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攻克煤層深部開采轉移難題

——同煤集團實施不對稱開發技術小記

2019-4-9 9:07:37 來源:中國礦業報 本報記者:洪浪 通訊員 劉雨亭

同煤集團針對煤炭開采由侏羅系煤層向下組石炭系煤層轉移、安全高效開采挑戰多的難題,成立了科研團隊,與遼寧工程技術大學強強聯合開展攻關。經過多年攻關和自主創新,形成了大同礦區煤層群組不對稱開發理論與關鍵技術,保障了煤炭資源的有序接續和安全高效綠色開采。日前,這項技術榮獲 2018 年度中國煤炭工業協會科學技術獎一等獎。

由侏羅系向石炭系轉移

長期以來,同煤集團主要開采淺層侏羅系煤層,煤炭資源接近枯竭,侏羅系煤層下組深部石炭二疊系成為主力接續資源。

按照慣例,煤層群開采接續是將上部煤層的開拓工程結構直接延伸至下部煤層。但是在大同礦區,面臨上組煤層群開采礦井多、生產分散、結構單一、災害突出等問題,無法延用原有的井工開采技術。而當時國內外還沒有此類可供借鑒的開采經驗,同煤集團便成立了科研團隊,與遼寧工程技術大學聯合,共同攻關煤層深部開采轉移難題。

同煤集團科研團隊從了解現有的下部開采布局入手,除了仔細研究采掘工程平面圖紙以外,其他時間基本都在各礦的井下,深入了解各礦不同的規模布局和開采工藝。

掌握準確數據后,科研團隊有了明確思路:侏羅系煤層厚度平均在2米~6米之間,多采用綜采、低位放頂煤工藝,而向下延伸的石炭系是18米~23米的超厚煤層。如果復制上部開采模式,留設煤柱等會極大制約安全高效發展。

“不對稱開發”理論的提出

針對此種情況,項目主要完成人于斌等人創新提出了“大同礦區煤層群組不對稱開發”的攻關目標和具體實施路線,為煤層群組不對稱開發理論與關鍵技術的實施奠定了基礎。

煤層群組不對稱開發理論的核心為:基于系統思維及時空協同優化工程理念,以科學理論、工程技術、裝備制造的創新發展為支撐,兼顧資源、環境、安全等約束條件,通過改變工程結構與開發模式,實現下組煤層的安全高效開發以及資源的循環利用。此項理論顛覆了傳統的延伸復制上部工程結構的做法,將石炭系超厚煤層進行整體規劃和集中開發。

要想成功研發這一國內煤炭行業首創技術,就必須研發18米~23米超厚煤層單井口年產千萬噸礦井綜放開采成套技術,解決多煤層開采水、火、瓦斯災害覆蓋面廣的技術難題。

挑戰越大,機會越大。2003年,同煤集團提出構建“煤礦+園區”一體化綠色開發新模式,建設塔山、同忻兩座千萬噸級礦井,以代替開采侏羅系煤層需建設10座傳統礦井的構想,以煤炭工業循環經濟園區代替產業結構單一的分散礦井群,實現資源梯級利用。

這期間,同煤集團首創了超厚煤層高效集約化開采成套技術,同時開發了多層采空區水、火、瓦斯災害一體化防治關鍵技術。通過自主創新,形成了大同礦區煤層群組不對稱開發理論與關鍵技術的成熟操作體系。

破解超厚煤層開采技術瓶頸

“挖煤不見煤,下井坐汽車”,是如今同煤集團煤礦工人的日常生活場景。項目完成人之一、同煤技術中心的楊智文回憶:“當初拍板決定實施新的開采工藝和技術時,科研團隊也是緊繃著弦的。畢竟是首次提出對下部超厚煤層重新規劃布局,所有理論都需要實踐進行檢驗。”

不對稱開發理論顛覆了傳統的延伸復制上部工程的做法,將石炭系超厚煤層進行整體規劃和集中開發,建成了世界最大的單井口井工礦井,同時形成我國第一個具有完整產業鏈的煤炭工業循環經濟園區,為加快同煤集團可持續發展提供了保證。

“基于最小能耗開采理念,同煤集團向集約、高效轉變,突破18米至23米超厚煤層綜放開采技術瓶頸,開創了井下無車場、無煤倉礦井開拓新模式;首次使用TBM施工技術,實現長距離大斷面井筒快速掘進;研發超厚煤層綜放特大斷面切眼支護技術,解決了10米×3.9米特大斷面切眼支護難題;成功開發超厚煤層高效綜放開采關鍵技術,實現井巷開拓、礦井系統和生產系統的快速、集約,使回采率標準高出國家標準13%以上。”楊智文說。

實施不對稱開發新技術的塔山、同忻兩座千萬噸級礦井相繼投產后,與對稱開發相比,工程造價減少68%,原煤綜合電耗減少62.7%,煤柱及工業廣場壓煤損失減少8.42億噸。

此項技術的成功運用,為同煤集團規劃并建成了國內第一個煤基多聯產循環經濟園區,以工業園區替代產業結構單一的分散礦井群,提高了煤炭及伴生資源的利用率,增加了煤炭附加值。同時,煤層群組多災害協同防治,保障了礦井的安全高效生產,為安全高效綠色開發提供了有力支撐。□

網站編輯:宮莉

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