創(chuàng)新引領(lǐng)筑牢高質(zhì)量發(fā)展之基
編者按
科技決定山西未來發(fā)展，創(chuàng)新引領(lǐng)三晉轉(zhuǎn)型升級。作為科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，重點實驗室已成為孕育重大原始創(chuàng)新、助力高質(zhì)量發(fā)展的重要科技力量。近年來，按照省委省政府戰(zhàn)略部署，山西圍繞傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展，不斷加大扶持力度和建設(shè)水平，涌現(xiàn)出一批引領(lǐng)前沿、學(xué)科交叉、綜合集成、國內(nèi)外有影響的重點實驗室，為我省2030年基本實現(xiàn)轉(zhuǎn)型、2035年基本實現(xiàn)現(xiàn)代化目標(biāo)發(fā)揮了有力的支撐作用。
為深入實施科教興省、人才強(qiáng)省、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，展現(xiàn)山西發(fā)展的新領(lǐng)域、新動能、新優(yōu)勢，本報與省科技廳聯(lián)合推出“山西省重點實驗室巡禮”系列報道?！吧轿魇≈攸c實驗室巡禮”將視角對準(zhǔn)全省百余家重點實驗室，用生動的筆墨、精彩的鏡頭，多角度、近距離記錄實驗室建設(shè)發(fā)展成效，多形式、立體化講述富有成效的創(chuàng)新案例和鮮為人知的創(chuàng)新故事，多渠道、寬領(lǐng)域展示我省重點實驗室近年來取得的豐碩成果。系列報道將努力把對科技創(chuàng)新的禮贊，以有高度、有深度、有溫度的方式呈現(xiàn)出來，為奮力推進(jìn)中國式現(xiàn)代化山西實踐作出新的更大貢獻(xiàn)。
礦山巖層控制及災(zāi)害防控山西省重點實驗室
創(chuàng)新驅(qū)動科技賦能 構(gòu)筑綠色礦采發(fā)展新模式
改造升級為老礦插上騰飛的翅膀
在西山煤電集團(tuán)西曲煤礦，工人們正在對14307工作面遺煤資源進(jìn)行開采?！巴ㄟ^對14307工作面重新優(yōu)化設(shè)計，工作面的推進(jìn)長度增加了505米，儲量增加了39.1萬噸，極大地提高了工作面的回收率?！蔽髑V生產(chǎn)技術(shù)中心副主任寧瑞峰介紹。由于14307工作面處于村莊煤柱區(qū)，地質(zhì)條件比較復(fù)雜，掘進(jìn)過程中除要過煤柱外，還會碰到踩空區(qū)域。為此，技術(shù)攻關(guān)小組又大膽提出了“一段一策”支護(hù)方案，及時調(diào)整優(yōu)化各段巷道支護(hù)形式，采用錨桿、錨索、鋼筋網(wǎng)等聯(lián)合支護(hù)方式，安全、科學(xué)、合理、高效地提升了支護(hù)效率和效果，降低了工人的勞動強(qiáng)度。
在山西省科技重大專項項目的支持下，馮國瑞帶領(lǐng)團(tuán)隊攻關(guān)遺留難采煤炭資源安全綠色高回收率開采關(guān)鍵技術(shù)。目前，這項技術(shù)正在西曲礦投入使用，讓這個老礦再次煥發(fā)生機(jī)。“該技術(shù)成果擬開發(fā)遺留難采煤炭資源賦存狀況的全方位勘探新技術(shù)，構(gòu)建遺留難采煤炭資源采場殘存瓦斯地面高效協(xié)同抽采技術(shù)體系，開發(fā)遺留難采煤炭資源采場積水水量和危險區(qū)域的針對性探查方法，研發(fā)超前注漿封堵新材料、新裝置與新工藝，開發(fā)遺煤采場圍巖失穩(wěn)危險域的原位探測技術(shù)，構(gòu)建遺煤開采結(jié)構(gòu)增穩(wěn)—應(yīng)力調(diào)控—物性改良的圍巖失穩(wěn)分源聯(lián)動防控技術(shù)體系，并力爭形成1個遺煤資源安全綠色高回收率開采的先導(dǎo)工程?！瘪T國瑞介紹到。
