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攻克煤层深部开采转移难题

——同煤集团实施不对称开发技术小记

2019-4-9 9:07:37 来源:中国矿业报 本报记者:洪浪 通讯员 刘雨亭

同煤集团针对煤炭开采由侏罗系煤层向下组石炭系煤层转移、安全高效开采挑战多的难题,成立了科研团队,与辽宁工程技术大学强强联合开展攻关。经过多年攻关和自主创新,形成了大同矿区煤层群组不对称开发理论与关键技术,保障了煤炭资源的有序接续和安全高效绿色开采。日前,这项技术荣获 2018 年度中国煤炭工业协会科学技术奖一等奖。

由侏罗系向石炭系转移

长期以来,同煤集团主要开采浅层侏罗系煤层,煤炭资源接近枯竭,侏罗系煤层下组深部石炭二叠系成为主力接续资源。

按照惯例,煤层群开采接续是将上部煤层的开拓工程结构直接延伸至下部煤层。但是在大同矿区,面临上组煤层群开采矿井多、生产分散、结构单一、灾害突出等问题,无法延用原有的井工开采技术。而当时国内外还没有此类可供借鉴的开采经验,同煤集团便成立了科研团队,与辽宁工程技术大学联合,共同攻关煤层深部开采转移难题。

同煤集团科研团队从了解现有的下部开采布局入手,除了仔细研究采掘工程平面图纸以外,其他时间基本都在各矿的井下,深入了解各矿不同的规模布局和开采工艺。

掌握准确数据后,科研团队有了明确思路:侏罗系煤层厚度平均在2米~6米之间,多采用综采、低位放顶煤工艺,而向下延伸的石炭系是18米~23米的超厚煤层。如果复制上部开采模式,留设煤柱等会极大制约安全高效发展。

“不对称开发”理论的提出

针对此种情况,项目主要完成人于斌等人创新提出了“大同矿区煤层群组不对称开发”的攻关目标和具体实施路线,为煤层群组不对称开发理论与关键技术的实施奠定了基础。

煤层群组不对称开发理论的核心为:基于系统思维及时空协同优化工程理念,以科学理论、工程技术、装备制造的创新发展为支撑,兼顾资源、环境、安全等约束条件,通过改变工程结构与开发模式,实现下组煤层的安全高效开发以及资源的循环利用。此项理论颠覆了传统的延伸复制上部工程结构的做法,将石炭系超厚煤层进行整体规划和集中开发。

要想成功研发这一国内煤炭行业首创技术,就必须研发18米~23米超厚煤层单井口年产千万吨矿井综放开采成套技术,解决多煤层开采水、火、瓦斯灾害覆盖面广的技术难题。

挑战越大,机会越大。2003年,同煤集团提出构建“煤矿+园区”一体化绿色开发新模式,建设塔山、同忻两座千万吨级矿井,以代替开采侏罗系煤层需建设10座传统矿井的构想,以煤炭工业循环经济园区代替产业结构单一的分散矿井群,实现资源梯级利用。

这期间,同煤集团首创了超厚煤层高效集约化开采成套技术,同时开发了多层采空区水、火、瓦斯灾害一体化防治关键技术。通过自主创新,形成了大同矿区煤层群组不对称开发理论与关键技术的成熟操作体系。

破解超厚煤层开采技术瓶颈

“挖煤不见煤,下井坐汽车”,是如今同煤集团煤矿工人的日常生活场景。项目完成人之一、同煤技术中心的杨智文回忆:“当初拍板决定实施新的开采工艺和技术时,科研团队也是紧绷着弦的。毕竟是首次提出对下部超厚煤层重新规划布局,所有理论都需要实践进行检验。”

不对称开发理论颠覆了传统的延伸复制上部工程的做法,将石炭系超厚煤层进行整体规划和集中开发,建成了世界最大的单井口井工矿井,同时形成我国第一个具有完整产业链的煤炭工业循环经济园区,为加快同煤集团可持续发展提供了保证。

“基于最小能耗开采理念,同煤集团向集约、高效转变,突破18米至23米超厚煤层综放开采技术瓶颈,开创了井下无车场、无煤仓矿井开拓新模式;首次使用TBM施工技术,实现长距离大断面井筒快速掘进;研发超厚煤层综放特大断面切眼支护技术,解决了10米×3.9米特大断面切眼支护难题;成功开发超厚煤层高效综放开采关键技术,实现井巷开拓、矿井系统和生产系统的快速、集约,使回采率标准高出国家标准13%以上。”杨智文说。

实施不对称开发新技术的塔山、同忻两座千万吨级矿井相继投产后,与对称开发相比,工程造价减少68%,原煤综合电耗减少62.7%,煤柱及工业广场压煤损失减少8.42亿吨。

此项技术的成功运用,为同煤集团规划并建成了国内第一个煤基多联产循环经济园区,以工业园区替代产业结构单一的分散矿井群,提高了煤炭及伴生资源的利用率,增加了煤炭附加值。同时,煤层群组多灾害协同防治,保障了矿井的安全高效生产,为安全高效绿色开发提供了有力支撑。□

网站编辑:宫莉

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