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| 聚焦復雜難采 深化改革創(chuàng)新 奮力推動煤炭工業(yè)高質量發(fā)展 | |||
| 煤炭資訊網(wǎng) | 2024/10/17 9:36:47 要聞 | ||
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隨著開采深度的增加，受地質構造、資源賦存、災害耦合等先天條件以及安全管理、生產(chǎn)經(jīng)營等后天因素綜合影響，煤炭企業(yè)幾乎面臨著同一個難題：煤層復雜難采的特點愈加明顯。 難點一：巷道如何支護好? “深部與復雜巷道圍巖控制技術是復雜難采煤層開采的關鍵技術之一，穩(wěn)定、暢通的巷道是實現(xiàn)安全高效開采的必要條件。”中國工程院院士、中國煤炭科工集團首席科學家康紅普在全國煤礦復雜難采煤層開采現(xiàn)場會上指出。 我國煤礦賦存條件復雜，呈現(xiàn)出“深、軟、碎、沖”四個特點。“深”即開采深度深;“軟”即軟弱煤巖體，指的是煤層本身強度比較低，巖石遇水易軟化、膨脹，見風風化，強度進一步降低;“碎”即破碎巖體，巖塊強度并不低，但結構面發(fā)育，巖體整體強度低;“沖”即具有明顯沖擊傾向性的煤巖體，容易引發(fā)沖擊地壓事故。 “這些特點容易誘發(fā)深部與復雜巷道圍巖變形，甚至呈現(xiàn)巷道米級大變形，時效顯著;圍巖強度劣化、膨脹、擴容、流變，對應力與環(huán)境的變化敏感，可能會發(fā)生巷道沖擊變形、突然增大、煤巖體拋出等現(xiàn)象。”康紅普表示。 河南能源集團最大埋深700米以上的礦井有18處，最大深度達1018米。部分礦井伴有軟巖、構造煤、陷落柱、復雜斷層等構造，或存在“三下”壓煤、近距離突出煤層群等方面的開采難題。 “我們堅持以錨網(wǎng)主動支護為主，開展復雜地質條件錨網(wǎng)支護技術研究，先后破解了深井高地應力弱圍巖巷道、‘三軟’煤層巷道、底分層破碎頂板巷道、大傾角煤層巷道等錨網(wǎng)支護技術難題，新掘巷道錨網(wǎng)支護率達97%以上。”河南能源集團常務副總經(jīng)理宋錄生表示。 針對偃龍煤田“三軟”煤層支護難題，河南能源集團優(yōu)化形成煤巷“全錨索+U型鋼棚”復合支護模式，煤巷長度由150米至180米增加到1000米以上，徹底改變了原“巖巷+分段石門+短煤巷”分段低效開采模式，年巷道返修量減少約3000米，節(jié)約巷修成本2000余萬元。針對厚煤層底分層巷道頂板松軟破碎、穩(wěn)定性差問題，該集團采用“超前預注漿+高強錨索+雙工鋼組合梁”錨網(wǎng)索支護技術，每米單價降低3753元。 國家能源集團烏海能源公司主采的9號、10號煤層位于石炭系上統(tǒng)太原組中上部。兩個煤層為近距離煤層，采取聯(lián)合布置方式，下行分煤層開采。局部兩個煤層合并。開采10號煤層時，面臨頂板破碎、采空區(qū)再生頂板、采掘動壓相互影響、上部采空區(qū)瓦斯水害等困難。 為保證巷道頂板支護安全可靠，烏海能源公司把重點放在選擇科學有效的支護工藝及裝備上?；夭上锏乐ёo方面，9號煤層與10號煤層間距大于4米時，采用11號工字鋼梁棚(單腿雙梁)+2米螺紋鋼錨桿+4.3米錨索支護方式;9號煤層與10號煤層間距小于4米時，采用11號工字鋼梁棚(雙腿雙梁)支護方式;頂板破碎區(qū)域采用注漿錨桿、錨索進行加強支護;大斷面切眼(回撤通道)支護方面，采用預注加固材料加固頂板，配合“一梁三柱”抬棚+錨桿(索)支護頂板。 “如今，深部與復雜巷道圍巖控制難題還未完全解決，需要進一步深入研究不同類型深部與復雜巷道圍巖變形機理與控制技術。建議圍繞支護—改性—卸壓協(xié)同控制機理，深入研究圍巖及時封閉材料、高強度高延伸率錨桿錨索、微納米高效注漿材料以及高壓劈裂注漿設備、大流量水力壓裂裝備等。”康紅普表示。 難點二：開采如何適應“深”? 記者從全國煤礦復雜難采煤層開采現(xiàn)場會上了解到，我國有47處煤礦開采深度超過1000米，最深1510米(位于山東)。特別是中東部一些老礦區(qū)，淺部資源基本開采完畢，深部開采帶來的突水、瓦斯涌出、支護、沖擊地壓、高地溫等問題形勢嚴峻。 “隨著淺部資源不斷枯竭，深部煤炭開采是必然趨勢。”中國工程院院士、安徽理工大學校長袁亮指出，在深部高應力、高滲壓、高地溫的復雜條件下，低瓦斯礦井逐漸向高突礦井演變，沖擊傾向性逐漸增加。沖擊地壓、煤與瓦斯突出互相誘發(fā)等復合動力災害會成為主要災害。 另外，由淺部開采走向深部開采后，現(xiàn)有適用于淺部煤層群開采災害治理的傳統(tǒng)理論和技術有可能不再適用，甚至被顛覆。 “我們必須思考四個本質問題：深井煤巖非線性行為更加凸顯，災害致災原理與模型是否仍然適用?高應力和高能級災害更加凸顯，災害防治技術與裝備是否仍然適用?深井煤巖體多場耦合更加凸顯，災害監(jiān)測與預警手段是否仍然適用?