地處太行山南麓、焦作煤田東部的趙固一礦，是河南能源焦煤集團(tuán)在新鄉(xiāng)地區(qū)建設(shè)的第一對(duì)大型現(xiàn)代化礦井，也是焦煤集團(tuán)產(chǎn)能最大、現(xiàn)代化程度最高的礦井之一。多年來，趙固一礦飽受水害、巨厚沖積層、薄基巖等特殊地質(zhì)條件影響，嚴(yán)重制約著礦井安全高效生產(chǎn)。
日前，在2024全國(guó)煤礦復(fù)雜難采煤層開采現(xiàn)場(chǎng)會(huì)舉辦期間，記者從河南省鄭州市向北驅(qū)車2小時(shí)，來到了位于新鄉(xiāng)市輝縣的趙固一礦。
河南能源焦煤集團(tuán)趙固一礦礦長(zhǎng)王文衛(wèi)向中國(guó)工業(yè)報(bào)記者介紹，聚焦水害、薄基巖、礦壓等災(zāi)害治理難題，通過底板水害有效治理、薄基巖開采技術(shù)攻關(guān)、支護(hù)工藝技術(shù)革新等舉措，趙固一礦創(chuàng)造了頂層工作面日產(chǎn)原煤1.85萬噸、底分層工作面日產(chǎn)1.6萬噸焦煤的紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了礦井“一井兩面”向“一井一面、頂分層單面單班達(dá)產(chǎn)、底分層單面達(dá)產(chǎn)”的安全高效生產(chǎn)新模式的轉(zhuǎn)變。
近年來，伴隨煤炭資源的深度開發(fā)，行業(yè)資源接續(xù)日趨緊張，多重災(zāi)害耦合疊加，地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜。由此帶來的一系列復(fù)雜難采問題日益凸顯，已成為制約煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重大問題之一。
中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)黨委委員、副會(huì)長(zhǎng)孫守仁表示，我國(guó)復(fù)雜難采煤礦數(shù)量多、規(guī)模大、覆蓋面廣。“近年來，黨和國(guó)家鮮明提出并實(shí)施了一系列措施，取得了階段性成效。”
專家表示，我國(guó)復(fù)雜難采煤層開采的災(zāi)害超前治理持續(xù)加強(qiáng)，一批代表企業(yè)災(zāi)害防治能力顯著提升，新技術(shù)新工藝落地生根。伴隨煤炭開采不斷走深，多個(gè)煤礦轉(zhuǎn)變思路，開始從地面治理井下災(zāi)害。
復(fù)雜難采：現(xiàn)代煤礦開采的“必答題”
我國(guó)煤炭資源稟賦復(fù)雜，開采條件千差萬別，各種地質(zhì)構(gòu)造和自然災(zāi)害一應(yīng)俱全，生產(chǎn)力發(fā)展水平極不平衡極不充分。煤炭資源分布差異大，極薄煤層與特厚煤層、近水平與急傾斜煤層廣泛分布，復(fù)雜地質(zhì)條件煤層占70%。安徽理工大學(xué)國(guó)家地方工程研究中心常務(wù)副主任、教授薛生介紹，晉陜蒙寧甘區(qū)資源儲(chǔ)量豐富、開采條件相對(duì)簡(jiǎn)單，生態(tài)環(huán)境脆弱；華東區(qū)煤質(zhì)優(yōu)良、煤層較穩(wěn)定，已轉(zhuǎn)入深部開采；東北區(qū)開采地質(zhì)條件復(fù)雜，煤與瓦斯突出等災(zāi)害威脅嚴(yán)重；華南區(qū)煤層不穩(wěn)定、構(gòu)造復(fù)雜，突出礦井占全國(guó)79.7%，熱害問題突出；新青區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，保水采煤?jiǎn)栴}突出，凍土區(qū)域煤炭開采難度大。
淮南礦區(qū)是我國(guó)開采深度最深、災(zāi)變多元、條件最為復(fù)雜的礦區(qū)之一，具有高瓦斯、高地壓、高地溫、高承壓水、埋深大“四高一大”特點(diǎn)。目前，礦井水、火、瓦斯、頂板等地質(zhì)災(zāi)害耦合疊加，一方面，礦井相繼轉(zhuǎn)入深部開采后，瓦斯賦存條件更加復(fù)雜，瓦斯壓力更大，要想掌握深部開采瓦斯治理的方法更非易事。另一方面，由于圍巖治理的手段、技術(shù)、管理不到位，巷道邊掘邊修、前掘后修、邊采邊修現(xiàn)象普遍存在，嚴(yán)重影響著礦井生產(chǎn)接替。
