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A070301深部开采岩体力学及工程灾害控制研究
深部开采岩体力学及工程灾害控制研究
何满潮1,2谢和平1彭苏萍1姜耀东1
【1.中国矿业大学(北京),北京100083;2.中国地质大学(北京),北京100083】
摘要深部开采工程中产生的岩石力学问题是目前国内外采矿及岩石力学界研究的焦点,国内外学者通过理论研究、室内及现场实验研究取得了大量的成果。
本文结合笔者的研究工作,总结分析了深部开采与浅部开采岩体工程力学特性的主要区别,主要表现在“三高一扰动”的恶劣环境、五个力学特性转化特点、四个方面的矿井转型、六大灾害表现形式。
针对深部工程所处的特殊地质力学环境,通过对深部工程岩体非线性力学特点的深入研究,指出进入深部的工程岩体所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统,而是非线性力学系统,传统理论、方法与技术已经部分或相当大部分失效,深入进行深部工程岩体的基础理论研究已势在必行。
关键词岩石力学深部开采三高一扰动工程特性灾害控制
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1引言
地下能源与矿产资源的有效、稳定开发和利用是保持国民经济持续发展和国家经济安全战略实施的重要保障。
随着对能源需求量的增加和开采强度的不断加大,浅部资源日益减少,国内外矿山都相继进入深部资源开采状态。
在煤炭资源开采方面,我国目前已探明的煤炭资源量占世界总量的11.1%,石油和天然气仅占总量的2.4%和1.2%。
而我国埋深在1000m以下的煤炭资源为2.95万亿t,占煤炭资源总量的53%[1]。
根据目前资源开采状况,我国煤矿开采深度以每年8~12m的速度增加,东部矿井正以每10年100~250m的速度发展[2-3]。
近年来己有一批矿山进入深部开采阶段。
其中,在煤炭开采方面,沈阳采屯矿开采深度为1197m、开滦赵各庄矿开采深度为1159m、徐州张小楼矿开采深度为1100m、北票冠山矿开采深度为1059m、新汶孙村矿开采深度为1055m、北京门头沟开采深度为1008m、长广矿开采深度为1000m。
可以预计在未来20年我国很多煤矿将进入到1000~1500m的深度。
我国国有重点煤矿平均采深变化趋势如图1所示。
图1我国国有重点煤矿平均采深变化趋势
在其他矿产资源开采方面,随着需求量的不断增长,年需矿石的缺口越来越大,仅铜矿的缺口,“九五”期间就达到了8000万t/年,在我国已探明的45种主要矿产中,到2010年可满足需求的只有21种,到2020年将下降为6种,2020年预计我国铁矿石需求量为3.71亿t,其保证度只有62%,铜的需求量220万t,保证度只有57%[4]。
目前,大批金属与有色金属矿山已转入深部开采,红透山铜矿目前开采己进入900~1100m深度,冬瓜山铜矿现已建成2条超1000m竖井来进行深部开采,弓长岭铁矿设计开拓水平750m,距地表达1000m,夹皮沟金矿二道沟坑口矿体延深至1050m,湘西金矿开拓38个中段,垂深超过850m。
此外,还有寿王坟铜矿、凡口铅钵矿、金川镍矿、乳山金矿等许多矿山都将进行深部开采。
预计将有2/5的地下矿山在3~5年后转入深部开采,在今后10~20年内,我国金属和有色金属矿山将进入1000~2000m深度开采。
而国外地下矿产资源的开采已经进入深部开采阶段。
据不完全统计[5-9],国外开采深度超千米的金属矿山有80多座,其中最多为南非。
南非绝大多数金矿的开采深度大都在1000m以下。
其中,Anglogold有限公司的西部深井金矿,采矿深度达3700m,WestDriefovten金矿矿体赋存于地下600m,并一直延伸至6000m以下。
印度的Kolar金矿区,己有三座金矿采深超2400m,其中钱皮恩里夫金矿共开拓112个阶段,总深3260m。
