新年伊始，從中國煤炭工業協會主辦的同煤集團2019年度科技成果鑑定會上傳來捷報，同煤20項科技成果分別達到國際領先、國際先進和國內先進水平，令企業群情振奮。同樣令人激動的消息來自於2019年，同煤集團三項科技創新項目獲得中國煤炭工業協會科學技術獎一等獎。其中，“大同礦區雙系煤層開採水氣下洩致災機理及防控技術”解決了上覆採空區極易造成水氣下洩進而困擾礦井安全生產的難題。
採空區水氣下洩帶來安全隱患
大同礦區屬典型的雙系煤層開採礦區。簡而言之，就是煤田屬侏羅系與石炭系雙煤系賦存，兩系煤田間距在100米－300米之間。目前，同煤集團正逐步將開採陣地由侏羅紀煤系向下部石炭紀煤系轉移。
雙系煤層開採在我國並不多見，開採工藝相對複雜，關聯到採礦、地質、安全等多個方面。由於上部侏羅系採空區分佈複雜，加之石炭系煤層一次性開採空間大、覆巖強度高破壞力強，一旦採動裂隙與上覆侏羅系採空區溝通，極易誘發採空區積水及一氧化碳等有害氣體下洩，給礦井安全生產帶來重大隱患。要想徹底治理水氣下洩，就得搞清楚致災機理，從根本環節遏制其發展蔓延，產生危害。
為此，從2015年起，同煤集團聯手河南理工大學開始“雙系煤層開採水氣下洩致災機理及防控技術”的科研攻關。集團派出精幹技術隊伍，經實地鑽孔取巖樣做水氣浸流試驗及應力狀態下水氣滲透情況，研究裂隙巖體的基礎滲流特性，得出大同礦區雙系煤層間基岩遇水力學性能無顯著變化的精準結論；實驗室用相似材料模擬在煤層開採過程中上覆岩層變化與裂隙的關係等系列試驗，綜合運用理論分析、數值計算、相似模擬、現場測試等手段，取得一系列重要成果。
這些創新成果環環相扣，一步步揭示出致災機理，最終找到治理方法。同煤集團同大科技研究院安全所所長趙君形象地介紹綜合立體治水技術體系，“綜合治水首先要清楚採空區積水位置，多層採空區積水綜合探測，就是經地面和井下鑽探、物探、工程示意圖以及化驗水質成分確定採空區積水分佈信息。明瞭分佈情況，就好比準確掌握了獵物位置，接下來就可採取有效措施。周密措施通過“井下直排-井下深孔探放-地面抽放-上部其他礦井分流排水”方式精準排水，徹底清除採空區積水隱患。’“雙系採空區流場動態平衡多點調控的礦井通風系統調控方法”，則是通過人為干預將有害氣體下洩和工作面漏風情況合理控制，最終研發成功特厚煤層工作面流場局部動態平衡自動控制系統成套裝備，構建了雙系多層採空區下特厚煤層安全開採技術體系。
有效治理上覆煤層採空區積水及有害氣體
重要成果的問世，靠的是研究團隊的眾志成城還有艱辛付出。一系列的艱苦卓絕，捍衛的是同煤人戰勝災害的自信和決心。
前期實驗期間，需在實地鑽孔觀測井下開採過程中岩層變化。用鑽孔電視下探至縱深500米左右，開始觀察從工作面作業推進時不同時段採空區水氣下洩情況。
彼時，正值北方寒冬，作業人員趙君、滕東方等蹲守在寒風刺骨的山頂，工程測量車被北風裹挾著，車內溫度接近室外，就是這樣的環境，他們仍舊屏氣凝神，藉由設備傳輸回來的觀測資料觀察分析水氣下洩對不同層次岩層的影響變化。每觀測一次約耗時3、4個小時，持續的觀測至少4-5次以上才能掌握工作面推進的不同時段受影響岩層水氣下洩的變化情況。
實踐檢驗真知。掌握了水氣下洩致災機理以及對應的相關數據後，同煤集團科研團隊再結合以往作業經驗，對於老採空區積水分佈有了準確判斷，進而建立起“井下直排-井下深孔探放-地面抽放-上部其他開採礦井分流排水”的綜合立體治水排水技術體系，有效預防和治理特厚煤層開採中的水害問題。同時，研發出特厚煤層工作面流場局部動態平衡自動控制系統成套裝備，通過多點調控，監測有害氣體、風量、風速等，有效控制有害氣體下洩和工作面漏風現象，保證安全生產。
應用於實際檢驗效果
“大同礦區雙系煤層水氣下洩致災機理及防控技術”開始研究於2015年，2018年12月全面完成。期間，於2016年8月在同煤集團同忻礦8106工作面得到全面推廣應用。該工作面與上覆採空區距離近，實施多點調控整體平衡通風技術後，工作面在後續開採中實現了實時預警和控制氣體下洩，進而保證了工作面的安全回採。2018年，同忻礦8309工作面開始回採，此面上覆14#煤採空區間距220米，應用“雙系煤層開採水氣下洩致災機理及防控技術”，在此工作面開採之初就做好應對預案，根據前期鑽孔得到的結論和風量監測結果制定相應措施，上覆採空區積水及有害氣體均得到控制，沒有影響礦井安全生產。
2017年，8106工作面回採了1152米，相當於工作面增加原煤產量54.9228萬噸，新增利潤6000餘萬元；2018年，節約通風設備費用500萬元，節約排水設備及工程費用2000萬元，直接創效2500萬元。
看得見的效益帶來欣喜，同時，“大同礦區雙系煤層開採水氣下洩致災機理及防控技術”引發的長遠利益與效益更值得關注。通過該項目的成功應用，有效解決了雙系煤層開採過程中水氣下洩致災問題，進一步提升了礦井及人員安全係數，為同煤集團整體安全高效可持續發展提供了堅實有力的保障。（文/洪浪 劉雨亭 責編/何萍萍）
（轉自：中國新聞網）
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