“我認(rèn)為，千米深井下的瓦斯治理和圍巖治理是當(dāng)下復(fù)雜難采煤層開采存在的最突出的問題，也是礦井實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、高效發(fā)展、減人提效所面臨的最大挑戰(zhàn)。”在2024全國(guó)煤礦復(fù)雜難采煤層開采現(xiàn)場(chǎng)會(huì)——煤炭行業(yè)第二屆礦長(zhǎng)論壇舉辦間隙，淮河能源控股集團(tuán)潘二煤礦礦長(zhǎng)姜自亮接受中國(guó)工業(yè)報(bào)記者采訪時(shí)表示。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)涉及復(fù)雜難采的煤礦約有1500處，合計(jì)產(chǎn)能約20億噸，占全國(guó)煤炭總產(chǎn)能的近40%，遍布所有23個(gè)產(chǎn)煤省區(qū)，涉及各類開采開拓方式，立井、斜井及綜合開拓的井工礦占到近九成。復(fù)雜難采煤礦災(zāi)害嚴(yán)重，復(fù)合性強(qiáng)，治理難度大。從受自然災(zāi)害威脅看，共有災(zāi)害嚴(yán)重的正常生產(chǎn)煤礦約1128處（不含高溫?zé)岷妥匀家鬃匀记樾危?，從地質(zhì)構(gòu)造和賦存條件看，各種地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)有盡有。
“隨著復(fù)雜難采日趨常態(tài)化，新的重大科技問題急需研究攻關(guān)轉(zhuǎn)化。”孫守仁建議：“國(guó)家適時(shí)出臺(tái)更加普惠的政策，支持企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。”
中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)梁嘉琨提醒，煤礦復(fù)雜難采煤層開采不是一般的技術(shù)問題，而是一項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐，必須以科學(xué)的方法面對(duì)復(fù)雜難采問題。
階段性成效：一批新技術(shù)新工藝落地生根
近年來，我國(guó)煤炭資源勘查與地質(zhì)保障不斷增強(qiáng)，“新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動(dòng)”加快推進(jìn)。同時(shí)，為響應(yīng)“向地球深部進(jìn)軍”的號(hào)召，我國(guó)深部資源開發(fā)建設(shè)成績(jī)喜人，新理論、新技術(shù)和新裝備有效解決了復(fù)雜條件下煤礦施工、掘進(jìn)支護(hù)和開采難題。
根據(jù)現(xiàn)階段我國(guó)煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)復(fù)雜難采的研究成果，孫守仁認(rèn)為，復(fù)雜難采煤層主要指那些賦存不穩(wěn)定、構(gòu)造復(fù)雜或有特殊災(zāi)害威脅，在當(dāng)前開采條件下，開采困難，安全生產(chǎn)受限，需要采取一些特殊的、附加的安全技術(shù)措施方能實(shí)現(xiàn)開采的煤層。
在深井、高瓦斯、高地壓、高地溫、復(fù)雜構(gòu)造、復(fù)雜水文等條件下，我國(guó)煤礦深井建設(shè)、掘進(jìn)、支護(hù)取得重大突破，凍結(jié)、鉆井、注漿等特殊鑿井設(shè)計(jì)施工技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先，凍結(jié)法鑿井技術(shù)和井筒地面預(yù)注漿最大深度均達(dá)到了1000m。攻克了深厚含水砂層深長(zhǎng)斜井“凍掘”難題和長(zhǎng)距離斜井深埋超長(zhǎng)、富水高壓、地層多變的“盾構(gòu)”難題，引入了深井全斷面硬巖掘進(jìn)技術(shù)裝備。突破了掘支運(yùn)一體化快掘技術(shù)、錨注噴協(xié)同支護(hù)技術(shù)和深部軟巖工程耦合支護(hù)技術(shù)，研發(fā)了智能快掘系統(tǒng)，探索了軟巖沿空留巷治理技術(shù)。提出了深部煤炭原位流態(tài)化開采科學(xué)構(gòu)想和沖擊地壓巷道防沖吸能支護(hù)理論。