俄罗斯的克里沃罗格铁矿区,已有捷尔任斯基、基洛夫、共产国际等8座矿山采准深度达910m,开拓深度到1570m,将来要达到2000~2500m。
另外,加拿大、美国、澳大利亚一些有色金属矿山采深亦超过1000m。
国外一些主要产煤国家从20世纪60年代就开始进入深井开采。
1960年前,西德平均开采深度已经达650m,1987年已将近达900m;原苏联在20世纪80年代末就有一半以上产量来自600m以下深部。
国外深部工程开采现状如图2所示。
图2国外深部工程开采现状
随着开采深度的不断增加,地质环境更加复杂,地应力增大、涌水量加大、地温升高,导致突发性工程灾害和重大恶性事故增加,如矿井冲击地压、瓦斯爆炸、矿压显现加剧、巷道围岩大变形、流变、地温升高等,对深部资源的安全高效开采造成了巨大威胁。
2国内外研究现状
深部开采工程岩石力学主要是指在进行深部资源开采过程中而引发的与巷道工程及采场工程有关的岩石力学问题。
而目前深部资源开采过程中所产生的岩石力学问题已成为国内外研究的焦点[1,2,4,10~17]。
早在20世纪80年代初,国外已经开始注意对深井问题的研究。
1983年,原苏联的权威学者就提出对超过1600m的深(煤)矿井开采进行专题研究。
当时的西德还建立了特大型模拟试验台,专门对1600m深矿井的三维矿压问题进行了模拟试验研究。
1989年岩石力学学会曾在法国召开“深部岩石力学”问题国际会议,并出版了相关的专著。
近二十年来,国内外学者在岩爆预测、软岩大变形机制、隧道涌水量预测及岩爆防治措施(改善围岩的物理力学性质、应力解除、及时进行锚喷支护施工、合理的施工方法等)、软岩防治措施(加强稳定掌子面、加强基脚及防止断面挤入、防止开裂的锚、喷、支,分断面开挖等)等各方面进行了深入的研究,取得了很大的成绩。
一些有深井开采矿山的国家,如美国、加拿大、澳大利亚、南非,波兰等,政府、工业部门和研究机构密切配合,集中人力和财力紧密结合深部开采相关理论和技术开展基础问题的研究。
南非政府、大学与工业部门密切配合,从1998年7月开始启动了一个“DeepMine”的研究计划,耗资约合1.38亿美元,旨在解决深部的金矿安全、经济开采所需解决的一些关键问题。
加拿大联邦和省政府及采矿工业部门合作开展了为期10年的两个深井研究计划,在微震与岩爆的统计预报方面的计算机模型研究,以及针对岩爆潜在区的支护体系和岩爆危险评估等进行了卓有成效的探讨。
美国Idaho大学、密西根工业大学及西南研究院就此展开了深井开采研究,并与美国国防部合作,就岩爆引发的地震信号和天然地震或化爆与核爆信号的差异与辨别进行了研究。
西澳大利亚大学在深井开采方面也进行了大量工作。
近些年来,随着我国国民经济和科学技术的发展,复杂地质条件下一些长深铁路、公路隧道的修建,深部开采事故的预防应用和发展了许多先进的科学技术和理论,在软岩支护、岩爆防治、超前探测、信息化施工等方面,隧道工程部门、中国矿业大学、中南大学、东北大学、重庆大学、同济大学、西南交通大学等进行了大量的研究和实践,积累了丰富的实践经验,具有开展相关研究的基础与条件。
“九五”期间,中国矿业大学在深部煤矿开发中灾害预测和防治研究、武汉岩土所在峒室优化及稳定性研究、中南大学《千米深井岩爆发生机理与控制技术研究》、北京科技大学《抚顺老虎台矿开采引发矿震的研究》等都做了许多有益工作,取得了重要成果。
目前该领域的研究主要进展有以下几个方面。
2.1深部岩石的变形性质
(1)深部岩体的脆–延转化
岩石在不同围压下表现出不同的峰后特性,在较低围压下表现为脆性的岩石可以在高围压下转化为延性。
自vonKarman(1911)首先用大理岩进行不同围压条件下的力学实验以来,人们针对围压对岩石力学性质的影响进行了大量实验研究。
文[18]在室温下对大理岩进行了实验,证明了随着压力增大岩石变形行为由脆性向延性转变的特性。
文[19,20]发表过类似的实验结果,并指出脆–延转化通常与岩石强度有关。
