高 宇 柴 然 李 鹏

( 辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000)

由于经济的发展，人们对能源的需求越来越大，因此煤矿深井开采已经是世界上主要采煤国目前和将来要面临和解决的问题。在我国的东部发达地区，能源的需求量很大，这就把矿井的深度开发提到了日程，一些企业甚至已经走到前面。而一些新建矿井在投产时，井深就已经达到或超过了1000m。

1 国内外煤矿深井开采的现状

随着经济发展对矿产资源需求的快速增长和科学工程技术的迅速发展，矿山开采深度也在不断增加，南非有些金矿开采深度已达3800 多m，立井井底已达地表以下4000 多m，东欧和俄罗斯的一些矿井已达1400 ～1500m，北美超千米的矿井有30 多座，其中美利坚有11 座，中国也已有超过千米的深井。德国、英国、波兰、俄罗斯、日本等都是世界上的主要采煤国，在这些国家中已有很多的煤矿深井被开发。英国煤矿矿井的平均深度是700m(1996 年数据，以下同)，最深的已经达到1000m。德国煤矿矿井的平均开采深度是947m，最深的达到了1713m。波兰煤矿的平均采深为690m，最深的达1300m。俄罗斯的很多矿井已经被开采到深达1200 ～1400m。这些国家同时也是对深矿井开采研究较早、较多的国家。在深矿井开采的地压控制、制冷降温以及瓦斯管理等方面做了大量研究，并取得了许多成功的经验。

2 浅部开采与深部开采的不同

2.1 深部开采环境与浅部开采环境的显著区别在于深部矿岩所处的特殊环境，即复杂力学环境。高地应力、高地温、高岩溶水压和强烈的开采扰动。矿井深部开采时，不仅承受高地应力，而且大量的巷道要遭受巨大的回采空间造成的剧烈的支承压力作用，此时受采动扰动的巷道的围压是原岩应力的数十倍，因此致使在浅部表现为一般坚硬的岩石，在深部可能表现出软岩变形大、支护难、地压大的特征;赋存较浅的原岩体多数处于弹性应力状态，一旦随采深加深以后则可能转变为塑性状态，此时压、剪应力超过岩石的强度由各向不等压的原岩应力引起的，致使岩石的破坏。

2.2 岩体的力学行为特性深部岩体的上述复杂环境，致使深部岩体的结构组织、行为特点和工程响应都发生了根本性变化。具体表现在:(1)深部岩体动力响应的突变性;(2)深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性;(3)深部岩体的脆性—延性转化;(4)深部岩体的强流变性和大变形。

3 深部开采中的主要灾害形式

3.1 高地应力导致的岩爆、大面积冒顶。

3.2 高地温导致煤层自燃、炸药自爆、人的生理承受力增大。

随采深增加，地温增高，地温越高，煤层原始温度越高，导致围岩层温度越高，改善了自燃的蓄热条件，导致煤体与环境风流温差较大，增大了漏风供氧动力——热风压，导致煤体自身的耗氧速度和氧化放热强度即煤体氧化放热性能增强，最终导致煤体自燃危险性增大。因此，在深部较高的温度环境下，更易引起煤层的自然发火。

深井开采中，钻孔孔底的温度较高，当孔底温度高于炸药的安全使用温度时，易引起炸药燃烧或爆炸。在恶劣的热环境下，人体会出现一系列生理功能反常，会影响人的健康和安全。

3.3 高压岩溶水导致突水事故严重。

4 深井开采灾害的控制技术

围岩应力高的问题，能够通过加强支护来处理;开采过程中突水的问题，可以用传统的方法可以处理，关键是预测预防措施应该与现代化技术相结合。

4.1 岩爆的主要控制技术

4.1.1 区域性防治技术

该措施的基本原理是尽可能避免采矿工作区域大范围应力或应变能集中，使岩体内的应力或能量处于极限平衡状态以下来控制岩爆:(1)合理布置矿山开拓系统;(2)岩层预注水;(3)开采保护层;(4)充填采空区;(5)及时放顶。

4.1.2 局部解危技术

(1)在有岩爆迹象的工作面打大孔径钻孔，增加工作面附近岩体塑性，降低局部岩体承压强度，使工作面附近应力峰值进一步向原岩体内推进，达到降低可能发生的岩爆强度或防止岩爆发生的目的;(2)采用松动爆破降低采场工作面岩体强度，使应力增高区进一步远离采场工作面，局部解除处于极限状态岩体发生岩爆的危险;(3)根据预计可能发生的岩爆机理和强度，选择相应的支护方法。(4)架设防冲击挡板、格栅等保护井下作业人员和设备安全。

4.2 深矿井开采的地热问题及处理

4.2.1 矿井高温的产生

(1)热源分类。导致矿井里面的气温升高的热源因素有很多，具体来说可分为相对热源和绝对热源。致使矿井气温升高的热源因素很多，有相对热源与绝对热源之分。相对热源，包括高温岩层和热水散热。绝对热源，包括化学反应、机电设备和空气压缩等热源。

(2)热源。影响矿井空气温度升高的重要原因是热源高温岩层散热，当矿井有较高温度热水涌出时，将影整个矿井系统的微气候。矿井中的地热资源、采煤中运用的机电设备在运行时的放热、被运送到地面的煤、矸石的放热和风流下行时自压缩放热等成为矿井温度升高的主要成因。

4.2.2 造成矿井高温的因素

(1)较大的开采深度、较高岩石温度。

(2)地下热水涌出地下水不仅易于流动，而且水的热容量大，是天然的热源载体。岩层中的热水使得井巷围岩加热，同时也预热了风流;热水涌入巷道中，直接加热了风流。

(3)生产工作面风量较低通风困难风量偏低，是国内目前造成采掘工作面气候条件不佳的具有普遍性的因素。调查统计结果表明，我国煤矿长壁工作面供风量81%以上在210 ～810m3/min 之间。根据降温要求，高温度的回采工作面风量至少应在810m3/min 以上。

4.2.3 矿井地热灾害治理

采掘工作面的空气温度最高不得超过28°是我国地下矿山安全规程中的明确规定，否则应采取降低温度或其他方高温措施。主要是非制冷空调降温和制冷空调降温。

(1)非制冷空调降温。①减少热源法;②充填采矿法降温;③合理的开拓方式降温;④通风降温。

(2)制冷空调降温。①输冷，用冰块输冷较用水输冷有利。井越深，这种优点就越突出;②制冷;③传冷，喷淋式空冷器传冷、空气冷却器传冷、其他传冷方式传冷三大类;④排热，在地面安设时，排热问题相对简单;当制冷机安设在井下时，排热问题比较困难，不易处理。

［1］何满潮.深部开采岩体力学研究［J］.岩石力学与工程学报，2005 -08 -30

［2］李化敏，付凯. 煤矿深部开采面临的主要技术问题及对策［J］.采矿与安全工程学报，2006 -12 -30