內蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責任公司全景

專(zhuān)家組答辯現場(chǎng)

參與創(chuàng )作人員討論技術(shù)方案? ??

長(cháng)期以來(lái)，煤炭在我國能源體系中占據著(zhù)主體地位，對支撐我國經(jīng)濟社會(huì )平穩較快發(fā)展發(fā)揮著(zhù)能源安全保障的穩定器作用，在未來(lái)較長(cháng)時(shí)期內，對我國能源轉型發(fā)展還將發(fā)揮不可或缺的兜底保障作用。隨著(zhù)我國進(jìn)入“十四五”時(shí)期，全面建設社會(huì )主義現代化強國步入新征程，同時(shí)，煤炭行業(yè)也將進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展的攻堅期。面對新形勢新要求，亟須把加強科技創(chuàng )新作為最緊迫的任務(wù)，加快原創(chuàng )技術(shù)、關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現高水平科技自立自強，以科技創(chuàng )新驅動(dòng)煤炭行業(yè)的高質(zhì)量可持續發(fā)展。

我國煤炭產(chǎn)區主要集中在北方地區，其中，山西、內蒙古是中國最大的產(chǎn)煤省區。作為國內實(shí)力雄厚的電力企業(yè)，中國華電集團在2006年自主開(kāi)發(fā)建設的第一座千萬(wàn)噸級現代化特大型煤炭企業(yè)——內蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責任公司順利投入生產(chǎn)。

內蒙古蒙泰不連溝煤業(yè)有限責任公司位于內蒙古自治區鄂爾多斯市準格爾旗范圍內，下屬不連溝煤礦及選煤廠(chǎng)、煤矸石熱電廠(chǎng)、鐵路專(zhuān)用線(xiàn)。本著(zhù)上級單位華電煤業(yè)集團有限公司“夯實(shí)煤炭主業(yè)，優(yōu)先鐵路建設，配套電力、物流產(chǎn)業(yè)，強化管理創(chuàng )新，實(shí)現循環(huán)發(fā)展”的總體思路，不連溝煤業(yè)經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，逐漸在煤炭開(kāi)采行業(yè)擁有了突出的競爭優(yōu)勢，在我國北方地區的煤炭開(kāi)采工作中發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。

運籌帷幄，探索理論依據打下堅實(shí)基礎

煤炭開(kāi)采行業(yè)處在煤炭行業(yè)的最上游，采用科學(xué)的開(kāi)采技術(shù)對于提高煤礦資源的利用率以及環(huán)境的可持續發(fā)展具有重要意義。我國是世界煤炭資源大國，在現有的煤炭?jì)α亢彤a(chǎn)量中，厚煤層產(chǎn)量和儲量接近50%，是實(shí)現高產(chǎn)高效開(kāi)采的主力煤層。在世界采煤技術(shù)突飛猛進(jìn)的今天，加強開(kāi)拓方式和采煤方法的研究，依靠科技進(jìn)步，努力改進(jìn)工藝工法對我國煤炭開(kāi)采行業(yè)的健康發(fā)展顯得尤為重要。

厚煤層開(kāi)采的主要方法為分層開(kāi)采、放頂煤開(kāi)采和大采高開(kāi)采。其中，放頂煤開(kāi)采技術(shù)得到了快速發(fā)展和廣泛應用。不連溝煤礦現采用的就是綜采放頂煤開(kāi)采，屬于典型的淺埋薄基巖特厚放頂煤開(kāi)采。不連溝煤礦地表為黃土層，厚16.7—44.8米，埋深一般為230—260米。煤層上覆基巖薄，大部分初期開(kāi)采區域的煤層頂板厚度較薄，一般為30—40米，有的煤層頂板只有十幾米?，F主采煤層為6#煤層，平均厚度為16米，裂隙較發(fā)育，既不利于安全生產(chǎn)，更容易對環(huán)境造成污染。改進(jìn)回采技術(shù)，提高回采率成為關(guān)鍵。

在綜放工作面回采過(guò)程中，端頭常留有一定寬度的頂煤不放，而對要不要留設頂煤以及留設頂煤寬度已成為回采技術(shù)的一個(gè)重要問(wèn)題，這種問(wèn)題聽(tīng)起來(lái)似乎云淡風(fēng)輕，但不連溝煤礦的工作者們都明白，它不僅關(guān)系到端頭圍巖的穩定，而且涉及煤炭資源的采出率。對其進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，若失之毫厘，便會(huì )差之千里，他們面對的，是技術(shù)工法創(chuàng )新的一次嚴峻挑戰，功成名就和功虧一簣只在一線(xiàn)之間。

