深部煤炭的开采环境、挑战与思考

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1、深部煤炭的开采环境、挑战与思考张农中国矿业大学〔全国煤矿千米深井开采技术座谈会资料之五〕提纲引言千米深井分布情况深部开采环境及挑战深井开采方法的思考结束语一、引言我国煤炭供给支撑着国民经济的快速发展，保障着国家的能源安全。煤炭产量与GDP增长的关系我国煤炭产量连续多年位居世界第一，2012年36.5亿吨，约占世界产量50%。国家《能源中长期发展规划纲要（2004～2020年）》已经确定，中国将“坚持以煤炭为主体、油气和新能源全面发展的能源战略”。从我国能源结构看，在相当长的时期内，煤炭作为我国的主导能源不可替代

2、！我国探明的煤炭资源总量中：60%埋藏深度＞800m53%埋藏深度＞1000m煤炭开采深度正以每年8-12米的速度增加，中东部矿区每年10-25米急剧进入深部开采。从资源赋存特点和开采延伸速度看，深部开采势在必行！中国与世界的煤炭产量（据英国BP）2011年中国超越日本成为全球最大煤炭进口国，全年共进口煤炭1.824亿吨，2012年中国累计进口煤炭2.86亿吨，同比增长59%。47.5%36.52002年以来世界煤炭产量的净增长量的平均贡献率中国（70%）其他（30%）从世界煤炭格局看，我国煤炭的分量越来越重，

3、深井开采只有立足于自主创新！未来5～10年，全国将有更多地煤矿转移至深部，中东部矿区全面进入深部开采！我国煤炭资源赋存条件、我国能源生产和消费结构特点决定了必须将深部的煤炭资源开采出来加以利用。义务、责任、能力！井深（m）个数比例（%）已建矿井建设中矿井990~100024.26201000~11002859.572351100~1200714.89701200~1300817.02801300~140012.13101500~160012.1310合计47100.00425山东省新汶矿业集团孙村煤矿立井开采深

4、度：1501m（2012年）华能核桃峪矿井（甘肃华亭）主斜井长度：5875m；垂深：975m二、千米深井分布情况1）千米深井井深统计表省份数量江苏7山东21安徽6河南4河北4黑龙江2吉林2辽宁12）千米深井分省布局图我国千米矿井平均年产量：205.66万吨，平均剩余服务年限：33.73年3）千米深井产量和服务年限我国千米深井产量统计图二、千米深井分布情况2、深部开采面临的技术挑战1、深部开采的工程地质环境三、深部开采环境及挑战五高高地应力高瓦斯高工作面环境温度高冲击矿压倾向性高渗透压两扰动开采的强烈应力扰动巷道

5、群开挖时序的强烈扰动1、深部开采的工程地质环境1）高地应力采深500m1000m垂直地应力13.5MPa27.0MPa后期构造运动煤层形成较大的构造应力场+垂直应力水平分量水平应力>垂直应力淮南实测侧压系数（19点）>1：<118：12）高瓦斯深部矿井浅部矿井运移通道畅通低瓦斯高瓦斯运移通道不畅通3）高工作面环境温度采深温度2.5~3.0℃/100m我国47对千米深井工作面温度:30～40℃危害：岩体热胀冷缩破碎，温度变化1℃可产生0.4～0.5MPa的地应力变化工人工作效率下降，易引发事故4）高冲击矿压倾向性

6、采深增加自重应力增加构造复杂能量聚集工程扰动>矿体失稳破坏所需要的能量冲击地压非冲矿井冲击矿井演变浅部深部第四纪含水层地表水承压水水压小涌水量小水压大涌水量大采掘活动导致断层裂隙活化突水灾害+5）高渗透压深部高地应力开采活动数倍的原岩应力附加浅部工程硬岩深部工程软岩演变弹性应力状态塑性应力状态演变6）强烈的开采应力扰动巷道群掘进先掘巷道后掘巷道强扰动影响底臌、两帮急剧收敛高地应力7）巷道群开挖时序的强烈扰动三方面七大问题环境热害冲击地压煤与瓦斯突出矿井突水深井矿压煤层自燃高运行成本2、面临的技术挑战效率安全成本

7、深部岩石力学行为发生质变，表现特殊，冲击矿压频率和强度均明显增加，成灾机理更加复杂，防治愈加困难。顶板成为煤矿第一大事故源，严重影响煤矿的安全状况。冲击地压发生前后（抚顺）突出表现之一：顶板可靠性降低、动力灾害频发2012年煤矿各类事故起数分布顶板事故50%巷道维护难：围岩松软，冲击矿压频发瓦斯抽采难：煤层渗透率低，瓦斯处于吸附状态水害治理难：裂隙发育，承压水威胁大抽采钻孔施工难度大巷道发生剧烈变形突出表现之二：开采效率低、成本高深部问题主要是高应力水平产生的，两条技术路线：1、静态开采：尽可能小的应力扰动技术

8、途径：充填置换开采适用条件：地面环境要求、承压水害防治2、卸压开采：制造大范围的低应力区技术途径：安全层的无煤柱连续开采适用条件：无水害煤层群、可以疏干水的煤层群四、深井开采方法的思考传统开采方法在深部的几个突出问题卸压开采的基本设想和步骤高瓦斯煤层群的卸压开采模式2、卸压开采方法高瓦斯煤层群可采煤层（8~15层）煤层瓦斯含量高（12～36m3/t）埋藏深（400～1500m）极松软（