简述深井开采存在问题及深井围岩控制

1、引言

根据有关资料，预计到2020年一次能源中煤炭占有的比例约为68%，2050年仍占50%左右。

国内煤炭煤层埋藏较深，适于露天开采的储量很少，据第二次全国煤田预测结果，埋深在600m以浅的预测煤炭资源量，占全国煤炭预测资源总量的26.8%，埋深在600～1000m的占20%，埋深在 1000～1500m的占25.1%，1500～2000m的占28%

2、深部地下空间的“深部”的界定及研究深部地下空间开发中关键科学问题的必要性

“深部”是由深部岩体变形、破坏的特征现象来界定，之所以称特征现象是与浅部岩体中的有质的不同。

必要性――岩体变形、破坏的新现象；这些特征现象的阐明和分析不能用连续介质力学理论，要用新的手段，非线性岩体力学来研究现有深部的定义：

英国、波兰定为750m；

前苏联定为800m；

德国把800~1200m定为深部开采,>1200m为超深开采；

我国《中国煤矿开拓系统》按深度将矿井划分为：

*

* 400~800m为中深矿井

* 800~1200m为深矿井

* ?1200m为特深矿井

实践工程中以某一开采深度进行深部的界定具有一定的局限性。

深井概念：由矿井深度和岩性（强度）两个因素决定。

3、深部开采的主要严重问题

1）井巷维护困难、维护费用高，影响生产；

2）采场顶板破碎，冒顶事故的危害增大；

3）凿井困难增加，提升等井筒设备不能适应深井的需要；

4）冲击矿压、煤与瓦斯突出危险加大；

5）地温升高，恶化生产环境，影响生产；

6）瓦斯涌出量增加，瓦斯爆炸危险加大；

7）矿井水压力和涌出量增加，突水事故的危险性加大。

4、深部巷道围岩应力与岩石力学行为的变化

原岩应力――未受开采影响的岩体内，由于岩体自重和构造运动等原因引起的应力。（初始地应力）

自重应力

构造应力

原岩应力组成地温应力

膨胀（收缩）应力

流体压应力

构造应力――由构造运动引起（板块、火山、升降）

现代构造应力

地质构造残余应力

构造应力场――构造运动形成：

板块挤压――板块移动，挤压边界引起（横向）；

地幔热对流――地幔上下封闭对流形成；

岩浆侵入――岩浆侵入挤压、冷凝收缩（局部）

5、深部及复杂困难巷道类型

深部巷道环境（三高一扰动）

高地应力：地应力明显增大，构造应力场复杂。

高地温：越深地温越高。

高岩溶水压：地应力增加岩溶水压升高，突水严重。

开采扰动：高地应力下，采动影响强烈。

深部巷道围岩变形特征

脆-塑性转化；

流变特性，较强的时间效应；

扩容特性，在大偏应力下岩石内部节理、裂隙、裂纹张开，出现新裂纹导致岩石体积增大，扩容膨胀。

6、深井围岩控制的途径和方法

6.1影响巷道变形破坏的因素

6.1.1 自然因素

（1）岩性与构造特征

（2）巷道埋深H

（3）煤层倾角α

（4）地质构造

（5）水

（6）时间

6.1.2开采技术

（1）受采动影响情况

（2）巷道保护方法

（3）巷道断面的形状及支架架设时间

6.1.3巷道围岩控制的方法和途径

巷道矿压控制的三类方法：

第一类：巷道保护

第二类：巷道支护

第三类：巷道维护（维修）

目前所采用的各种矿压控制方法，从其对付矿压的原理来看不外“抗压”、“让压”、“躲压”、“移压”等几种 。

围岩控制的三个基本途径：提高围岩强度、减少岩体应力、合理有效的巷道支护：

（1）提高围岩强度

巷道布置在稳定岩层中；布置锚杆，强化围岩强度；围岩注浆，提高岩体强度；封闭、疏干、防风化，防止围岩碎裂、强度降低。

（2）减小岩体应力

合理布置巷道时间、空间上减少巷道承受支承压力影响；巷道布置在应力降低区；合理设计煤柱尺寸；考虑最大水平应力的影响巷道卸压：跨采卸压；开槽卸压；松动爆破卸压；卸压峒室卸压。

（3）巷道支护.

传统的巷道支护有木支护、料石及混凝土砌碹、矿工钢支护、U型钢支护。目前，广泛采用的有锚杆支护以及喷射混凝土支护。

锚杆支护（锚索支护）

1. 普通圆钢粘结式锚杆

2．可拉伸锚杆

3．高强度和超高强度锚杆

4．管缝式锚杆

5．可切割锚杆和可回收锚杆

6．桁架锚杆

7．组合锚杆（组合锚索）

喷射混凝土支护

喷射混凝土支护是用喷射机将混凝土混合物喷射在岩石表面上硬化而成的一种支护。先将砂、石过筛，按配合比和水泥一同送入搅拌机内搅拌，然后用矿车将拌合料运送至工作面，经上料机装入以压缩空气为动力的喷射机，

在经输料管吹送到喷头处与水混合后喷射在岩面上。

锚喷支护

锚杆和喷射混凝土虽各有优点，但也都有不足之处。锚喷联合支护，恰能做到使二者取长补短，互为补充，是一种性能更好的支护形式。锚杆与其穿过的岩体形成承载加固拱，喷射混凝土的作用则在于封闭围岩，防止风化剥落，和围岩结合在一起，对锚杆间的表面岩石起支护作用。

7、结束语

7.1深井巷道支护已取得的研究成果

提出多种高地压巷道支护理论：

新奥法支护理论的改进与完善

松动圈支护理论

围岩强度强化理论

二次支护理论

联合支护理论

只提高支护刚度难以有效控制围岩变形，要先柔后刚，先让后抗，柔让适度，稳定支护。

7.2支护理论对生产实践起到积极指导作用。

采用多种巷道围岩控制技术：

锚喷支护

U型钢可缩性支架支护(不封闭和封闭式)

注浆加固(水泥类、化学加固）

联合支护（锚杆+U型钢支架，锚喷+注浆+型钢等）

应力控制技术（巷道位置优化，布置在应力降低区；断面优化；人工卸压等）。

参考文献：

[1]钱鸣高. 石平五.矿山压力与围岩控制[M].徐州：中国矿业大学出版社

[2]车树成,张荣伟. 煤矿地质学[M]. 徐州：中国矿业大学出版社

[3]徐学圻. 煤矿开采学[M]. 徐州：中国矿业大学出版社