文[21]也曾获得过类似的结论,但对于诸如花岗岩和大理岩这类岩石,在室温下即使围压达到1000MPa甚至以上时仍表现为脆性。
而有的现场观测资料表明,像花岗闪长岩这种极坚硬的岩石在长期地质力作用下也会发生很大延性变形。
岩石破坏时在不同的围压水平上表现出不同的应变值,当岩石发生脆性破坏时,通常不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,其永久应变通常较大,因此,文[22,23]用岩石破坏时的应变值作为脆–延转化判别标准。
文[24]根据亚洲、欧洲、美洲和非洲的101个砂岩试件的实验数据,对岩石的脆–延转化规律进行了深入研究,系统分析了脆–延转化临界条件,并研究了脆–延转化过程中的过渡态性质,文[25]认为过渡态中,通常具有脆性破坏的特征,也具有延性变形的性质。
岩石脆–延转化临界条件的诸多成果还来自于地壳岩石圈动力学中,普遍认为,随着深度的增加当岩层中压力和温度达到一定条件时,岩石即发生脆–延转化,所以存在转化深度的概念,当然该深度还与岩石性质有关。
文[26,27]认为当摩擦强度与蠕变强度相等时岩石即进入延性变形状态。
文[28]给出了地球岩石圈各种强度的推测曲线,文[29,30]还发现在脆性向延性转换深度上存在着很高的应力释放。
总之,脆–延转化是岩石在高温和高压作用下表现出的一种特殊的变形性质,如果说浅部低围压下岩石破坏仅伴有少量甚至完全没有永久变形的话,则深部高围压条件下岩石的破坏往往伴随有较大的塑性变形,目前的研究大多集中在脆–延转化的判断标准上,而对于脆–延转化的机理却研究较少,还没有比较成熟的成果。
(2)深部岩石的流变特性
在深部高应力环境中,岩石具有强时间效应,表现为明显的流变或蠕变。
文[31,32]在研究核废料处置时,研究了核废料储存库围岩的长期稳定性和时间效应问题。
一般认为,优质硬岩不会产生较大的流变,但南非深部开采实践表明,深部环境下硬岩同样会产生明显的时间效应[33,34]。
对于软岩巷道,文[35]提出了一个非常简单的参数—岩体的承载因子(即岩体强度和地应力的比值)来衡量巷道围岩的流变性。
文[36]讨论了该参数的适用范围,文[37]通过对大量日本的软岩巷道调查后发现,发生明显流变的巷道围岩承载因子都小于2。
该结论是针对典型软岩如泥岩、凝灰岩、页岩和粉砂岩等得出的,且埋深都小于400m,该准则是否适用于深部硬岩目前尚无定论。
文[33,34,38,39]系统研究了南非金矿深部硬岩的流变性,发现高应力导致围岩流变性十分明显,支护极其困难,巷道最大收缩率曾达到了500mm/月的水平[39]。
岩石在高应力和其他不利因素的共同作用下,其蠕变更为显著,这种情况在核废料处置中十分普遍。
例如,质地非常坚硬的花岗岩,在长时微破裂效应和地下水力诱致应力腐蚀(waterinducedstresscorrosion)的双重不利因素作用下,同样会对存贮库近场区域的岩石强度产生很大的削弱作用[40]。
蠕变的发生还与岩体中微破裂导致的岩石剥离有关,根据瑞典Forsmark核废料候选场址的观测记录以及长时蠕变准则的推测,预计该硐库围岩经历1000年后,岩石剥落波及的深度将达到3m[41]。
(3)深部岩石的扩容性质
文[42]首次在单轴压缩实验中观测到岩石破裂前出现体积增大现象,文[43]在围压下同样也观测到了扩容现象,不过,随着围压的增大,扩容的数值会降低。
文[24]的实验进一步表明,在低围压下,岩石往往会在低于峰值强度时由于内部微裂纹张开而产生扩容现象,但在高围压下,岩石的这种扩容现象不明显甚至完全消失。
2.2深部岩石的强度和破坏特征
研究表明[44,45],总体上岩石的强度随深度的增加而有所提高。
如有的矿区从深度小于600m变化到800~1000m时,强度为21~40MPa的岩石所占的比重从30%减少到24%,而强度为81~100MPa岩石的比重则从5.5%增加到24.5%,并且岩石更脆,更容易发生岩爆。
