深部煤层开采技术.pdf

深部煤层开采技术袁奇山东科技大学矿业与安全工程学院，山东青岛 2 6 6 5 1 0 摘要我国的能源资源储量丰富，资源总量占世界第一。煤炭是我国能源结构中的主要能源，在相当长的时间内，煤炭主导地位难以撼动。在我国煤炭结构分布中，深部煤层占有很大比重，本文通过分析深部煤层开采现状及其特点，并根据深部开采面临的一系列问题提出优化技术创新，为同类型煤层开采提供经验。关键词能源结构；深部开采；特点中图分类号 F 4 0 6 ． 3 ； T D 8 2 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 0 1 5 5 2 0 1 6 2 3 0 0 1 9 0 1 煤炭是我国能源结构中的主要能源，煤炭工业在我国仍占有重要地位，受到国家、各级政府和群众的强烈关注。然而，不容回避的现实是，煤炭是不可再生能源，随着开采持续不断地进行，我国大部分煤矿浅部煤层已近开采殆尽，我国各个煤矿的攻坚方向将逐步转向深部煤层。据统计，我国大型重点煤矿中，开采深度在大于 7 0 0 m的煤矿有 1 2 1处；随着开采深度的增加，其开采难度也随之成比例增加，深部煤层开采技术问题已经摆到各个地区面前，国家和煤矿面临的压力也随之增加。在这种情况下，处理好深井开采的问题就成为我们的必然选择。 1深部煤层开采现状深矿井开采是指埋藏在距地表一定深度一般大于 8 0 0 m 的煤炭。在地表平坦的矿区，煤炭的埋藏深度与矿井井筒深度垂直深度大体相当，所以深矿井开采又叫作深井简开采。目前，地矿界对深矿井开采十分重视，众多专家学者做了大量的研究。蒋金泉通过研究采动覆岩裂隙亚分带特征、覆岩运动与结构分带特征、上行卸压开采作用效应，提出并论证了上行卸压开采的可行程度；郭惟嘉提出了深井宽条带法开采煤柱尺寸的计算方法，分析出深井开采煤柱塑性区的宽度明显增大，条带煤柱承载应力分布为马鞍形；杨承祥通过微震监测技术，提出地压活动相对集中区的变化与井下采掘活动密切相关，各地压活动相对集中区与采掘工程施工位置相对应。 2深部煤层特点 2 ． 1岩体的塑性较大当侧向压力单向受力并且逐渐增大时，岩体的塑性随之逐渐的增大；当开采到一定的深度时，岩体会进入完全的塑性状态，此时岩体处于静水压力状态。 2 ． 2矿山压力显现强烈随着开采深度的增加，在较高的应力作用下，煤层周围岩层剧烈移动，剧烈变形和破坏。对于收稿日期 2 0 1 61 11 4 作者简介袁奇 1 9 9 2一，山东科技大学矿业与安全工程学院矿业工程专业硕士研究生在读。深部煤层巷道来说，影响更为剧烈，巷道变形速度快，变形量大。巷道变形和开采深度呈正比例关系。围岩变形呈现当巷道刚掘进完成后，变形剧烈，速度很快，随后呈现出递减的趋势，但减弱的不明显，会持续较长的时间，并且极易加剧。 2 ． 3深部开采温度升高地温指的是井下围岩的温度，直接影响井下工作面的温度。通过统计数据反映出温度随着开采深度增加而增加，呈现正比例关系。 2 ． 4瓦斯浓度很大煤与瓦斯突出是煤矿非常严重的灾害。瓦斯的浓度随着开采深度的增加而增加，呈现线性增加，在较大的地应力作用下，煤层和岩层会出现瓦斯突然大量释放喷射，造成事故危害。 3深部煤层开采面临的问题及解决措施 3 ． 1冲击地压的频率和强度剧烈的增加煤岩体应力集中是产生冲击地压的重要原因，井下应当合理优化巷道布置，采区巷道内优先控制保护顶板，而后护帮的方针；加强超前支护，这是因为超前支护的支撑力和卸荷可以改变围岩的受力状态，改变原来的应力场，提高整体稳定性。 3 ． 2瓦斯的浓度升高，煤与瓦斯突出的危险性增加煤与瓦斯突出是一种严重威胁煤矿安全的自然灾害，煤矿应当优化采掘接替，加强防突工作；在新水平和新采区进行扩展延伸的时候专门开掘回风巷道，必须使工作面、掘进面形成完整的、独立的回风系统，坚决避免出现串风现象；执行先探后掘，先探后采的原则，增强矿井综合防突能力。 3 ． 3采场矿压强烈显现，工作面围岩应力大合理优化巷道结构，加强超前支护；为防止煤体冒落，可以铺设金属网等辅助措施；执行先护后掘，先护后采，采护结合的原则。 3 ． 4地温升高，作业环境恶化矿井热害也是严重危害矿井安全生产的灾害之一。随着开采深度的增加，井下温度也随之增加，当井下温度、热度达到一定程度后，会严重危害人体健康，促使生产率下降，下转第4 7 页 l 9 系是多个指标的有机结合体，由相关联的多层次指标组成，用于实现特定研究目标。矿区的安全指标体系用于综合评测矿区的整体安全状况，充分反映矿区生产给生态环境造成的压力程度。 2建立原则分析建立矿区安全评估体系须遵循下述原则 ① 指标客观性。