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不對稱開發給同煤帶來什么

中國煤炭報 作者:劉雨亭 紀潤清 2019-04-03 10:12:00

大同礦區煤層群組不對稱開發理論與關鍵技術原理圖

●經過多年攻關和自主創新,同煤集團形成了大同礦區煤層群組不對稱開發理論與關鍵技術,突破了傳統煤層群組下組煤層開發理論與技術,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+園區一體化綠色開發新模式,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,實現煤炭資源梯級利用

●實施不對稱開發新技術的塔山、同忻2座千萬噸級礦井相繼投產后,與對稱開發相比,工程造價降低68%,原煤綜合電耗降低62.7%,煤柱及工業廣場壓煤損失減少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合開展攻關。

經過多年攻關和自主創新,同煤集團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。

研發是挑戰,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利用井筒延伸至下部煤層,但上組煤層群開采礦井多、生產分散、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,而當時國內外還沒有此類可供參照的開采經驗。為此,同煤集團成立科研團隊,與遼寧工程技術大學強強聯合,共同攻關煤層向深部開采轉移難題。

沒有可借鑒的開發模式,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,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展。

項目主要完成人于斌等人針對煤層情況,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米至23米超厚煤層單井口年產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,實現煤炭資源梯級利用。

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,同煤集團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。

開采工藝創新,促進提質增效

“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10.0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2座千萬噸級礦井相繼投產后,與對稱開發相比,工程造價降低68%,原煤綜合電耗降低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,使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,提高了煤炭附加值。同時,煤層群組多災害協同防治,保障了礦井安全高效生產,為安全高效綠色開發提供了有力支撐。

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協會兩項大獎,還突破了傳統煤層開發理論與技術,解決了傳統井下水壓致裂堅硬頂板時作業空間受限,多煤層開采水、火、瓦斯災害覆蓋面廣的難題。

從礦井可持續發展理念出發,尋找產學研合作,結合實際,不斷試錯,不僅成為當今煤礦科技創新的行為模式,更體現了煤炭人在困境中敢想敢拼的精神。不創新無出路,煤炭科技的發展,正為煤炭行業重塑一片新天地。

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