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攻克水患难题 智取黄河北煤田

2021-01-22 09:56:43 中国煤炭网   作者: 记者 高文静 通讯员 崔鑫 闫之喜  

地处山东德州北部齐河县境内的山东能源临矿集团邱集煤矿近日传来好消息,该矿下组煤实现成功开采,破解了双重灰岩承压水威胁煤层开采的世界难题,为国内同类煤矿开采提供了借鉴和可行样本。

截至2020年底,该矿累计施工钻孔40余组,完成治理面积2平方公里,解放优质煤炭资源1700万吨,利润同比增长90%。

艰难抉择,历经坎坷志不移

黄河北煤田拥有煤炭资源百亿余吨,邱集煤矿下组煤储量近2亿吨。2004年,临矿集团接管邱集煤矿后,将治水工作定为该矿的重中之重。同年,该矿开始施工地面首个水文观测孔。2005年,该矿与中国煤炭科工集团西安研究院合作,开展矿井四五灰放水试验。2006年,该矿11号煤石门距离四五灰垂距5.5米处发生底板突水。由于突水通道难以查清,该矿于2007年施工挡水墙进行封闭,但初试失败。

随后,该矿进行了一系列物探、钻探、注浆、放水试验,但是受装备、技术水平制约,11号煤注浆改造工程始终没有获得突破。

2016年上半年,该矿可采储量已不足50万吨,被列入“僵尸企业”名单。如不尽快在下组煤治水上取得突破、释放煤炭资源,该矿将被关停。由于受顶板、底板承压水威胁,水害防治工作成为制约该矿可持续发展的瓶颈,仅靠传统治水的办法行不通。

“这种地质条件开采下组煤,没有先例,不可能成功。”“在两层水中间采煤,风险太大了,这不是天方夜谭吗?”……种种反对声在该矿此起彼伏。

为此,临矿集团领导经过分析研究,最终拍板决定:组织各方力量,支持邱集煤矿向11号煤发起挑战。

探寻“缚虎”术,为安全开采提供护身符

邱集煤矿11号煤水文地质条件极为复杂,主要受顶板四五灰、底板徐灰、奥灰含水层水害威胁。

临矿集团成立专班,邱集煤矿成立了以时任该矿总工程师武善元为首的水害治理攻关组,打破传统惯性思维,以全新思路,全力解决水患难题。

前期,攻关组对防治水工作和相关地质资料进行全面总结梳理,多次外出调研考察,经过反复研究商讨,决定采用地面顺层水平定向钻探+高压注浆技术对下组煤进行超前区域治理。

2016年7月,随着D8钻孔第一钻嵌入地层,该矿治水攻坚战正式打响。钻硬岩、过软岩,优方案、精注浆……该矿的治水工程有条不紊,接续进行。

地测专业出身的武善元顶着巨大压力,与攻关组成员一道争分夺秒赶进度,先后主持完成了3次大型放水试验,解决了一个又一个技术难题。攻关组成员刘磊面对S5—5分支孔有可能会出现塌孔现象,与施工人员盯守现场,与钻探人员一道分析地层、岩粉、定向轨迹等,反复测试钻探泥浆的特性,最终探索出用高标号水泥固结和非定向钻探穿越泥岩段的方法,大大提高了钻探效率。

然而,D8钻孔在区域初步治理中未能达到切断徐奥灰与四五灰垂向联系的目的。为此,攻关组对这一区域的地质条件特征再次进行分析后,开创性地提出并实施了双层多分支顺层钻孔注浆改造顶板、底板双重灰岩含水层的方法,同时加固顶板、底板灰岩,将两层灰岩改造成弱含水层或相对隔水层,从源头上解决了顶板、底板双重灰岩含水层的问题。

此外,攻关组还创新实施了“梅花式”探查,持续完善探查治理标准;实施了“一段一策、一孔一策”方案,实现了精准注浆。为解决扇状水平钻孔布置中存在的钻孔间距不均一、顺层距离短、浆液扩散不均衡等问题,攻关组创新实施了浅埋深等距水平孔技术;为解决顶板四五灰硬度大、垮落难,大面积垮落会增加对底板破坏程度的问题,他们创新实施了顶板灰岩全闭合预裂卸压开采技术。巷道顺利揭露下组煤后,该矿又出现了底板钻孔水量大、地面注浆孔与巷道距离近等突出问题,于是,攻关组建立了井上井下联合立体式治理新模式。

