煤矿深井开采存在的问题及巷道压力特点分析

1 深井开采存在的问题

1.1 矿压显现加剧，巷道维护困难

随着矿井采深的不断增加，矿井逐渐出现矿压显现强烈，巷道维护困难，地温升高和勘探困难，开采条件恶化，生产技术效果和经济效益下降等问题。一方面，巷道断面必需加大，据对开滦矿区统计，近10年间采深平均增加100 m，岩石巷道断面平均增加8.1%，煤、半煤岩巷平均增加32%。另一方面，地压增大，在深部高应力作用下，围岩移动更为剧烈，巷道产生变形破坏更为严重。在调查的超过700 m的深井中，巷道矿压问题普遍严重，底臌成为常见的地压现象，特别在采准巷道中尤其严重。失修和严重失修巷道比例增加，井深1000 m时巷道失修率约是同条件下

500 m—600 m埋深巷道失修率的3—15倍，部分矿井巷道失修和严重失修率达20%以上。深井巷道维护问题己成为整个矿井生产系统中的最薄弱环节。

1.2 煤岩破坏过程强化，冲击地压危险性增加

我国发生冲击地压的深度在200—1000m，由于开采深度的增加，煤岩体应力升高，有冲击地压危险的煤层数量增加，有冲击地压的矿井逐渐增多。发生冲击地压矿井50年代为7个，60年代为22个，目前己增加到33个。经调查发现，冲击地压发生的次数、强度和危害程度随深度的增加日趋严重。

1.3 瓦斯压力增高，煤与瓦斯突出危险严重

我国是世界工煤与瓦斯突出最严重的国家之一，截止1986年，己发生突出的矿井200多个，突出次数约为12000次，约占世界发生总突出次数的1/3。从国内外开采实践工看，矿井深部开采时瓦斯涌出量一般比较大，煤与瓦斯突出的问题己成为深部开采中不容忽视的重要问题。经研究表明，我国煤矿煤与瓦斯突出有随采深增加而瓦斯压力增高，瓦斯涌出量增大的趋势。

1.4 深热矿井增加，气候条件恶化

随着矿井向深部开采，许多国家都遇到了不同程度的热害问题。德国、俄罗斯掘进工作面温高达50℃，部分高达60℃。矿井气温过重影响人体健康，引发各种疾病，造成事故率工升，劳动生产率下降，甚至被迫停产。

我国深井热害问题相当严重，而我国热害的治理工作山于缺乏技术、资金等问题，大部分矿井热害治理仅靠通风降温、洒水降温，部分矿井采用机械制冷降温方法。总的现状是技术落后、效果较差，应引起有关方面的高度重视。

1.5 矿井生产费用升高，经济效益下降

随着采深的增加，勘探强度加大，地压、地温升高，冲击地压及煤与瓦斯突出危险增大，相应的要采取一系列措施，如增加设备，加强支护等。同时，井下需要维修的巷道长度增加，到工作地点的距离和时间增加，提升高度大、时间长，主副井提升系统、排水系统环节增多，通风系统趋于复杂。这些都导致煤炭生产成本增加，吨煤成本生产费用提高，经济效益迅速下降。

开采深度的增加是矿井生产的自然规律，随之而产生岩石温度增加，地压增大，岩石破坏过程强化，巷道围岩变形剧烈，冲击地压强度增大和频度增加等自然现象。它将严重影响着煤矿的安全生产和经济效益。

深部煤层开采复杂化的主要影响因素是矿山压力。在高应力作用下，围岩移动更为剧烈，巷道产生变形和破坏也更为严重，巷道围岩变形速度快、变形量大，巷道周边变形范围大。巷道对支架的工作特性要求高，初撑力、工作阻力和可缩量均大，即使开掘在底板岩石中的巷道，用拱形金属支架和各种结构封闭式支护的巷道有时也遭巨大变形。

巷道从使用期间维护困难已发展到掘进期间维护困难，掘出后废弃的巷道增多，巷道掘好后不久将失稳，围岩收缩变形较大，其巷道稳定性随深度增加而逐渐恶化，使深部巷道的维护费用剧增。

2 巷道压力特点及变形规律

1）深井巷道围岩具有软岩流变特性。巷道围岩变形区分为松动带和塑变带，区别在于易控带和不易控带。围岩表层的松动带是易控带，而塑变带是不易控带。因为塑变带是工覆岩层地压和采动集中压力造成的。对于深部地下开采而言，特别是有采动影响时，支护体无法抗衡集中压力，防止围岩产生塑性变形，而只能使支护性能适应塑变带的岩移，且支护体要有相应的可缩性。对松动带来说，支护体要控制其移近量，保持其相对完整性，使移近量控制在支护结构所能承受的范围内，保持松动带的相对稳定，不使其解体坍塌。

2）深井巷道围岩变形具有明显的时间效应。深井巷道掘出后，围岩变形速度随掘出时间的变化而变化的性质称为时间效应。具体表现为巷道掘出后围岩变形速度较大，随时间增加，变形速度递减，但围岩仍以较大速度变形，且持续时间较长。遇到动压影响，此现象还会加剧。如不采取有效的支护措施，当变形量超过支护结构的允许变形量时，支护结构承载能力下降，围岩变形速度加剧，最终导致巷道结构失稳。

3）深井动压巷道围岩自稳时间短，收敛变形量大。围岩从暴露到冒落的时间，取决于围岩暴露面的形状和面积、岩体强度和原岩应力。深井巷道在高应力作用下，围岩出现应变软化现象。在巷道掘出后，围岩变形速度较大，变形量剧增，当变形量超过围岩允许变形量时，围岩开始松动、塌落。围岩自稳时间短，一般仅十几钟到十几小时。

巷道围岩收敛变形具体表现为顶底板移近、两帮内移。其中沿直方向顶底板移近量以底臌为主，顶板下沉量仅占很小比例。这种现象在高佐煤矿表现尤为突出。

3 结论

我国是世界第一产煤大国，据煤炭资源开发和资源保护研究指出，在我国预测总储量中73.2%埋深在1000 m以下，浅部储量较少。随着我国煤矿开采规模的扩大，开采深度的逐渐增加，深部开采己经成为煤矿生产的必然过程。

参考文献

[1]牛学良，高延法，张庆松.软岩巷道变形特点分析[J].矿山压力与顶板管理，2002，03.