理論是實(shí)踐的基礎，實(shí)踐是理論的來(lái)源。對已有經(jīng)驗的總結和尋求探索新的理論依據是創(chuàng )新實(shí)踐的第一步。

采礦工程專(zhuān)家錢(qián)鳴高院士提出的關(guān)鍵層理論認為，在煤層頂板中，由于成巖礦物成分及成巖環(huán)境等因素的不同，造成頂板各巖層的厚度和力學(xué)特性等方面存在著(zhù)較大的差異，而其中一些較為堅硬的具有一定厚度的巖層起著(zhù)主要的控制作用，它們破斷后形成的結構直接影響著(zhù)采場(chǎng)的礦壓顯現和巖層活動(dòng)，這樣的巖層稱(chēng)為關(guān)鍵層。

關(guān)鍵層理論的提出實(shí)現了礦山壓力、巖層移動(dòng)與地表沉陷、采動(dòng)煤巖體中水與瓦斯流動(dòng)研究的有機統一，為更全面、深入地解釋采動(dòng)巖體活動(dòng)規律與采動(dòng)損害現象奠定了基礎，為煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)研究提供了新的理論平臺，也成為不連溝煤礦對綜放開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的理論支撐。

技術(shù)破冰，工藝創(chuàng )新成果鎖定行業(yè)標桿

實(shí)踐是檢驗真理的唯一標準。在有了強大的理論依據之后，工作者們根據不連溝煤礦開(kāi)采狀況和現有技術(shù)資料，結合當前技術(shù)水平，對開(kāi)采工法展開(kāi)了步步為營(yíng)的細致研究，最終形成“特厚松軟煤層工作面端頭頂板管理工作法”，并制定出嚴謹的可行性技術(shù)方案，在五個(gè)方面投入應用。

工作法針對不連溝部分工作面后方切眼、兩巷頂板出現了不能隨著(zhù)工作面放頂而冒落的現象，造成初采垮落和初次放煤步距加大、工作面上下端頭后部較大范圍的懸頂及在工作面上端易形成通風(fēng)死角、懸頂三角區瓦斯聚積超限等問(wèn)題，提出對工作面切眼和回采巷道實(shí)施支護解除，減小初采垮落和放煤步距、減小工作面上下端頭后部懸頂長(cháng)度、改善煤柱的受力狀態(tài)，同時(shí)使煤柱壓力減小，提高煤柱的穩定性。

工作法通過(guò)對厚煤層工作面端頭區頂板斷裂特征研究分析，得出不連溝煤礦大采高綜放開(kāi)采端頭區易形成“弧三角形懸板結構”，使巷道及煤柱應力增加，不利于維護的結論。因此針對不連溝現場(chǎng)條件，為了能夠盡量減小端頭不放頂煤寬度，同時(shí)能夠保證端頭的穩定性，提出了深孔爆破強制放頂和深孔注水弱化頂板兩種斷頂卸壓技術(shù)方案，效果較好。

F6204工作面輔運順槽受F6203工作面回采影響后，礦壓顯現更明顯，煤柱幫側圍巖破碎嚴重，出現大面積“網(wǎng)兜”，部分地段巷道兩幫相對移近量達150—400毫米，最大移近量為800毫米，頂底板移近量為400—500毫米，底鼓變形主要集中在巷道的中部。工作法采用深孔爆破強制放頂技術(shù)或者深孔注水弱化頂板技術(shù)，使懸露巖層沿預裂（弱化）面切落，充填了冒落空間，消除了懸頂現象，減小了懸臂梁上覆荷載以及旋轉變形力，極大消散了F6204工作面輔運順槽圍巖的應力集中程度，使應力集中向輔運順槽南部的未采煤體深部轉移，很好地改善了輔運順槽的圍巖應力環(huán)境，從根本上優(yōu)化了巷道內的結構力學(xué)環(huán)境。

工作法通過(guò)切頂卸壓法，使懸伸巖層沿設計的預裂面斷落，減小懸伸巖層長(cháng)度，從而減小煤柱、端頭和巷道上方的覆荷載以及旋轉變形力，降低圍巖中應力集中程度。切頂卸壓后，區段煤柱變形均勻，煤柱上應力峰值降低，煤柱上應力范圍減小。巷道頂板移近量及兩幫移近量變小。相鄰工作面未開(kāi)采實(shí)體煤部分所受應力范圍減小，最大應力值降低。

