o u p C o mp a n y h a s e n t e r e d t h e 1 0 0 0 m d e e p z o n e mi n i n g ．We a r e p u z z l e d b y t h e p e r v i o u s t o wa t e r ，t h e u n d e r g r o u n d c o a l s e a m fi r e p r e v e n t i o n，t h e q u e s t i o n o f d e e p z o n e mi n i n g a n d c o al mi n i n g f r o m i n c i - d e n c e i n J i x i．I n t h i s p a p e r ，s o me me t h o d s t o s o l v e p r o b l e ms me n t i o n e d a b o v e are d i s c u s s e d． Ke y wo r d s p e rvi o u s t o w a t e r ；fi r e p r e v e n t i o n a n d e x t i n g u i s h e r ；d e e p z o n e mi n i n g ； c o a l mi n i n g f r o m i n c i d e n c e Cl a s s No ． T D8 2 Do c u me n t M a r k A 责任编辑 宋瑞斌 6 2