在地面区域治理工程实践结束和安全性评价的基础上,2017年9月,该矿首次安全揭露了11号煤。经过地面区域治理和井下多次探查,2018年12月,该矿1102试采工作面顶板、底板岩溶水害超前治理效果评价顺利通过评审组专家论证。2019年4月,在完成设备安装、调试等一系列准备工作后,该矿11号煤第一个采煤工作面1102试采工作面开始安全试采,同年5月,第一个智能化工作面1101工作面正常开采。

4年来,攻关组先后实施了顶板、底板同注,浅埋深地面顺层等距离分支钻孔和定向钻进精准注浆三大核心技术,形成了地质分析、区域治理、探注结合、动态预警、综合防护“五位一体”防治水技术管理体系,实现了黄河北煤田受顶板、底板双重灰岩承压水威胁煤层的安全开采,为国内类似条件下煤层开采提供了借鉴、参考。

截至2020年11月,该矿已完成4个块段的治理,施工钻孔40余组,完成钻探进尺12万米以上,注浆量达70多万吨,治理面积2平方公里,解放优质煤炭资源1700万吨,并建成了黄河北煤田首个智能化工作面。

智能化开采,如虎添翼

借助临矿集团强力推进的工业3.0+升级改造重点工程和新旧动能转换项目,邱集煤矿领导班子将目光聚焦到智能矿山建设上。

“按照山东能源集团‘一提双优’工作部署,我们把智能化建设作为‘一号工程’,着力构建工艺现代化、生产自动化、运行集控化、管理信息化、队伍专业化新型生产模式,全力打造智能化工作面。”临矿集团副总经理、总工程师赵仁乐说。

2019年,该矿引进了首套智能化工作面装备,打造了1101智能化工作面。该智能化工作面集成了液压支架电液控系统、采煤机智能化系统、语音通信系统、工作面视频辅助系统和顺槽集控自动化系统。

但是,该矿技术人员发现,该智能化工作面试运行后,整套系统并没有达到智能化开采要求。根据存在的诸多问题,该矿成立了以机电副矿长为组长的智能化工作面技术攻关小组,全面负责解决智能化工作面存在的问题、优化生产工艺及系统操作、培训维护人员等。

与此同时,技术攻关小组通过跟踪不同生产工序,总结制定了处理问题和优化系统的有效方案,解决了跟机移架丢架、不能双向进刀、三角煤无法自动记忆截割等关键技术问题,并实施了复合灰岩顶板全闭合预裂切顶卸压及自成巷技术,实现了“以工作面自动控制为主,远程干预控制为辅,一键启停、记忆截割、自动跟机移架,工作面有人巡视、无人操作”的智能化生产模式。

为确保安全开采,打造工作面的“铜墙铁壁”,该矿增加了注浆环节。“我们目前已掌握了注浆核心技术,通过优化钻探设计和浆液配比,研发新型注浆材料,多煤层联合开发,并通过竞标降低了吨煤注浆成本,不仅实现技术上可行、安全上可靠,而且做到了经济上合理。”该矿党委书记、矿长王永宝介绍说。

此外,该矿大力实施“三减三提”工程,努力打造自动化、智能化矿井。通过技术攻关和经验摸索,人工干预率降到10%以下,单班实现常态化连续记忆割煤,打造形成了真正意义上的智能化工作面。该工作面正常生产期间只需要2人作业,同比减少14人,人工效率同比提高195.9%。

“下一步,我们将在当前防治水技术的基础上,继续加强对新技术的吸收、探索和应用,持续提升技术治理、科技保安能力,实现生产效率、矿井效益双提升,着力打造黄河北煤田安全集约高效防治水样板矿井和全智能化样板矿井。”临矿集团党委书记、董事长张圣国表示。




责任编辑: 张磊

标签: 山东能源 临矿集团 邱集煤矿

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