摘要：在我国深矿井开采就是指埋藏在距地表一定深度的煤炭，一般大于800米。近年来我国煤矿资源随着开采深度的越来越大，给煤矿开采带来了一系列困难，本文通过分析深部矿井开采所面临的主要困难，指出深部岩体在高地应力、高地温、高岩溶水压的条件下，导致围岩的力学性质与浅部有很大的区别。提出了现在深井开采中所需解决的几个问题。如何正确认识由于开采深度增加所带来的问题，是解决实际问题的关键。
关键词：深部开采；矿山压力；难题；对策
1、前言
目前我国煤矿开采的总局势浅度的储存量偏少，而在一千米以下的深度总储量占得比较多，据资料调查，深度的储藏量约占总量的百分之七十多。另外，在煤矿深部开采中，关于在河流下、建筑物下和铁路下遇到的问题以及矿压、保护煤柱留设、瓦斯、地热等多种技术难题也日趋渐多，严重影响着煤矿生产和矿井建设的发展。
2、深部开采带来的矿山压力难题
2.1岩爆频率和强度均明显增加
岩爆是采掘导致岩层的突然破坏，往往伴随着开采空间的大应变、大位移以及岩层碎块从母体中的高速脱离，向开采空间抛出，抛出的岩体质量从数吨到数千吨不等。在广义上说，只把大量煤或岩石被突然抛出且对开场空间造成损害的的冲击现象叫做岩爆。实质上也属于矿井冲击矿压现象。统计表明随开采深度的增加，岩爆的发生次数会随之上升，然而引起岩爆危险性增大的机理十分复杂，人们也通过实验得出了一些结论，但有些现场问题却用实验室的结论无法解释。如在南非金矿的深部开采中得到的坚硬岩层具有明显的时间效应，但这种岩石的样本在试验室中却几乎观测不到时间效应。
2.2巷道围岩变形量大
深井巷道矿压显现的显著特点就是巷道开挖就产生大的收敛变形量。这一特点是由深井巷道围岩处于破裂状态和深井巷道围岩有较大的破裂范围决定的。深部开采自重应力逐渐增加，加之深部岩层的构造一般比较发育，其构造应力十分突出，致使巷道围岩压力大，巷道支护成本增加。根据煤炭行业的有关资料，近10a巷道支护成本增加了1.4倍，巷道翻修量占整个巷道掘进量的40%。采场矿压显现剧烈。
2.3采场矿压显现剧烈
随着采深的增加引起的上部岩体自重应力的和构造应力的增加，工程现场围岩发生剧烈变形、巷道和采场失稳给顶板管理带来了许多困难。
2.4巷道底臌量大
据前苏联对部分深井资料的统计分析，随开采深度的增加巷道的底臌越来越严重。原西德通过对200多条巷道的实测表明，开采深度每增加100m，巷道的顶底板相对移近量占巷道原始高度的百分数增加6.6%，而底臌占巷道原始高度的百分数增加3.9%。可见，深部开采巷道的变形量主要表现为底臌。
2.5瓦斯涌出量增大
随着煤矿采深的增加，瓦斯含量迅速增加，并造成瓦斯灾害事故的频繁发生。近年来，由于瓦斯突出和爆炸引起的死亡10人以上的煤矿事故70%出现在中国采深600m以下的矿区。
2.6地温升高、作业环境恶化
深部开采处于高温环境下，常温带以下，岩层的温度将以3100m的梯度上升，最高可达4100m，深部开采条件下，岩层温度将达到摄氏几十度的高温。地温升高造成井下工人注意力分散、劳动率减低，甚至无法工作。
3、深部开采岩体的工程力学特点
3.1 深部岩石的力学性质
随着开采深度的增加，高温、高压使岩石的性质发生了很大的改变。在浅部表现为脆性的岩石，在深部高围压的作用下转化为延性。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于岩石性质的改变也使岩石的变形量发生了变化。当岩石发生脆性破坏时，通常还伴有或仅伴有少量的永久变形或塑性变形。当岩石呈延性破坏时，永久应变通常较大，这就要求现有浅部开采所采用的支护方式和支架的支护能力在深部开采时都要有所改进和提高。