深井巖層移動傳導復雜度凸顯，低損害開采控制技術是否仍然適用?”袁亮指出。 淮河能源控股集團潘二礦于1989年投產(chǎn)，是該集團投產(chǎn)時間最長的礦井。該礦由潘二礦和潘四東礦整合而成，一礦兩井三區(qū)，多水平開采，生產(chǎn)系統(tǒng)復雜。該礦已進入深部開采階段，具有高承壓水、高瓦斯、高地溫、高地壓、埋深大“四高一大”特點，且煤層自然發(fā)火期短。 “主采的5號、4號、3號、1號煤層均為突出煤層。恒溫帶深度30米，溫度16.8攝氏度，平均每百米增加3.57攝氏度，井下施工地點最高溫度40攝氏度。開采深度逐漸遞增，目前最大埋深已達700米。”潘二礦礦長姜自亮介紹。 為此，潘二礦構建起水害、瓦斯治理、火災防治、頂板治理等綜合治理體系。 在水害治理方面，潘二礦構建水害治理“四層網(wǎng)”，即三維地震勘探普查、地面區(qū)域超前探查、井下一組灰?guī)r含水層疏水降壓、回采期間進行微震監(jiān)測與預警。如今，該礦地面探查治理已完成7項，治理面積達3.23平方千米，完成投資3.67億元。 在瓦斯治理方面，潘二礦建立B組煤瓦斯治理模式，即明確首采關鍵保護層，實現(xiàn)卸壓抽采最大化，并建立保護層防突與瓦斯治理技術體系等。同時，潘二礦建立A組煤瓦斯治理模式，即采取“一面三巷”或“一面四巷”瓦斯治理模式。其中，掘進期間，采用底抽巷條帶穿層鉆孔預抽煤層瓦斯措施;回采期間，采用頂板走向鉆孔+底抽巷穿層鉆孔+上隅角埋管相結合的綜合抽采瓦斯措施。 “把井下治理搬到地面來，用超前治理時間換井下作業(yè)空間，用地面工程換井下安全。”姜自亮表示。 另外，潘二礦采用斷層帶注漿頂板改性、切頂卸壓、煤層注水等工藝治理頂板;采用大傾角剛柔聯(lián)合支護系統(tǒng)治理圍巖;安裝防倒、防滑、防飛矸設施等。 未來，潘二礦將在水與瓦斯共治創(chuàng)新模式、全方位立體瓦斯治理模式、石門揭煤地面鉆井掏煤減突技術、智能化打鉆、圍巖攻關治理方面探索。 袁亮建議，要解決深井高瓦斯煤層群開采災害致災機理及防控理論這個重大科學問題，“攻關深部煤礦瓦斯治理、動力災害防控技術與裝備迫在眉睫”。 難點三：災害耦合多變怎么辦? 中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長孫守仁在全國煤礦復雜難采煤層開采現(xiàn)場會上指出，目前，全國共有災害嚴重的正常生產(chǎn)煤礦1128處(不含高溫熱害和自燃易自燃情形)，薄煤層、傾斜急傾斜、“三下”開采等復雜地質構造開采應有盡有。 冀中能源集團在河北境內有34處煤礦，水文地質類型極復雜礦井4處、復雜礦井13處，主要集中在邯邢礦區(qū)，大部分已進入深部開采。大采深高承壓水礦井面臨著突水因素復雜、隱伏小型構造及陷落柱探測技術難度增大、上下組煤開采接近或超過“突水系數(shù)”規(guī)定上限、井下鉆探安全難以保證、淺部礦井防治水理論技術不能滿足深部開采需要等困難。 冀中能源集團原副總工程師蔣勤明表示，該集團堅持超前主動、區(qū)域治理、全面改造、實時監(jiān)控，建立了薄層灰?guī)r治理、煤系基底厚層灰?guī)r治理、多層立體治理的區(qū)域治理基本模式，應用長距離定向鉆探技術、自動化多材料注漿系統(tǒng)及注漿改造技術，形成系統(tǒng)化技術標準，最大定向分支孔鉆進距離達1800米。 在此基礎上，冀中能源集團首次提出底板巖溶水害區(qū)域治理新理念，形成華北型煤田深部開采區(qū)域防治水理論與成套技術。這套技術被寫進《煤礦防治水細則》。 山東能源集團魯西礦業(yè)公司現(xiàn)有煤礦15處，核定年生產(chǎn)能力2842萬噸，權屬煤礦災害類型復雜。 魯西礦業(yè)公司總工程師胡兆鋒介紹，該公司成立前，權屬單位曾發(fā)生過多起事故，其中沖擊地壓事故造成較大影響。因此，該公司建立“1233”沖擊地壓綜合防治模式，即樹牢“辦礦先治災”1個工作總基調;防沖工作的全流程防控、精細化管理2項機制;技術分析、風險研判，精準監(jiān)控、綜合施策，服務督導、管控到位3項技能;立足源頭防范、合理采掘布局，杜絕數(shù)據(jù)造假、保障監(jiān)測有效，強化卸壓支護、提高抗沖能力3大基礎。 “我們通過日分析、周排查、月總結，建立一體化防沖大數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺、多層次常態(tài)化培訓機制等，有效遏制沖擊地壓事故苗頭。”胡兆鋒表示。自2021年12月魯西礦業(yè)公司成立以來，權屬煤礦未發(fā)生傷亡事故。 另外，該公司在3處千米以深礦井開展國家煤炭深部安全開采重大災害治理(沖擊地壓與圍巖控制)試驗工程。今年7月至8月，該公司編制完成千米礦井沖擊地壓與圍巖控制工程試驗方案，概算總投資18.8億元。該實驗工程正在籌備實施。 作者： 王世雅
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