文[23]根据大量实验数据,总结了在非常高的侧向应力(高达700MPa)下的岩石强度准则,提出了一个非线性的岩石强度准则。
文[46]根据实验发现,在200~280℃和不同围压的条件下,花岗岩具有较低的强度值,据此,他们提出了地壳强度结构的圣诞树模型,合理解释了大陆地壳多震层的成因。
随着开采深度的增加,岩石破坏机理也随之转化,由浅部的脆性能或断裂韧度控制的破坏转化为深部开采条件下由侧向应力控制的断裂生长破坏,更进一步,实际上就是由浅部的动态破坏转化为深部的准静态破坏,以及由浅部的脆性力学响应转化为深部的潜在的延性行为力学响应[47]。
与此观点相反,有些人则认为深部岩体的破坏更多地表现为动态的突然破坏,即岩爆或矿震[48]。
深部开采中,不仅岩爆的发生与岩层的运动速率存在十分明显的关系,且岩爆的强度与震级也与岩层的运动速率有关[49]。
因此,目前预报岩爆的重要参数就是岩层的位移和运动速率。
另外,深部开采引起的开采沉陷极有可能成为岩爆的诱因,同时地质结构面(弱面)的活化也可能导致岩爆,地质构造面附近的应力重新分布甚至有可能导致一系列的前震(foreshocks),因此,深部矿井岩爆的空间分布和时间分布都十分复杂,且岩爆事件组成的时间序列很有可能不符合正态分布[50]。
2.3深部岩石的破碎诱导机理
在深井开采中,坚硬矿岩出现的“好凿好爆”现象给人们重要启示,这种现象应该是高应力所致。
因此,在深部开采中,如何有效地预防和抑制由高应力诱发的岩爆等灾害性事故发生的同时,又充分利用高应力与应力波应力场叠加组合高效率的破裂矿岩,应成为深部开采中需要迫切研究的课题。
近十几年来,国内外对岩石分别在高应力状态和动荷载作用下的特性与响应做了一系列细致而深入的研究。
以三轴实验仪为主要实验设备,对岩石在高应力状态下的物理特性与破坏进行了实验研究,利用细观力学、断裂力学以及损伤力学等现代理论,对岩石的本构特征、断裂破坏机理进行了理论与数值分析,从而对冲击地压、岩爆等物理现象有了本质的认识[51~53];另一方面,以霍布金逊压杆与轻气炮为主要冲击实验设备,对岩石在动荷载作用下高应变率段的动力参量与动力性质进行了实验研究,并从应力波理论的角度利用各种现代方法对岩石的动态本构特征、应力波在岩石中的传播与能量耗散以及界面边界效应等方面进行了理论分析推导与数值模拟,从而得到了一系列岩石动态破坏规律[54~58]。
纵观国内外的研究,我们发现,至今为止还没有重视在高应力状态下的岩石动态特性与碎裂机理的研究[59,60]。
有限的研究主要限制在脆性材料在高应力与应力脉冲组合下的理论分析上[61]。
3深部开采与浅部开采的区别
深部开采与浅部开采的区别在于深部岩石所处的特殊环境,即“三高一扰动”的复杂力学环境。
3.1“三高”
“三高”主要是指高地应力、高地温、高岩溶水压。
(1)高地应力
进入深部开采以后,仅重力引起的垂直原岩应力通常就超过工程岩体的抗压强度(>20MPa),而由于工程开挖所引起的应力集中水平则远大于工程岩体的强度(>40MPa)。
据已有的地应力资料显示,深部岩体形成历史久远,留有远古构造运动的痕迹,其中存有构造应力场或残余构造应力场。
二者的叠合累积为高应力,在深部岩体中形成了异常的地应力场。
据南非地应力测定,在3500~5000m之间,地应力水平为95~135MPa。
(2)高地温
根据量测,越往地下深处,地温越高。
地温梯度一般为30~50℃/km不等,常规情况下的地温梯度为30℃/km。
断层附近或导热率高的异常局部地区,地温梯度有时高达200℃/km。
岩体在超常规温度环境下,表现出的力学、变形性质与普通环境条件下具有很大差别。
地温可以使岩体热胀冷缩破碎,而且岩体内温度变化1℃可产生0.4~0.5MPa的地应力变化。
岩体温度升高产生的地应力变化对工程岩体的力学特性会产生显著的影响。
(3)高岩溶水压
进入深部以后,随着地应力及地温升高,同时会伴随岩溶水压的升高,在采深大于1000m时,其岩溶水压将高达7MPa,甚至更高。