在实际矿山中，还要考虑到采动影响。进入深部开采以后，在高地应力的作用下，大多数巷道要承受采空区引起的强烈支撑压力作用。从而使在浅部表现为较坚硬的岩石在深部则表现软岩的特性。深部巷道围岩多处于破碎状态。破碎区是围岩应力与围岩应变共同作用的结果。因此，提高围岩强度和降低岩体应力是深井巷道支护的主要任务。这要求我们的支护理念要与浅部开采时有所改变，由浅部的 支 转化为 让 。这样通过向围岩施加侧向压力提高围岩强度。深部矿井所采用的支架要求有良好的刚度和柔韧性，在大的应变条件下仍然能够表现出很好的承载能力。
2.2 深部开采中的高岩溶水压和高温问题
开采深度的增加，使得突水性问题变得越发严重。在浅部开采时，矿井水主要来源于第四纪含水层和地表水通过岩层裂隙网络进入采区和巷道，水压小，涌水量低，突水问题可通过现有的技术和手段进行预报。而对于深井开采，随着开采深度的增加，承压水水位变高，压力大加之地层本身存在的构造随深度的增加而越为复杂，采掘活动产生了新的断裂，更造成原有断层或裂隙的活化。从而形成透流裂隙增多，使岩溶水压力增大，而奥陶系岩溶水对巷道围岩和顶底板形成严重的突水灾害。含水量也是影响岩石力学行为的重要因素。随着含水量的增加。岩石的压强和泊松比都有所降低，高水压则增加了岩石的含水量。
对于岩石的三轴压缩条件，短时间内温度对岩石的力学性质无明显影响，对于长期的高温环境，岩石的力学性质则发生了很大改变。现实表明，在相同条件下，随着温度的升高，岩石的黏塑性变形明显增大。岩石材料具有热胀冷缩的性质，由于巷道工程改变了原有的空间环境，与浅部开采相比，在高温、高压下岩石的变形量明显增加，更加剧了巷道维护的难度。
4、对策分析
4.1对矿井深部开采工程动力的探讨
在进行深部开采时，岩层和地表控制预测的重要因素是保持工程岩体的动力平稳性。一般来讲，工程岩体的动力平稳性指的是煤柱、上覆或下伏岩层力学这些系统受到外力作用，随着时间的推移本来的平衡或运动状态和内部结构功能是否能保持一致。对工程动力稳定性的探讨主要应该研究对煤柱动力稳定性的相关影响原因。根据物理力学的原理，主要研究深部开采工程岩体动力学的模型，找出深部开采煤柱变形、滑动和破坏等平稳性模型以及如何判定稳定性的标准，并进行分析。要解决地表与岩体预测和控制问题，就要研究出岩体动力平稳性的规律。
4.2对深井巷道矿压基础进行研究
矿压问题是直接影响煤矿生产和安全问题的重要因素，对它的基础理论进行研究是解决巷道工程的基本依据。只有对深部巷道围岩的变形规律有较深的认识，才能让巷道围岩的控制问题具有科学性质。
4.3对深井巷道的安排和底鼓预防的研究
巷道的稳定性是设计的关键问题，因为它直接影响着生产安全。针对巷道的特性，对原来浅部巷道的安排方式要进行改进，要尽量躲开应力的高峰期，对开采的程序进行优化，把动压对巷道的影响程度降到最低。底鼓是引起深井巷道失去平衡的主要原因，因此，对底鼓的防治是深井巷道进行维护的主要内容。当前我国对底鼓都没有采取相应对策，因此，有必要和卸压加固技术相结合，从而研究出一套可以防治底鼓的相应措施。
4.4深部开采发生灾害机理研究
在进行深部开采过程中，深部岩体的基本特性和组织结构都会发生变化，从而造成深部开采事故的经常发生。因此，对于深部开采发生灾害的机理进行研究是非常必要的。要对引起事故发生的因素进行探讨，分析它们之间的联系和规律，总结出一套预测方法和预防措施。
参考文献：
[1]伊传理，李化敏.我国煤矿深部开采问题探讨[J].煤矿设计，2009（8）：7-11.
[2]邹友峰，柴华彬.我国条带煤柱稳定性研究现状及存在问题[J].采矿与安全科学学报，2006，23（2）：141-145.
论文作者:冷光海
论文发表刊物:《基层建设》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/13
标签：巷道论文; 围岩论文; 深部论文; 岩石论文; 深井论文; 岩层论文; 应力论文; 《基层建设》2017年第7期论文;