指标体系必须客观地反映矿区实际环境状况、地质状况和人文状况，必须科学地选择指标，并正确地计算指标，以确保评价结果的真实性； ② 指标针对性。针对矿区实况，搭建指标体系； ③指标体系完整性。要兼顾自然因素和人为因素，确保视角的多维性； ④指标实用性。立足矿区客观状况制定指标评价体系，不追求数据的繁杂，而要从数据的可获取性和指标的可度量性出发； ⑤指标层次性。分层级设立相关指标，以便长期监测指标动态； ⑥指标引导性。指标体系要具有战略高度，既反映矿区现状，又有利于规划矿区未来。 3矿区安全各项评测指标涵盖范围 3 ． 1水文指标体系包含水污染指标、水质量指数、降水量、人均占水量、水压、水污染程度等。旨在反映矿区生产造成的水污染，以及对地下水质和供需水量等的影响。 3 ． 2土壤指标体系包含对开矿造成的地表毁损、水土流失、土壤沙化、地形破坏等土壤破坏程度的评测，可依此预测泥石流和荒漠化等灾害出现的可能。 3 ． 3空气质量指标体系包含有害气体、粉尘度含量等。 3 ． 5生态恢复及保护指标体系通过统计开矿废水的循环利用率、各类矿产使用率、矿区能耗和耗水指标、矿区生态建设指标、土地复垦率等，可以综合反映开矿对矿区生态的破坏程度，反映开矿企业的生态复建的力度与实际复建效果，反映矿区各类能源的利用状况，反映开矿行为引发的生态恶化和后续可能出现的潜伏风险，为开矿企业提升开矿水平提供科学依据，避免矿产的过度开采导致的资源枯竭。 3 ． 6人文环境指标体系通过统计矿区周边的人口自然增长率、平均文化水平、年收入增长率、恩格尔系数和基尼系数等，可以反映出矿业生产对周边人民生活和健康状况的影响，也反映出矿业发展对周边人民经济状况造成的改变，以及开矿造成的生态破坏对居民后续生活带来的长期影响。 4结语在建立矿区安全评价指标体系时，要注意各类指标相互之间的关联和影响，合理分配各类型指标的所占权重。要确保各项指标设置的合理性，把握获取数据的难易程度，确保用科学的方法取得真实数据，并根据所收集的数据进行科学计算，综合整理后绘制相应的评测图表，客观科学地评估矿区的安全度。根据评价体系的结论，政府和开矿企业在保障矿区生态安全的前提下，综合考量开矿对周边人民生活和健康造成的影响，分阶段对开矿进行规划，避免过度开矿造成的环境生态崩溃，减少人为因素引发的自然灾害的可能性。参考文献 [ 1 ] 杨静，王立芹．矿区生态安全评价指标体系的研究 [ J ] ．山东科技大学学报自然科学版， 2 0 0 5 ， 9 ． [ 2 ] 张淑同，等．煤矿区自然条件安全生产度评价体系研究[ J ] ．矿业安全与环保， 2 0 1 5 ， 8 ． [ 3 ] 汤霞芳．基于耗散结构理论的矿区生态安全评价研究[ D] ．湖南科技大学， 2 0 1 5 ． [ 4 ] 张洪杰．煤矿安全风险综合评价体系及应用研究 [ D] ．中国矿业大学， 2 0 1 5 ． [ 5 ] 陈鹏君．鄂尔多斯盆地矿区煤炭资源安全绿色高效开采评价方法研究[ D] ．西安科技大学， 2 0 1 4 ．责任编辑张春玲上接第 l 9页影响煤矿效益。为此，矿井应加大巷道断面，增强通风，在井下设置空调系统；以及减少井下作业时间，全方位，多角度地保障工人健康，从而提升经济效益。 3 ． 5煤矿资金投入大幅增加井下温度的升高，对于井下设备的损坏程度很大，严重减少设备使用寿命，更严重的设备由于损害而造成严重的人身、财产损失。为此，矿井应加大科研投入，加大科技攻关。 4展望煤炭在中国一次能源消费结构中的比重仍在 6 0 ％以上。并且，中国是一个发展中国家，伴随着经济快速增长和城市化进程，对于能源需求的增加是不可避免的。而随着浅部煤层开采已进入后期，深部煤层开采逐渐出现在各个煤矿的面前。因此，重视深部煤层开采以及加强科技研发是极其重要的。参考文献 [ 1 ] 蒋金泉，等．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 ， 0 1 ． [ 2 ] 郭惟嘉，等．深井宽条带开采煤柱稳定性及地表移动特征研究[ J ] ．采矿与安全工程学报， 2 0 1 5 ， 0 3 ． [ 3 ] 杨承祥，等．基于微震监测技术的深井开采地压活动规律研究[ J ] ．岩石力学与工程学报， 2 0 0 7 ， 0 4 ． [ 4 ] 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 ， 0 3 ． [ 5 ] 张农．深部煤炭资源开采现状与技术挑战[ A] ．全国煤矿千米深井开采技术[ C ] ． 2 0 1 3 ．责任编辑陈凌霄 4 7