大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)理論與關鍵技術原理圖
●經(jīng)過多年攻關和自主創(chuàng)新,同煤集團形成了大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)理論與關鍵技術,突破了傳統(tǒng)煤層群組下組煤層開發(fā)理論與技術,解決了多煤層開采水、火、瓦斯災害覆蓋面廣的技術難題
●同煤集團提出構建煤礦+園區(qū)一體化綠色開發(fā)新模式,建設塔山、同忻2座千萬噸級“雙高”礦井,以代替開采侏羅系煤層需建設10座傳統(tǒng)礦井的構想,以煤炭工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)代替產(chǎn)業(yè)結構單一的分散礦井群,實現(xiàn)煤炭資源梯級利用
●實施不對稱開發(fā)新技術的塔山、同忻2座千萬噸級礦井相繼投產(chǎn)后,與對稱開發(fā)相比,工程造價降低68%,原煤綜合電耗降低62.7%,煤柱及工業(yè)廣場壓煤損失減少8.42億噸
面對開采向侏羅系煤層下組石炭系煤層轉移、安全高效開采深部煤炭資源挑戰(zhàn)多的難題,山西同煤集團成立科研團隊,與遼寧工程技術大學強強聯(lián)合開展攻關。
經(jīng)過多年攻關和自主創(chuàng)新,同煤集團形成了大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)理論與關鍵技術,保障了煤炭資源的有序接續(xù)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(yè)協(xié)會科學技術獎一等獎。
研發(fā)是挑戰(zhàn),更是機遇
以往,同煤集團主要開采淺層侏羅系煤層。由于長期開采,侏羅系煤炭資源接近枯竭,侏羅系煤層下組深部石炭二疊系煤層勢必成為主力接續(xù)資源。
按照慣例,煤層群開采接續(xù)是將上部煤層的開拓工程結構直接利用井筒延伸至下部煤層,但上組煤層群開采礦井多、生產(chǎn)分散、結構單一、災害突出的問題導致無法沿用原有的井工開采技術,而當時國內(nèi)外還沒有此類可供參照的開采經(jīng)驗。為此,同煤集團成立科研團隊,與遼寧工程技術大學強強聯(lián)合,共同攻關煤層向深部開采轉移難題。
沒有可借鑒的開發(fā)模式,同煤集團科研團隊從了解現(xiàn)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(guī)模布局和開采工藝。
掌握準確數(shù)據(jù)后,同煤集團科研團隊有了明確思路:侏羅系煤層厚度平均在2米至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煤層是18米至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礦井安全高效發(fā)展。
項目主要完成人于斌等人針對煤層情況,創(chuàng)新提出了大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)的攻關目標和具體實施路線,為煤層群組不對稱開發(fā)理論與關鍵技術的實施奠定了基礎。
煤層群組不對稱開發(fā)理論的核心為基于系統(tǒng)思維及時空協(xié)同優(yōu)化工程理念,以科學理論、工程技術、裝備制造的創(chuàng)新發(fā)展為支撐,兼顧資源、環(huán)境、安全等約束條件,通過改變工程結構與開發(fā)模式,實現(xiàn)下組煤層的安全高效開發(fā)以及資源的循環(huán)利用。此項理論顛覆了傳統(tǒng)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(guī)劃和集中開發(fā)。
要想成功研發(fā)這一國內(nèi)煤炭行業(yè)首創(chuàng)技術,就必須研發(fā)18米至23米超厚煤層單井口年產(chǎn)千萬噸礦井綜放開采成套技術,突破煤層群組下組煤層開發(fā)理論與技術,解決多煤層開采水、火、瓦斯災害覆蓋面廣的技術難題。
挑戰(zhàn)越大,機會越大。2003年,同煤集團提出構建煤礦+園區(qū)一體化綠色開發(fā)新模式,建設塔山、同忻2座千萬噸級“雙高”礦井,以代替開采侏羅系煤層需建設10座傳統(tǒng)礦井的構想,以煤炭工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)代替產(chǎn)業(yè)結構單一的分散礦井群,實現(xiàn)煤炭資源梯級利用。
這期間,同煤集團首創(chuàng)了超厚煤層高效集約化開采成套技術,同時開發(fā)了多層采空區(qū)水、火、瓦斯災害一體化防治關鍵技術。通過自主創(chuàng)新,同煤集團形成了大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)理論與關鍵技術的成熟操作體系。
開采工藝創(chuàng)新,促進提質(zhì)增效
“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。畢竟是首次提出對深部超厚煤層重新規(guī)劃布局,所有理論都需要實踐進行檢驗。”
不對稱開發(fā)理論顛覆了傳統(tǒng)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(guī)劃和集中開發(fā),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(chǎn)業(yè)鏈的煤炭工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū),為加快同煤集團可持續(xù)發(fā)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(chuàng)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(xiàn)長距離大斷面井筒快速掘進;研發(fā)超厚煤層綜放特大斷面切眼支護技術,解決了10.0米×3.9米特大斷面切眼支護難題;成功開發(fā)超厚煤層高效綜放開采關鍵技術,實現(xiàn)井巷開拓、礦井系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)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(fā)新技術的塔山、同忻2座千萬噸級礦井相繼投產(chǎn)后,與對稱開發(fā)相比,工程造價降低68%,原煤綜合電耗降低62.7%,煤柱及工業(yè)廣場壓煤損失減少8.42億噸。
此項技術的成功運用,使同煤集團規(guī)劃并建成了國內(nèi)第一個煤基多聯(lián)產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū),以工業(yè)園區(qū)替代產(chǎn)業(yè)結構單一的分散礦井群,提高了煤炭及伴生資源的利用率,提高了煤炭附加值。同時,煤層群組多災害協(xié)同防治,保障了礦井安全高效生產(chǎn),為安全高效綠色開發(fā)提供了有力支撐。
編后:
從堅硬頂板地面壓裂控制技術到煤層群組不對稱開發(fā)理論與關鍵技術,同煤集團這些技術不僅獲了中國煤炭工業(yè)協(xié)會兩項大獎,還突破了傳統(tǒng)煤層開發(fā)理論與技術,解決了傳統(tǒng)井下水壓致裂堅硬頂板時作業(yè)空間受限,多煤層開采水、火、瓦斯災害覆蓋面廣的難題。
從礦井可持續(xù)發(fā)展理念出發(fā),尋找產(chǎn)學研合作,結合實際,不斷試錯,不僅成為當今煤礦科技創(chuàng)新的行為模式,更體現(xiàn)了煤炭人在困境中敢想敢拼的精神。不創(chuàng)新無出路,煤炭科技的發(fā)展,正為煤炭行業(yè)重塑一片新天地。
責任編輯: 張磊