岩溶水压的升高,使得矿井突水灾害更为严重。
3.2采矿扰动
采矿扰动主要指强烈的开采扰动。
进入深部开采后,在承受高地应力的同时,大多数巷道要经受硕大的回采空间引起强烈的支承压力作用,使受采动影响的巷道围岩压力数倍、甚至近十倍于原岩应力,从而造成在浅部表现为普通坚硬的岩石,在深部却可能表现出软岩大变形、大地压、难支护的特征;浅部的原岩体大多处于弹性应力状态,而进入深部以后则可能处于塑性状态,即有各向不等压的原岩应力引起的压、剪应力超过岩石的强度,造成岩石的破坏。
4深部开采工程岩体力学特性
4.1深部工程岩体的地质力学特性
与浅部岩体相比,深部岩体是具有漫长地质历史背景、充满建造和改造历史遗留痕迹、并具有现代地质环境特点的复杂地质力学材料,如图3所示。
图3深部岩体地质力学特点
深部工程岩体产生冲击地压、岩爆、瓦斯突出、流变、底板突水等非线性力学现象的原因,是由于深部岩体因其所处的地球物理环境的特殊性和应力场的复杂性所致。
受其影响,深部岩体的受力及其作用过程所属的力学系统不再是浅部工程围岩所属的线性力学系统(虽然由于地质条件的复杂性也含有非线性力学问题),而是非线性力学系统,其稳定性控制的难点和复杂性在于不再含有线性问题,如表1所示。
表1深部岩体与浅部岩体的受力特点对比
材料
受力特点
力学特点
能量场特点
加载过程
叠加原理
工程设计方法
地面建筑材料(砖)
自重
线性
保守
无关
遵循
参数设计
浅部岩体
自重&低地应力
线性
保守
无关
遵循
深部岩体
自重&高地应力
非线性
耗散场
密切相关
不遵循
非线性力学设计
4.2深部工程岩体的工程力学特性
进入深部后,受“三高一扰动”作用,深部工程围岩的地质力学环境较浅部发生了很大变化,从而使深部工程围岩表现出特有的力学特征,主要包括以下五个转化特点。
(1)围岩应力场的复杂性
浅部巷道围岩状态通常可分为松动区、塑性区和弹性区三个区域,其本构关系可采用弹塑性力学理论进行推导求解[62]。
然而,研究表明,深部巷道围岩产生膨胀带和压缩带,或称为破裂区和未破坏区交替出现的情形,且其宽度按等比数列递增,这一现象被称为区域破裂现象(据E.I.Shemyakin)。
现场实测也证明了深部巷道围岩变形力学的拉压域复合特征[63]。
因此,深部巷道围岩的应力场更为复杂。
(2)围岩的大变形和强流变性特性
研究表明,进入深部后岩体变形具有两种完全不同的趋势,一是岩体表现为持续的强流变特性,不仅变形量大,而且具有明显的“时间效应”[64,65],如煤矿中有的巷道20余年底臌不止,累计底臌量达数10m。
文[33,34,39]对南非金矿深部围岩的流变性进行了系统研究,发现其围岩流变性十分明显,巷道围岩最大移近速度达500mm/月。
二是岩体并没有发生明显变形,但十分破碎,处于破裂状态,按传统的岩体破坏、失稳的概念,这种岩体已不再具有承载特性,但事实上,它仍然具有承载和再次稳定的能力[65~67],借助这一特性,有些巷道还特地将其布置在破碎岩(煤)体中,如沿空掘巷。
(3)动力响应的突变性
浅部岩体破坏通常表现为一个渐进过程,具有明显的破坏前兆(变形加剧)。
而深部岩体的动力响应过程往往是突发的、无前兆的突变过程,具有强烈的冲击破坏特性,宏观表现为巷道顶板或周边围岩的大范围的突然失稳、坍塌[48,68,69]。
(4)深部岩体的脆性——延性转化
试验研究表明[18,21,23,24],岩石在不同围压条件下表现出不同的峰后特性,由此,最终破坏时应变值也不相同。
在浅部(低围压)开采中,岩石破坏以脆性为主,通常没有或仅有少量的永久变形或塑性变形;而进入深部开采以后,因在“三高一扰动”作用下,岩石表现出峰后强度特性,在高围压作用下岩石可能转化为延性,破坏时其永久变形量通常较大。
因此,随着开采深度的增加,岩石已由浅部的脆性力学响应转化为深部潜在的延性力学响应行为[47]。
(5)深部岩体开挖岩溶突水的瞬时性
