深部煤矿掘进面临的挑战与对策研究

深部煤矿掘进面临的挑战与对策研究

杨家旺

开滦股份范各庄矿业分公司  唐山市063108

摘要

随着全球能源需求的持续增长和浅部煤炭资源的逐渐枯竭，深部煤矿掘进已成为煤炭行业的重要发展趋势。然而，深部煤矿掘进面临着高地应力、高温高压、高瓦斯等复杂地质条件和技术挑战。本文首先分析了深部煤矿掘进面临的主要挑战，包括地质条件复杂、高地应力与岩爆、高温高湿环境、瓦斯灾害防治等，随后提出了相应的对策和技术创新方向。通过本文的研究，旨在为深部煤矿掘进的安全、高效、可持续发展提供理论支持和实践指导。

关键词：深部煤矿；掘进；挑战；对策

1. 引言

深部煤矿掘进是煤炭行业应对资源枯竭、保障能源供应的重要途径。然而，随着开采深度的增加，深部煤矿掘进面临着前所未有的技术挑战和安全风险。本文旨在深入分析这些挑战，并提出有效的对策，以推动深部煤矿掘进的健康发展。

2.深部煤矿掘进面临的挑战

随着全球能源需求的持续增长和浅部煤炭资源的日益枯竭，深部煤矿掘进已成为煤炭行业不可避免的发展趋势。然而，这一进程并非坦途，而是充满了诸多挑战与困难。

2.1地质条件的复杂性

随着开采深度的增加，深部煤矿的地质条件变得异常复杂。断层、褶皱、陷落柱等地质构造频繁出现，使得掘进过程中需要频繁调整掘进方向和支护方案。同时，深部岩石的力学性质也发生显著变化，如硬度增加、脆性增强等，这些都增加了掘进的难度和成本。此外，深部岩石的渗透性也可能发生变化，导致地下水涌水量的增加，进一步加剧了掘进的复杂性。

2.2高地应力与岩爆风险

深部煤矿掘进时，高地应力是一个不可忽视的问题。高地应力不仅会导致巷道变形、支护困难，还可能引发岩爆等严重灾害。岩爆是由于地应力突然释放导致的岩石破裂和弹射现象，对掘进设备和人员安全构成极大威胁。随着开采深度的增加，高地应力的影响愈发显著，岩爆的风险也随之增加。

2.3高温高湿环境

深部煤矿掘进过程中，作业人员需要在高温高湿的环境中长时间工作。这种环境对人体健康产生不利影响，如体温调节失衡、水盐代谢紊乱、循环系统和神经系统受损等。此外，高温高湿环境还会对机械设备造成损害，如降低设备性能、加速设备老化等。这些因素都严重影响了掘进效率和作业安全。

2.4瓦斯灾害防治

深部煤矿掘进过程中，瓦斯涌出量显著增加，瓦斯灾害的风险也随之加大。瓦斯爆炸、瓦斯突出等灾害事故一旦发生，将造成巨大的人员伤亡和财产损失。因此，如何有效防治瓦斯灾害成为深部煤矿掘进的重要课题。然而，由于深部煤矿地质条件的复杂性，瓦斯防治工作面临诸多困难，如瓦斯赋存状态难以准确预测、瓦斯抽采效果不理想等。

2.5技术设备的适应性

深部煤矿掘进对技术设备的要求极高。然而，目前的技术设备在适应深部开采条件方面还存在诸多不足。例如，掘进设备的切割功率和破岩能力需要进一步提升；支护设备的稳定性和可靠性需要增强；通风降温设备需要更好地适应高温高湿环境等。此外，智能化、自动化技术在深部煤矿掘进中的应用还处于起步阶段，需要进一步研发和完善。

3.对策与技术创新方向

面对深部煤矿掘进过程中所面临的复杂地质条件、高地应力与岩爆风险、高温高湿环境、瓦斯灾害防治难题以及技术设备适应性挑战，我们必须采取一系列有效的对策，并明确技术创新的方向，以确保深部煤矿掘进的安全、高效与可持续发展。

3.1加强地质勘探与预测技术

地质勘探是深部煤矿掘进的基础性工作。为了更准确地掌握深部地质条件，我们需要加强地质勘探力度，采用先进的勘探技术和设备，如三维地震勘探、瞬变电磁法、地质雷达等，以获取更加详细、准确的地质信息。同时，利用大数据和人工智能技术，对地质数据进行深度挖掘和分析，建立地质模型，预测掘进过程中可能遇到的地质灾害，为掘进方案的制定提供科学依据。

