深井煤礦開采技術(shù)改進(jìn)分析

摘 要：伴隨煤炭能源儲(chǔ)量的不斷縮水和下降，煤炭資源面臨枯竭的危險(xiǎn)，尤其是淺層煤礦及露天煤礦的儲(chǔ)量銳減。為了保證煤炭資源的持續(xù)供給，煤礦深井開采逐步普及，隨著開采深度的增加，煤礦礦壓不斷增加、底部巷道維護(hù)難度加大、煤礦圍巖受到礦壓沖擊而崩塌的危險(xiǎn)性不斷累積、煤礦井下瓦斯?jié)舛壬撸伦鳂I(yè)面臨的綜合環(huán)境更加復(fù)雜。為了進(jìn)一步降低深井煤礦開采過程中的事故發(fā)生率，提升煤礦開采的安全性，保證煤炭開采及供應(yīng)的持續(xù)性，必須提出針對(duì)性的煤炭深井開采改進(jìn)技術(shù)。文章以某深井煤礦開采為研究對(duì)象，進(jìn)行了相關(guān)分析和研究。

關(guān)鍵詞：深井煤礦；礦壓沖擊；巷道維護(hù)；開采技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.074

1 引言

對(duì)于深井煤礦而言，國際上對(duì)礦井深度超過500m的煤礦稱為深井煤礦。但是，在具體煤礦深度分級(jí)上，世界范圍內(nèi)不同區(qū)域的煤礦分布差異，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)也不同，對(duì)于南非的煤礦中，深度達(dá)到800m以上的礦井稱為深井煤礦，深度超過1000m的深井煤礦稱為超深井煤礦。國內(nèi)，對(duì)于深井煤礦的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：深度小于400m的煤礦稱為淺井煤礦，深度介于400-700m的煤礦稱為中深井煤礦。深度介于700-1100m的煤礦稱為深井煤礦，深度超過1100m的煤礦稱為超深井煤礦。就我國的煤炭礦層分布特點(diǎn)而言，有超過75%的煤炭埋藏在600m以下的礦層內(nèi)，其中，已經(jīng)探明的煤炭儲(chǔ)量有超過3萬億噸位于深度在1000m以下的深層礦層中，占據(jù)總儲(chǔ)量的50%以上，因此，為了保證我國煤炭開采的持續(xù)、穩(wěn)定供應(yīng)，必須提升深井煤礦的開采技術(shù)，確保深井煤礦開采安全、穩(wěn)定進(jìn)行。

2 深井煤礦開采的主要技術(shù)問題分析

2.1 井下瓦斯?jié)舛雀?，開采位置空氣溫度較高

隨著煤礦礦井開挖深度的增加，瓦斯?jié)舛戎鸩教嵘?，且隨著深度的繼續(xù)增加，瓦斯?jié)舛壬仙乃俾试絹碓娇?。此外，除了煤礦井下瓦斯?jié)舛鹊脑黾油?，煤礦井下圍巖的應(yīng)力值同時(shí)提升，在開采作用力的擾動(dòng)下，很容易破壞井下圍巖面的穩(wěn)定性，出現(xiàn)沖擊崩塌事故，由于擬分析的煤礦其主礦井深度在1200m左右，在這種開采深度范圍內(nèi)，一旦煤礦瓦斯與圍巖沖擊礦壓力出現(xiàn)耦合作用，出現(xiàn)系統(tǒng)性的動(dòng)力失穩(wěn)災(zāi)害的概率將顯著提升。另外，在深井煤礦的防突技術(shù)上還存在一定的缺陷和不足，當(dāng)前，國內(nèi)在深井煤礦開采中積累的瓦斯?jié)舛葏?shù)數(shù)據(jù)總體不足，對(duì)于不同深度范圍內(nèi)的瓦斯?jié)舛裙罍y(cè)模型及方法還不夠科學(xué)，尤其在深度超過800m以上的深井煤礦，相關(guān)的參數(shù)積累和模型分析及預(yù)判能力更加不足。除了瓦斯因素外，深井溫度過高也是主要的問題之一。通過對(duì)該深井煤礦的開采溫度進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)，該煤礦的溫度恒定位置位于井下30m深度位置，溫度值為16℃，且隨著開采深度的推進(jìn)，深度推進(jìn)到1000m以上，井下巖體的溫度高達(dá)40℃以上，雖然采用了一定的通風(fēng)降溫措施，但是開采位置的溫度仍然超過限定值。井下溫度過高，容易引起井下可燃?xì)怏w自燃及人員中暑問題。