浅部资源开采中,矿井水主要来源是第四系含水层或地表水通过采动裂隙网络进入采场和巷道,水压小,渗水通道范围大,基本服从岩体等效连续介质渗流模型,涌水量可根据岩体的渗透率张量进行定量估算,因此,突水预测预报尚具可行性。
而深部的状况却十分特殊,首先,随着采深加大,承压水位高,水头压力大;其次,由于采掘扰动造成断层或裂隙活化,而形成渗流通道相对集中,矿井涌水通道范围窄,使奥陶系岩溶水对巷道围岩和顶底板形成严重的突水灾害。
另外,突水往往发生在采掘活动结束后的一段时间内,具有明显的瞬时突发性和不可预测性。
5深部开采工程灾害表现形式
由于深部岩石力学具有明显区别于浅部岩石力学的重要特征,再加上赋存环境的复杂性,致使进入深部开采后以岩爆、突水、顶板大面积来压和采空区失稳为代表的一系列灾害性事故与浅部工程灾害相比较,程度加剧,频度提高,成灾机理更加复杂。
深部工程灾害主要表现为以下六大灾害形式。
(1)岩爆频率和强度均明显增加
有关统计资料表明,岩爆多发生在强度高、厚度大的坚硬岩(煤)层中,主要影响因素包括煤层顶底板条件、原岩应力、埋深、煤层物理力学特性、厚度及倾角等。
目前的统计资料显示,尽管在极浅的硬煤层中(深度小于100m,有的甚至在30~50m)也有发生岩爆的记载,但总的来看,岩爆与采深有密切关系,即随着开采深度的增加,岩爆的发生次数、强度和规模也会随之上升。
(2)采场矿压显现剧烈
随着采深的增加引起的覆岩自重压力的增大和构造应力的增强,表现为围岩发生剧烈变形、巷道和采场失稳、并易发生破坏性的冲击地压,给顶板管理带来许多困难。
(3)突水事故趋于严重
自1984年6月2日开滦矿务局范各庄矿发生井下岩溶陷落柱特大突水灾害以来,先后在淮北杨庄矿、义马新安矿、峰峰梧桐矿、皖北任楼矿、徐州张集矿又相继发生特大型奥灰岩岩溶突水淹井事故,初步估计,经济损失超过27亿元,同时产生了若干地质环境负效应。
(4)巷道围岩变形量大、破坏具有区域性
与浅部一样,深部巷道支护的目的仍是尽量保持围岩的完整性以及避免破碎岩体进一步产生位移。
深部开采一方面自重应力逐渐增加,同时由于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。
据煤炭行业的有关资料表明,近10年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%。
另外,浅部围岩在临近破坏时往往出现加速变形的现象,工程技术人员常常根据这一现象进行破坏之前的预测预报,且浅部围岩的破坏一般发生在局部范围内。
而深部围岩在破坏之前几乎处于不变形状态,破坏前兆非常不明显,使破坏预测预报十分困难,从而造成深部围岩的破坏往往是大面积的发生,具有区域性,如巷道大面积的冒顶垮落等。
(5)地温升高、作业环境恶化
深部开采条件下,岩层温度将达到摄氏几十度的高温,如俄罗斯千米平均地温为30~40℃,个别达52℃,南非某金矿3000m时地温达70℃。
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。
(6)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。
在另一方面,深部煤层处于较高的温度环境下,更易引起煤层的自燃发火、触发矿井火灾、瓦斯爆炸事故的发生。
6深部开采四个矿井转型
浅部开采时所确定的矿井类型,进入深部开采后,由于地质力学环境的改变和力学性质的转化,矿井的类型也发生转变。
在矿井转型期间,人们的思想尚未认知,特别容易发生事故。
因此,转型期将(已)是事故多发期。
矿井转型主要表现在以下四个方面。
(1)硬岩矿井向软岩矿井的转化
浅部原岩体多数处于弹性应力状态,但进入深部以后,在高地应力以及采掘扰动力等的作用下,浅部表现为普通坚硬的岩石,在深部可能表现出大变形、难支护的软岩特征,即矿井由浅
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