科技在復(fù)雜難采上開花結(jié)果，科學(xué)家精神在煤海中扎根綻放，復(fù)雜難采是“試金石”、也是“大熔爐”。多年來，以張鐵崗、袁亮、何滿潮、康紅普、顧大釗、武強(qiáng)、王雙明、王國(guó)法、葛世榮、潘一山等為代表的科學(xué)家們腳踏實(shí)地，攻克了瓦斯治理、水害防治、頂板支護(hù)、沖擊地壓防治等一道道難關(guān)，攀上了110工法、保水開采、透明地質(zhì)、智能化開采等一座座高山，向復(fù)雜難采的廣度和深度挺進(jìn)，把各種復(fù)雜條件下的采煤變成了現(xiàn)實(shí)。
同時(shí)，災(zāi)害超前治理持續(xù)加強(qiáng)，災(zāi)害防治能力不斷提升，河南能源、中國(guó)煤科、山東能源集團(tuán)、陜煤彬長(zhǎng)礦業(yè)等一批代表企業(yè)災(zāi)害防治能力顯著提升。
近年來，復(fù)雜難采煤礦智能化建設(shè)加快實(shí)踐，“看得見、摸得著、可復(fù)制、能推廣”的經(jīng)驗(yàn)場(chǎng)景成功培育：國(guó)家能源神東榆家梁礦在較薄煤層綜采工作面實(shí)踐了“采煤工藝編輯+截割模板”遠(yuǎn)程操控模式；中國(guó)中煤大海則煤礦實(shí)現(xiàn)了“大埋深、大涌水、大采高、大產(chǎn)量”的2000萬噸級(jí)礦井常態(tài)化智能開采模式；淮河能源朱集東礦在“大采深、高瓦斯、高地壓、高地溫”地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)了薄煤層智能化開采；川煤集團(tuán)斌郎礦突破了復(fù)雜煤層最大傾角70°的智能化開采極限；陜煤集團(tuán)黃陵礦業(yè)攻克了0.78m以下極薄煤層智能開采技術(shù)裝備。
目前，我國(guó)復(fù)雜條件煤炭安全高效開采水平持續(xù)提升，一批新技術(shù)新工藝落地生根，一批復(fù)雜難采新技術(shù)新工藝不斷迭代創(chuàng)新：
淮北礦業(yè)完成了復(fù)雜條件下較薄煤層綜采、“三軟”特厚綜放、近距離煤層聯(lián)合綜放、大傾角仰俯采等項(xiàng)目研發(fā)應(yīng)用。
冀中能源東龐礦克服多斷層、厚夾矸、大傾角等困難，在強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理的基礎(chǔ)上，成功掌握了從薄到厚再到特厚煤層的自動(dòng)化開采技術(shù)。
中煤平朔東露天礦采取“分層分采、傾斜劃分臺(tái)階”方式對(duì)薄煤層開采。
潞安化工“三下”充填開采和離層注漿技術(shù)取得重大經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。
晉能控股和順呂鑫煤業(yè)的薄煤層在設(shè)計(jì)時(shí)不可回收，在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)20cm以上夾層煤進(jìn)行了全部回收，提高了煤炭回收率。
創(chuàng)新實(shí)踐：復(fù)雜難采技術(shù)攻關(guān)提速
產(chǎn)學(xué)研用單位聯(lián)合攻關(guān)，在復(fù)雜難采煤層開采取得了積極成效，一批體現(xiàn)行業(yè)價(jià)值和企業(yè)特點(diǎn)的先進(jìn)復(fù)雜難采開采模式不斷創(chuàng)新。
中國(guó)煤科首席科學(xué)家、北京天瑪智控副總經(jīng)理李明忠介紹，制約復(fù)雜難采煤層安全高效生產(chǎn)的主要因素有四個(gè)方面，即“家底”不清晰、“裝備”不適應(yīng)、“感知”不準(zhǔn)確、“控制”不穩(wěn)定。“復(fù)雜難采煤層智能開采的下一步思路，是推動(dòng)煤礦孿生開采、運(yùn)用煤礦綜采大模型、以AI賦能復(fù)雜難采煤層智能化開采等。”