2.2 深井下沖擊礦壓風(fēng)險(xiǎn)累積、井下結(jié)構(gòu)支護(hù)南難度進(jìn)一步增加

經(jīng)過調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，本文研究的該深井煤礦在前5年的開采中總計(jì)出現(xiàn)過5次井下沖擊礦壓事故。由于井下礦壓累積較高，圍巖自身強(qiáng)度難以抵抗壓力影響，導(dǎo)致巷道內(nèi)的通風(fēng)設(shè)備、支護(hù)結(jié)構(gòu)及煤礦開采機(jī)械設(shè)備受到不同程度的擠壓和損壞，嚴(yán)重影響了深井的正常開采，且井下深度一旦超過1000m，則隨著井深的不斷增加，沖擊破壞的程度將以指數(shù)形式增長。

3 深井煤礦開采的技術(shù)改進(jìn)措施分析

3.1 改善深井下瓦斯氣體治理方式，引進(jìn)高效的井下降溫技術(shù)

引進(jìn)高效的瓦斯氣體抽取及采集設(shè)備，保證瓦斯的大流量、高壓力抽取，并做好井外抽取配合；為了提升瓦斯治理效果，應(yīng)強(qiáng)調(diào)綜合治理，做好開采層和密封層的兼顧，突出區(qū)域的煤層巷道掘進(jìn)面及石門揭煤的工作面，應(yīng)使用預(yù)先抽取掘進(jìn)的方式。隨著開采深度的增加，應(yīng)依照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)深井煤礦同瓦斯的突出危險(xiǎn)累積及井下瓦斯?jié)舛人降葏?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋。在石門揭煤時(shí)采用水刀切割技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速打鉆處突，確保石門揭煤的防突可靠性。此外，還應(yīng)做好深井下的溫度控制，應(yīng)使用傳統(tǒng)降溫技術(shù)配合輔助降溫的方式進(jìn)行。該煤礦試驗(yàn)進(jìn)行機(jī)械制冷技術(shù)，使用的主要機(jī)械制冷方式為地面真空制冰降溫系統(tǒng)。通過建立地面溫控設(shè)備，對(duì)礦井下的局部區(qū)域的開采高溫位置進(jìn)行精準(zhǔn)降溫，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，使用機(jī)械輔助降溫方式，掘進(jìn)面的溫度從原有的40℃下降至25℃。

3.2 提升沖擊礦壓防治技術(shù)，革新巷道支護(hù)技術(shù)

綜合分析可知，沖擊礦壓是導(dǎo)致井下事故的主要源頭，在新開采區(qū)域正式開采前，應(yīng)先對(duì)該地區(qū)的礦壓進(jìn)行全名評(píng)估，并分析引起局部礦壓沖擊的原因，判定是否位于沖擊地壓的危險(xiǎn)區(qū)。在開采中，應(yīng)合理分布開采作業(yè)面分布形式，最大程度降低由于開采機(jī)械力引起的應(yīng)力集中問題，對(duì)于煤層群開采而言，優(yōu)化分布，減少巷道之間的聯(lián)絡(luò)線數(shù)量，防止對(duì)巷道墻體及開采面周圍墻體的削弱，提升其抗壓強(qiáng)度及穩(wěn)定性。采掘頭面布置要避免相互之間有動(dòng)壓影響；煤柱留設(shè)不要對(duì)以后的開采留下隱患。此外，還應(yīng)該提升巷道支護(hù)技術(shù)?？梢允褂弥ёo(hù)能力較強(qiáng)的反式拱支護(hù)和錨定索支護(hù)兩種方式，其中，反式拱支護(hù)現(xiàn)在斷面位置布置錨定網(wǎng)及錨定鎖并通過高壓注漿穩(wěn)定錨定索結(jié)構(gòu)，在加設(shè)環(huán)形拱式棚，借助拱式結(jié)構(gòu)的反拱力對(duì)巷道墻體進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。錨定索支護(hù)方式主要用于補(bǔ)強(qiáng)變形過大的巷道墻體，通過加密原有的錨定索數(shù)量，提升墻體的剛度和穩(wěn)定性，為了保證錨定索加固的質(zhì)量，應(yīng)在錨定索上注漿，保護(hù)錨定索不會(huì)因外部環(huán)境而出現(xiàn)銹蝕。

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作者簡介：李航（1999-），男，河南駐馬店人，本科，研究方向：采礦工程、地下煤礦開采。