該技術(shù)是團(tuán)隊前期山西省技術(shù)發(fā)明獎一等獎研究成果的延伸、發(fā)展與拓展。在這方面，研發(fā)了上行復(fù)采、露天復(fù)采、充填復(fù)采和綜放復(fù)采等技術(shù)方法，實現(xiàn)了“蹬空區(qū)—淺埋深—舊采區(qū)—近距離”等各類賦存條件下難采遺煤開采方法的革新，完善了煤炭資源開采的技術(shù)方法體系；首創(chuàng)了遺留難采煤炭資源開采結(jié)構(gòu)充填巖移控制的技術(shù)方法，發(fā)明了結(jié)構(gòu)充填“材料開發(fā)—性能優(yōu)化—裝備研發(fā)”的配套工藝，研發(fā)了難采遺煤開采厚硬頂板三位一體的強(qiáng)礦壓消減技術(shù)及工作面過煤柱群、侵入?yún)^(qū)、陷落柱時的巖層控制技術(shù)；提出了不同類型賦存空間內(nèi)瓦斯地面協(xié)同抽采的技術(shù)方法，發(fā)明了難采遺煤開采瓦斯協(xié)同抽采的配套技術(shù)工藝、裝置與系統(tǒng)，開發(fā)了超前注漿等水害防治的遺煤開采安全保障技術(shù)。
深度開發(fā)向“復(fù)雜遺煤”開采探路
在資源整合前，有一些私人或者小煤窯這個地方挖一點、那個地方采一點。整合以后，形成了大量殘采區(qū)上覆整層遺煤或復(fù)合殘采區(qū)中層遺煤。
我省遺煤資源儲量占到全國的四分之一。“我們實驗室開展了‘復(fù)雜條件下遺棄煤炭資源開采巖層控制基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究’，通過這項技術(shù)，遺煤資源現(xiàn)在可以安全開發(fā)出來。”馮國瑞介紹說，跟常規(guī)的開采主要差異就在于會出現(xiàn)異常的礦壓現(xiàn)象，摸清楚遺煤開采的巖層結(jié)構(gòu)是精準(zhǔn)巖層控制的基本前提。
圖片
“這項成果研究了復(fù)雜條件下遺棄煤炭資源開采采場巖層‘應(yīng)力場—變形場—結(jié)構(gòu)場’的時空演化規(guī)律，掌握了其異常礦壓顯現(xiàn)規(guī)律。”聊起專業(yè)時馮國瑞依然神采奕奕、侃侃而談：此項成果構(gòu)建了復(fù)雜條件下遺棄煤炭資源開采巖層運移預(yù)測模型和巖層結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行了力學(xué)解析，揭示了巖層結(jié)構(gòu)機(jī)理；構(gòu)建了復(fù)雜條件下遺棄煤炭資源開采可行性判別的理論框架，提出了其開采可行性的定量判定方法；確定了復(fù)雜條件下遺棄煤炭資源開采工作面的工藝參數(shù)、巷道布置和支護(hù)形式，研發(fā)了復(fù)雜條件下遺棄煤炭資源開采支架滑倒、傾斜和失穩(wěn)等動力災(zāi)害的防治技術(shù)，提出了復(fù)雜條件下遺棄煤炭資源開采柱旁充填巖移控制的技術(shù)思路，研發(fā)了柱旁充填材料與工藝，形成了基于電阻率法的充填效果監(jiān)測方法。
據(jù)悉，目前，我省已經(jīng)有20多家煤礦使用了此項遺煤開采技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)社會效益顯著。
科技支撐推進(jìn)安全健康發(fā)展
“結(jié)構(gòu)充填是遺煤開采巖移控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。揭示結(jié)構(gòu)充填的耦合承載機(jī)理是遺煤開采沉陷防控的核心基礎(chǔ)……”