3.2研发高地应力与岩爆防治技术

针对高地应力与岩爆风险，我们需要研发更加有效的防治技术。一方面，可以通过优化巷道布置和支护设计，提高巷道的稳定性和抗岩爆能力。例如，采用预应力锚索支护、注浆加固等技术，增强巷道的整体性和承载能力。另一方面，加强地应力监测和预警系统的建设，实时监测地应力变化，及时发现并预警岩爆风险。同时，研发岩爆预测模型和防治技术，如应力释放孔、卸压槽等，以降低岩爆发生的概率和危害程度。

3.3改善工作环境与设备适应性

针对高温高湿环境对作业人员和设备的不利影响，我们需要采取一系列措施改善工作环境。首先，加强通风降温系统的建设，提高矿井通风量，降低井下温度。其次，采用制冷设备、湿度调节技术等手段，改善井下空气质量。同时，研发适应高温高湿环境的机械设备，提高设备的耐高温、耐高湿性能，确保设备在恶劣环境下稳定运行。此外，加强作业人员的职业健康监护，提供必要的防护用品和健康保障措施。

3.4强化瓦斯灾害防治技术

瓦斯灾害是深部煤矿掘进过程中必须面对的重大威胁。为了有效防治瓦斯灾害，我们需要加强瓦斯监测和预警系统的建设，提高瓦斯监测的准确性和及时性。同时，优化瓦斯抽采工艺和技术，提高瓦斯抽采效率和效果。研发先进的瓦斯治理技术，如煤层注水、煤层气开采等，从源头上减少瓦斯涌出量。此外，加强矿工的安全教育和培训，提高他们应对瓦斯灾害的能力和意识。

3.5推动智能化掘进技术创新

智能化掘进技术是未来深部煤矿掘进的重要发展方向。我们需要加快智能化掘进技术的研发和应用步伐，提高掘进过程的自动化、智能化水平。一方面，研发智能掘进机器人、智能支护机器人等智能设备，实现掘进和支护作业的自动化和无人化。另一方面，利用物联网、大数据、云计算等现代信息技术，建立掘进过程的智能化监控系统，实现掘进参数的实时监测、分析和调整。同时，加强智能化掘进技术的集成和创新，形成具有自主知识产权的智能化掘进技术体系。

3.6促进产学研用深度融合

为了加快深部煤矿掘进技术的创新和发展，我们需要促进产学研用深度融合。一方面，加强与高校、科研院所的合作与交流，引进和培养高端技术人才和创新团队；另一方面，加强与煤炭企业的合作与对接，推动技术创新成果的转化和应用。同时，建立健全技术创新激励机制和知识产权保护制度，激发企业和科研人员的创新活力。

4.未来展望

随着科技的不断进步和全球能源结构的逐步调整，深部煤矿掘进技术将迎来更加广阔的发展前景。未来，智能化、绿色化、高效化将成为深部煤矿掘进技术发展的主旋律。

在智能化方面，随着人工智能、大数据、物联网等技术的深度融合，掘进设备将具备更高的自主决策能力和远程操控能力。通过构建智能感知、智能分析、智能决策和智能执行的闭环系统，掘进作业将实现全过程的智能化控制，大幅提升生产效率和安全性。

绿色化方面，随着环保意识的日益增强，深部煤矿掘进将更加注重环境保护和生态修复。通过采用先进的废水处理、废气净化技术，以及推广绿色开采工艺，减少对环境的影响，实现煤炭开采与生态环境的和谐共生。

高效化方面，随着技术的不断升级和创新，掘进设备的性能和效率将持续提升。通过优化设备设计、改进生产工艺、提高自动化水平等手段，降低掘进成本，提高开采效率，为企业创造更大的经济效益。

此外，未来深部煤矿掘进还将面临更多未知的挑战和机遇。随着全球能源需求的不断变化和技术的不断进步，我们将不断探索新的解决方案和创新路径，推动深部煤矿掘进技术的持续进步和发展。

结束语

深部煤矿掘进面临着复杂的地质条件和技术挑战，但通过加强地质勘探与预测、研发高地应力与岩爆防治技术、改善工作环境与设备、强化瓦斯灾害防治以及推动智能化掘进技术发展等对策，可以有效应对这些挑战。未来，随着技术的不断进步和创新，深部煤矿掘进将实现更加安全、高效、可持续的发展。

参考文献

[1]刘鹏城.煤矿开采过程中存在问题及应对措施浅析[J].中国战略新兴产业(理论版),2019,000(017):1-1.