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目的

　　隨著淺部煤炭資源的逐漸減少甚至枯竭，地下開(kāi)采的深度越來(lái)越大，越來(lái)越多的礦井將面臨嚴(yán)峻的深部開(kāi)采問(wèn)題。但是，目前關(guān)于深部開(kāi)采的界定還沒(méi)有統(tǒng)一的科學(xué)定義，更沒(méi)有一個(gè)量化的標(biāo)準(zhǔn)，因此十分有必要從一個(gè)新的角度來(lái)認(rèn)識(shí)深部概念問(wèn)題。而且深部煤炭資源開(kāi)采量及開(kāi)采程度取決于目前的技術(shù)水平支撐及深部地溫導(dǎo)致的礦工作業(yè)安全及極限承受能力?；诖?，本文首先總結(jié)了國(guó)內(nèi)外煤炭深部開(kāi)采關(guān)于深度的界定，進(jìn)一步從礦井溫度、巷道圍巖變形控制、煤巖體彈性能聚集與釋放的突變分析等方面討論了開(kāi)采極限深度的概念。

方法

　?。?）通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在定量化判定深部界限的研究成果的總結(jié)與研究，根據(jù)這些研究成果從而更好更深入的研究有關(guān)深部的定義的界限。（2）通過(guò)對(duì)地溫平均梯度、巷道圍巖變形、巷道圍巖彈性能分析的研究來(lái)探討極限開(kāi)采深度。①通過(guò)研究煤礦深部地溫及平均溫度的梯度和人體承受的極限溫度來(lái)探討地溫平均梯度的極限開(kāi)采深度。②通過(guò)極限開(kāi)采深度的數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)統(tǒng)計(jì)來(lái)探討有關(guān)巷道圍巖變形的極限開(kāi)采深度。③通過(guò)研究U型鋼支架在不同埋深情況下所承擔(dān)的能量變化規(guī)律的數(shù)值模擬，分析出導(dǎo)致支架所承擔(dān)的極限能量的巷道埋深。

結(jié)果

　　（1）提出從應(yīng)力環(huán)境的角度定義煤炭深部開(kāi)采深度，即根據(jù)巖石力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)研究巖石強(qiáng)度和災(zāi)變臨界應(yīng)力狀態(tài)作為煤巖深部開(kāi)采深度準(zhǔn)則：σ1=σ2=σ3。（2）①巖溫隨埋深的變化公式為：Tgu=To+Gl(H-Ho)。深部地溫確定的煤礦開(kāi)采極限深度為：H≤(T_cr-T_a+S)/G_t +H_a=H_cr。②通過(guò)數(shù)值模擬可以得知，當(dāng)埋深小于1 400 m時(shí)，巷道收斂量隨著埋深增加的幅度較小，基本呈線性增大的關(guān)系;當(dāng)埋深達(dá)到1 400~1 500 m 時(shí)，巷道收斂量急劇增大，并且巷道收斂量和埋深之間呈非線性關(guān)系。③通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)可以得知當(dāng)采深達(dá)到1 300 m 時(shí)，圍巖變形已經(jīng)達(dá)到極限變形值，工字鋼支架已無(wú)法繼續(xù)承載，當(dāng)采深達(dá)到1 500 m 左右時(shí)，錨桿支護(hù)開(kāi)始失效，當(dāng)采深達(dá)到1 500 m左右時(shí)，桁架組合錨桿支護(hù)失效，當(dāng)采深達(dá)到1 600 m 左右時(shí)，鋼帶組合錨桿開(kāi)始失效，另外當(dāng)采深超過(guò)1 500 m 時(shí)，頂板下沉量劇烈增加。（3）隨著埋深的增加，巷道圍巖彈性能和支架彈性能都隨之增加。但當(dāng)埋深達(dá)到1 400~1 500 m時(shí)，由于U 型鋼支架失效，無(wú)法繼續(xù)承載，其彈性能驟減，呈現(xiàn)下降的態(tài)勢(shì)。當(dāng)埋深達(dá)到1 500 m 左右時(shí)，支架承載能力達(dá)到了極限，將無(wú)法繼續(xù)承載。

結(jié)論

　?。?）根據(jù)目前的科學(xué)發(fā)展水平，存在極限降溫值23 ℃，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》明確規(guī)定，采掘工作面空氣溫度不得超過(guò)26 ℃，硐室的空氣溫度不得超過(guò)30 ℃，可推出深部極限開(kāi)采深度上限值為1 471 m，下限值為1 618 m。（2）數(shù)值分析結(jié)果顯示，埋深1 400 ~1 500 m 時(shí)為極限深度。不同支護(hù)結(jié)構(gòu)具有不同的允許變形量，但其最大允許變形值均為200 mm 左右，而圍巖變形超過(guò)1 000 mm 時(shí)，支護(hù)將變得極其困難。（3）不同支護(hù)結(jié)構(gòu)在不同深度處將無(wú)法繼續(xù)承載，存在深部極限開(kāi)采閾值范圍1 000 ~1 600 m，若從安全角度考慮，可定義為1 500 m 左右時(shí)為極限深度。