“凍結(jié)法應(yīng)用于石拉烏素煤礦和營(yíng)盤壕煤礦的6個(gè)深大井筒,創(chuàng)造了凍結(jié)孔固管充填高度300米的世界紀(jì)錄和凍結(jié)基巖井筒度849.5米的世界紀(jì)錄,示范工程總計(jì)節(jié)約工程造價(jià)約1.1億元,獲2018年度中煤協(xié)會(huì)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。”日前,在兗州煤業(yè)鄂爾多斯能化公司營(yíng)盤壕礦700多米的寬敞明亮的大巷里,兗礦集團(tuán)總工程師孟祥軍介紹說(shuō)。

我國(guó)煤炭資源在地理分布上呈現(xiàn)著“北富南貧”的總格局,且主要集中分布在山西、內(nèi)蒙古、陜西、新疆、貴州、寧夏等6省(自治區(qū)),其中晉、蒙、陜煤炭資源尤其豐富,被譽(yù)為“烏金三角”,有約3.58萬(wàn)億噸的煤炭資源深埋在“烏金三角”深厚富水軟巖之下。

2002年以來(lái),我國(guó)煤炭開發(fā)的重點(diǎn)向西部和深部轉(zhuǎn)移。“然而,在西部地區(qū)深大井筒建設(shè)過(guò)程中,很普遍地遇到孔隙、裂隙復(fù)合含水軟巖等復(fù)雜巖層條件,注漿法堵水屢遭失敗,井點(diǎn)抽水法降水也鮮能成功,前期有近20個(gè)井筒用普通法鑿井失敗,造成重大損失。”孟祥軍說(shuō),“慘痛的教訓(xùn)證明,在西部地區(qū)復(fù)雜巖層中必須采用凍結(jié)法開鑿深大井筒!”

2010年底,兗礦集團(tuán)正式進(jìn)軍“烏金三角”,相繼開發(fā)建設(shè)金雞灘、轉(zhuǎn)龍灣、石拉烏素、營(yíng)盤壕等千萬(wàn)噸級(jí)礦井。“到了這里后,我們了解到傳統(tǒng)的‘普通法加注漿法’不適應(yīng)這里的深富水軟巖地質(zhì)條件。”孟祥軍解說(shuō),“2010年1月,我們正式立項(xiàng)深厚富水軟巖大直徑立井及毗鄰硐室凍結(jié)法開鑿關(guān)鍵技術(shù),在石拉烏素礦開展技術(shù)攻關(guān),就是要攻克巖層凍結(jié)孔固管封水、巖層凍結(jié)壁設(shè)計(jì)、內(nèi)層井壁防裂、井筒與硐室整體凍結(jié)和砌筑四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。”

在鄂爾多斯能化公司,副總工程師周霖詳細(xì)介紹了深厚富水軟巖大直徑立井及毗鄰硐室凍結(jié)法開鑿關(guān)鍵技術(shù):“四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中,巖層凍結(jié)孔固管封水技術(shù),掌握了漿液流動(dòng)、混合及性能劣化規(guī)律,發(fā)明了長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定、耐凍融的高性能緩凝水泥漿液,研發(fā)了以“孔徑—管徑相匹配,隔離液+壓漿參數(shù)精準(zhǔn)控制”為核心的施工工藝；巖層凍結(jié)壁設(shè)計(jì)中,首次建立考慮孔隙水作用和不均勻地應(yīng)力場(chǎng)的巖層凍結(jié)壁設(shè)計(jì)理論；在內(nèi)層井壁防裂技術(shù)中,發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁開裂漏水的新機(jī)理,研發(fā)成功內(nèi)壁防裂新技術(shù)；在井筒與毗鄰硐室整體凍結(jié)和砌筑技術(shù)中,提出了井筒與硐室整體連續(xù)砌筑工藝,首次實(shí)現(xiàn)井筒與箕斗裝載硐室凍結(jié)法聯(lián)合開鑿,實(shí)現(xiàn)了含水巖層中硐室快速、優(yōu)質(zhì)施工。

“采用這些關(guān)鍵技術(shù),石拉烏素礦主井2013年2月1日動(dòng)工,當(dāng)年到底,井筒深748米,全身凍結(jié)760米,外壁從650公分減少到400公分。”周霖說(shuō),“井筒瘦身,封水效果好,干井基本看不到水。僅石拉烏素三個(gè)井筒,就節(jié)省4000多萬(wàn)元。”

隨后,這些成熟的凍結(jié)技術(shù)又移植到營(yíng)盤壕礦,同樣是當(dāng)年開工當(dāng)年到底,六個(gè)井筒共節(jié)省投資1億多元。憑這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),兗礦集團(tuán)在烏金三角打出了名聲,也樹立了威望。“只要是兗礦的,他們都愿意合作。”

“我國(guó)煤炭開發(fā)格局正由‘中東部為主、區(qū)域性保障’轉(zhuǎn)為‘中西部為主、向晉陜內(nèi)蒙集中’發(fā)展。”在中國(guó)科學(xué)研究總院近期舉辦的“煤炭革命的戰(zhàn)略與方向”成果發(fā)布會(huì)上,中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)副秘書長(zhǎng)張宏介紹。他說(shuō),隨著東部老礦區(qū)資源枯竭,大部分衰老煤礦逐漸退出,西南地區(qū)資源賦存條件較差,煤礦安全生產(chǎn)壓力大,全國(guó)煤炭生產(chǎn)越來(lái)越向晉陜內(nèi)蒙古地區(qū)集中。

“在復(fù)雜巖層地區(qū)深大井筒建井技術(shù)是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題,建井技術(shù)問(wèn)題不解決,深厚富水軟巖地層下的煤田開發(fā)就無(wú)法實(shí)現(xiàn),它決定著建井工程的成敗,也關(guān)系著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。”孟祥軍說(shuō),“項(xiàng)目取得直接經(jīng)濟(jì)效益超億元,使我國(guó)凍結(jié)法鑿井技術(shù)水平跨上一個(gè)新臺(tái)階,進(jìn)入世界領(lǐng)先水平行列,為井工開采我國(guó)深厚富水軟巖下的礦物資源創(chuàng)造了條件。”