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对深部矿井开采存在问题的研究【摘要】本文总结分析了煤矿深部开采所面临的主要问题并就解决这些问题提供了一些措施。【关键词】深部开采；矿井；煤炭；瓦斯一、前言随着社会对煤炭需求量的日益增加开采能力的不断提高开采深度不断的增加是井工开采的必然趋势。我国淮南、徐州、新汶、开滦、鹤岗、鸡西、抚顺、平顶山等煤矿已进入深部开采阶段平煤集团十二矿深部已达1150m。开采深度的增加将使开采难度增大开采环境也将发生很多不利的变化如地应力增大、地温升高、煤层自然、冲击地压、煤与瓦斯突出、煤岩巷道变形、地下水灾等。矿井进入深部开采以后煤层薄还存在采用留煤柱方法护巷采出率低、工作人员施工困难等缺点。目前我国煤炭形势不容乐观分析形势萧条的原因开采成本高居于首位而研究煤矿深部开采所面临的问题对于煤炭安全、经济、高效的生产极为重要。二、深部开采主要面临的问题2.1地应力与煤与瓦斯突出（1）地应力随着开采深度的增加地应力会增大一定深度之后会非线性的增大（包括主应力和侧应力）。地应力不仅包括岩体自重应力、地质构造应力或残余构造应力还包括因地温、地下水及岩石矿物转化变质等作用而产生的应力。尽管地应力的组成比较复杂但大都以岩体自重应力、地质构造应力或残余构造应力为主本文只介绍重力引起的地应力。研究及实践已经证明在未受构造运动影响的地区处于某一深度的岩层中覆盖岩层重量所引起的垂直压应力为σ（y）=γH式中σ（y）――作用于该点的垂直压应力Pa；H――该点距地表深度m；γ――覆盖岩层的平均重力密度KN/m^3.。假设该岩层是基本均质的弹性体其弹性模量用E来表示则即σ（x）-μ[σ（y）+σ（z）]=0由此可得该点在垂直压力的作用下产生水平的压应力为式中μ――岩石的泊松比（横向变形系数）；λ――测压系数。显然μ值越大该岩石的垂直压力作用下产生的水平压力（侧向压力）也愈大。在一般采深条件下井下常见岩石的泊松比：岩石在高压下进入塑性状态或遭到破坏后其μ值将明显增大并迅速向λ=1的静水压力状态转化。现场实践证明处于浅部μ值很小的高强度岩层（例如砂岩）在埋藏深度超过1500m的条件下其μ值就接近0.5即λ值将趋近于1。由此可见：当采深深度超过一定的值时不仅垂直应力增加水平压力（侧压力）随也随开采深度的增加而增加并且往往呈非线性增加。地应力增大对煤与瓦斯突出、巷道围岩变形、地下水的活动等产生巨大的影响。因此地应力增大是煤矿深部开采的一大难题。（2）煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出是指煤矿采掘过程中煤与瓦斯在一定条件下的突然喷出即从煤层深部排出大量的煤和瓦斯并伴有强烈的声响[1]。这种喷出在较短的时间内（数十秒至数分钟）会产生很大的冲击力破坏工作面煤壁。突出机理前苏联学者霍多特提出“能量假说”认为突出是煤体的变形潜能W与瓦斯热力学能Q突然释放所引起的工作面附近媒体的高速破碎。氏平通过实验发现瓦斯压力梯度是导致煤体拉应变增高从而破坏的直接原因采用有限元方法分析了突出暴露面附近的有效应力场证明瓦斯压力梯度增大可引起有效拉应力增加[2]。而拉应力增加将导致煤体或岩体破坏从而有机会形成煤与瓦斯突出。地应力是煤与瓦斯突出的动力来源地应力对煤与瓦斯突出有以下作用：①围岩或煤体的弹性变形潜能做功。②地应力控制瓦斯压力场促进瓦斯在破坏煤体中的作用。③围岩中应力增加决定了煤层的低透气性造成了瓦斯压力梯度增高煤体一旦破坏就会形成对煤与瓦斯突出有力的条件。我国发生的煤与瓦斯突出事故无论是从数量上还是从规模上均居世界首位是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家仅2002年至2003年全国煤矿就发生一次死亡3人以上的重大突出事故29起死亡人数达213人。煤与瓦斯突出是煤矿最为严重的自然灾害之一[3]。近年来随着开采深度的增加、开采条件的的日趋复杂和生产机械化程度的提高煤与瓦斯突出发生的强度及造成的人员伤亡呈增长趋势[4]。因此解决瓦斯突出问题是煤矿深部开采所面临的一个重大问题。2.2巷道围岩变形根据弹塑性极限平衡理论可以求出静水压力状态下圆形巷道塑性区半径周边围岩塑性位移量。式中R――塑性区半径a――圆形巷道半径H――巷道埋深C――围岩内聚力φ――内摩擦角G――围岩剪切弹性模量U――围岩塑性位移量Pi――径向支护阻力由上式可知：静压巷道围岩稳定性