提及充填開采，馮國瑞笑著說起了實驗室的新技術(shù)——“村莊下壓煤柱式結(jié)構(gòu)充填開采理論與沉陷控制關(guān)鍵技術(shù)”。該成果研發(fā)了村莊下壓煤“下位柱式膏體充填+上位柱旁注漿充填”多層位結(jié)構(gòu)充填開采協(xié)同控制地表沉陷的新方法，揭示了村莊下壓煤資源多層位結(jié)構(gòu)充填開采巖層控制的核心機(jī)理，掌握了村莊下壓煤資源多層位結(jié)構(gòu)充填開采的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，研發(fā)了村莊下壓煤資源多層位結(jié)構(gòu)充填開采的新材料，開發(fā)了村莊下壓煤資源多層位結(jié)構(gòu)充填開采的關(guān)鍵技術(shù)工藝，革新了村莊下壓煤柱式結(jié)構(gòu)充填開采沉陷監(jiān)測新技術(shù)，評價了村莊下壓煤柱式結(jié)構(gòu)充填開采巖層控制的效果。
結(jié)構(gòu)充填開采作為煤礦開采的發(fā)展方向，一直以來受到充填成本高和充填效率低等影響，難以推廣。結(jié)構(gòu)充填開采技術(shù)可以有效避免煤炭開采帶來的地面塌陷，相比短期的資金收入，企業(yè)更看重長久的環(huán)保效益。此項技術(shù)對地表開采損害的有效控制，節(jié)約搬遷資金也是十分可觀的。結(jié)構(gòu)充填開采實施消除了礦區(qū)的污染源，節(jié)約了耕地，社會效益也是十分顯著。
創(chuàng)新引領(lǐng)安全高效開采新模式
科技日益發(fā)展的同時，也帶動了礦山災(zāi)害防治新技術(shù)水平的提高。
實驗室開展的“老礦井全空間災(zāi)害防治新技術(shù)及應(yīng)用研究”，這一核心技術(shù)的攻克和創(chuàng)新應(yīng)用，不僅實現(xiàn)了以廢換“寶”，還大幅提高了礦井的“含綠量”。
“這項研究成果有利于殘采區(qū)瓦斯富集區(qū)域的精準(zhǔn)識別，可以指導(dǎo)殘采區(qū)瓦斯地面抽采鉆井井位的選擇和井網(wǎng)的布置，實現(xiàn)遺煤開采的采前瓦斯高效抽采，真正實現(xiàn)‘化害為利’‘變廢為寶’?！瘪T國瑞激動地說。該成果提出了具有創(chuàng)新性的地面鉆井井位層位精準(zhǔn)優(yōu)選技術(shù)和“低—中—高”變負(fù)壓最優(yōu)化調(diào)控地面抽采技術(shù)，實現(xiàn)了采動區(qū)瓦斯的持續(xù)最大化抽采；提出了老采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓龅姆植继卣?，精?xì)劃分老采空區(qū)的瓦斯富集空間，并結(jié)合老采空區(qū)含水層涌水量大、殘留瓦斯壓力低等特點，研發(fā)了專門的防水井身結(jié)構(gòu)和老采空區(qū)地面鉆井井位層位優(yōu)選技術(shù)；研發(fā)了韌性強(qiáng)、發(fā)泡溫度低、阻燃性高、可隨巖層運動的復(fù)合泡沫材料及具體灌注工藝，解決了在采動區(qū)、老采空區(qū)瓦斯抽采，綜采、綜掘面降塵和老礦井采空區(qū)堵漏風(fēng)等方面的問題。
“作為一名科技工作者，為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供必要的技術(shù)支撐是歷史賦予的使命和擔(dān)當(dāng)。”馮國瑞說，“我們要更加重視原創(chuàng)性的基礎(chǔ)研究，推進(jìn)顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新，以學(xué)生為中心，全面建設(shè)世界一流的礦業(yè)學(xué)科?！?
他表示，今后，實驗室將在前期研究工作的基礎(chǔ)上，針對遺煤開采表現(xiàn)出明顯的多元致災(zāi)效應(yīng)，聚焦遺煤開采多元災(zāi)害的孕育機(jī)理與科學(xué)防控，繼續(xù)深入開展“遺留難采煤炭資源開采與災(zāi)害防控”的創(chuàng)新性研究，促進(jìn)降損減沉，推進(jìn)“綠”“減”“優(yōu)”，助力煤炭開采利用方式實現(xiàn)變革，構(gòu)筑山西省煤炭工業(yè)的戰(zhàn)略性競爭新優(yōu)勢！
來源：山西科技報