在極復(fù)雜難采煤層安全高效開采技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐中，河南能源集團(tuán)在碎軟低滲突出煤層高效開采技術(shù)、沖擊-火-瓦斯多災(zāi)害耦合特厚煤層高效開采技術(shù)、“三下一上”煤層高效開采技術(shù)、深井高地應(yīng)力煤層高效開采技術(shù)、巨厚松散層薄基巖煤層高效開采技術(shù)進(jìn)行了探索，積累了豐富的創(chuàng)新實(shí)踐。
據(jù)河南能源集團(tuán)黨委常委、常務(wù)副總經(jīng)理宋錄生介紹，為解決14.3億噸巨量壓覆煤炭開采問題，河南能源開展了地面覆巖離層注漿減沉開采試驗(yàn)。目前，該技術(shù)已在新義煤礦、義安煤礦、古漢山礦等礦井推廣，累計(jì)解放賦煤量420萬噸，目前正在研究充填開采實(shí)驗(yàn)方案。此外，在深井高地應(yīng)力煤層高效開采技術(shù)上，目前河南能源集團(tuán)已全面推廣切頂卸壓無煤柱成巷技術(shù)，每年留巷超過1萬米。
不同賦存條件下，復(fù)雜難采煤層綜采開采難點(diǎn)也不相同。
位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市境內(nèi)的烏達(dá)礦區(qū)，地形以剝蝕構(gòu)造的低山丘陵為主，礦區(qū)內(nèi)無常年河流。礦區(qū)內(nèi)，現(xiàn)有2座井工煤礦及1個(gè)采空區(qū)綜合治理項(xiàng)目。
“我們將總結(jié)烏達(dá)煤田近距離煤層群開采經(jīng)驗(yàn)，研究探索桌子山煤田卡布其礦區(qū)9號(hào)、10號(hào)煤層合并可能性，從根本上解決近距離煤層回采巷道掘進(jìn)支護(hù)困難、動(dòng)壓相互干擾影響等難題。”國(guó)家能源局集團(tuán)烏海能源公司副總經(jīng)理司建軍說。
山東地區(qū)復(fù)雜難采特點(diǎn)鮮明。據(jù)山東能源集團(tuán)魯西礦業(yè)公司總經(jīng)理助理商登濤介紹，魯西礦業(yè)權(quán)屬煤礦“三下”（建筑物下、鐵路下和水體下）壓覆有效可采儲(chǔ)量2.96億噸，占比達(dá)60%。隨著資源的枯竭，“三下”壓煤開采問題成為礦井持續(xù)發(fā)展亟待解決的主要技術(shù)課題。
商登濤表示，在“三下”開采及災(zāi)害防治管控模式智能化建設(shè)上，魯西礦業(yè)探索出了一系列工作經(jīng)驗(yàn)。
在川煤集團(tuán)，煤與瓦斯突出和高瓦斯礦井占比90%，水文地質(zhì)類型復(fù)雜與極復(fù)雜礦井占比40%，傾斜和急傾斜煤層占比73.3%，極薄煤層和薄煤層占比45.4%。
“在智能化建設(shè)上，川煤集團(tuán)研發(fā)了直驅(qū)滾筒采煤機(jī)、機(jī)頭機(jī)尾大臥底量和大托底自動(dòng)輔助推移技術(shù)，提出了急傾斜工作面飛矸分區(qū)、分階段控制方法，發(fā)明了全過程智能防控技術(shù)，消除了急傾斜工作面智能化開采安全風(fēng)險(xiǎn)。”川煤集團(tuán)科創(chuàng)中心主任、華榮能源總工程師唐峰介紹。
地處四川省達(dá)州市高新區(qū)境內(nèi)的斌郎煤礦，以薄煤層居多，在西南地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件礦井中具有較強(qiáng)的代表性。
四川川煤華榮能源有限責(zé)任公司斌郎煤礦礦長(zhǎng)李浩向中國(guó)工業(yè)報(bào)記者表示，四川煤炭開采的難，用“懸崖上采仙草”作比喻一點(diǎn)不為過。多年來，斌郎煤礦開采的工作面傾角基本都在45度以上，近兩年有些工作面傾角更是達(dá)到70度，達(dá)到了急傾斜采煤的極限。
“2021年，我們?cè)诰C采設(shè)備優(yōu)化升級(jí)、對(duì)急傾斜工作面適用功能不斷增強(qiáng)以及調(diào)采技術(shù)日漸成熟的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新試用俯偽斜開采工藝，徹底解決了急傾斜工作面支架下滑、飛矸傷人及嚴(yán)重?fù)p壞設(shè)施、設(shè)備等具體問題。”李浩說。
來源：中國(guó)工業(yè)報(bào)