工作法采用中部卸壓槽法控制底鼓量。設計卸壓槽寬度為0.5米，距巷道中心線(xiàn)均為0.25米，深度分別為0.5米、1.0米、1.5米、2.0米。數值計算結果表明：開(kāi)設卸壓槽后，巷道底板巖體向卸壓槽內擠壓，導致卸壓槽有閉合趨勢。底板應力向深部巖層轉移，幫部應力向遠離巷道轉移，從而使巷道所受應力降低，底鼓量降低。隨著(zhù)卸壓槽深度增加，塑性區深度增加，塑性區面積增大。幫部最大水平位移逐漸增加，最大底鼓量逐漸減小。

實(shí)踐證明，在不連溝煤業(yè)工作人員的不懈努力下，特厚松軟煤層工作面端頭頂板管理工作法大獲成功，它將為指導淺埋巨厚裂隙發(fā)育松軟煤層綜放工作面設計、決策、管理提供科學(xué)依據，不僅能解決不連溝煤礦高產(chǎn)高效綜放工作面機頭機尾煤炭資源的損失難題，同時(shí)在提高煤炭資源的采出率、降低工作面順槽支承壓力、控制采空區遺煤自燃等方面都有重要的指導意義。此項成果既在本礦區具有廣泛的應用前景，在國內類(lèi)似條件的礦區也有重要的推廣和使用價(jià)值，獲得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。

開(kāi)云見(jiàn)日，贏(yíng)得口碑效益彰顯企業(yè)品牌

不連溝煤礦6#煤層F6203綜放開(kāi)采工作面在運用新工法開(kāi)展采煤工作后，提高了煤炭開(kāi)采率，資源回采率也得到大幅提升。由于工作面端頭全部放煤技術(shù)的應用，使巷道的返修量大大減少，縮短了超前加強支護段，工作面的生產(chǎn)效率得到很大提高，節省了更多費用，大量減小了工人的井下勞動(dòng)強度、有效節約了人力物力，降低了噸煤成本，讓6#煤層多開(kāi)采的產(chǎn)量總共約1668.2萬(wàn)噸，既實(shí)現了安全、高效的目標，更為企業(yè)帶來(lái)非?？捎^(guān)的經(jīng)濟效益。

值得一提的是，新工法在環(huán)境保護方面亦成績(jì)顯著(zhù)。按照以往的經(jīng)驗，綜放工作面上下端頭的排頭排尾架上的頂煤，均沒(méi)有被放掉采出，因為端頭煤的支撐作用，將對地表的均勻沉降以及環(huán)境恢復帶來(lái)很大的負面影響。不均勻沉降將使地表產(chǎn)生很大很深的裂縫，將導致土地風(fēng)干，地表干旱，植被大量的死亡，嚴重影響生態(tài)系統。同時(shí)，這些裂縫會(huì )造成采空區的漏風(fēng)，從而使采空區未采出的煤氧化與自燃，帶來(lái)安全隱患。通過(guò)應用端頭全部放煤技術(shù)之后，將使整個(gè)采空區上方的地層沉降更加均勻，裂縫彌合，有利于安全和采空區上方地表生態(tài)系統的恢復。新技術(shù)在煤炭開(kāi)采工作中的應用，對促進(jìn)礦區產(chǎn)學(xué)研用相結合，提升綠色開(kāi)采技術(shù)管理水平產(chǎn)生深遠影響。

多年來(lái)，本著(zhù)“不畏浮云遮望眼”的奮斗精神，砥礪拼搏，不連溝煤礦及選煤廠(chǎng)榮獲了“太陽(yáng)杯”“魯班獎”“雙十佳煤礦”“特級安全高產(chǎn)高效礦井”等多項國家級榮譽(yù)，成功通過(guò)綠色礦山5A級認證，成為生態(tài)建設先進(jìn)企業(yè)和國家首批智能化示范礦井。

未來(lái)，不連溝煤礦將積極貫徹華電煤業(yè)集團“和諧進(jìn)取 創(chuàng )新超越”的公司精神，探索煤炭綠色開(kāi)采技術(shù)路線(xiàn)，努力創(chuàng )新工藝工法，積極應用成熟技術(shù)，以高標準、高品質(zhì)打造示范礦區，以科技創(chuàng )新推動(dòng)煤炭資源開(kāi)發(fā)向綠色開(kāi)采方式轉變，為可持續發(fā)展的長(cháng)效機制添磚加瓦，為煤炭綠色開(kāi)采規范化、標準化貢獻更大力量。