地處山東德州北部齊河縣境內(nèi)的山東能源臨礦集團(tuán)邱集煤礦近日傳來好消息，該礦下組煤實(shí)現(xiàn)成功開采，破解了雙重灰?guī)r承壓水威脅煤層開采的世界難題，為國(guó)內(nèi)同類煤礦開采提供了借鑒和可行樣本。

截至2020年底，該礦累計(jì)施工鉆孔40余組，完成治理面積2平方公里，解放優(yōu)質(zhì)煤炭資源1700萬噸，利潤(rùn)同比增長(zhǎng)90%。

艱難抉擇，歷經(jīng)坎坷志不移

黃河北煤田擁有煤炭資源百億余噸，邱集煤礦下組煤儲(chǔ)量近2億噸。2004年，臨礦集團(tuán)接管邱集煤礦后，將治水工作定為該礦的重中之重。同年，該礦開始施工地面首個(gè)水文觀測(cè)孔。2005年，該礦與中國(guó)煤炭科工集團(tuán)西安研究院合作，開展礦井四五灰放水試驗(yàn)。2006年，該礦11號(hào)煤石門距離四五灰垂距5.5米處發(fā)生底板突水。由于突水通道難以查清，該礦于2007年施工擋水墻進(jìn)行封閉，但初試失敗。

隨后，該礦進(jìn)行了一系列物探、鉆探、注漿、放水試驗(yàn)，但是受裝備、技術(shù)水平制約，11號(hào)煤注漿改造工程始終沒有獲得突破。

2016年上半年，該礦可采儲(chǔ)量已不足50萬噸，被列入“僵尸企業(yè)”名單。如不盡快在下組煤治水上取得突破、釋放煤炭資源，該礦將被關(guān)停。由于受頂板、底板承壓水威脅，水害防治工作成為制約該礦可持續(xù)發(fā)展的瓶頸，僅靠傳統(tǒng)治水的辦法行不通。

“這種地質(zhì)條件開采下組煤，沒有先例，不可能成功。”“在兩層水中間采煤，風(fēng)險(xiǎn)太大了，這不是天方夜譚嗎?”……種種反對(duì)聲在該礦此起彼伏。

為此，臨礦集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過分析研究，最終拍板決定：組織各方力量，支持邱集煤礦向11號(hào)煤發(fā)起挑戰(zhàn)。

探尋“縛虎”術(shù)，為安全開采提供護(hù)身符

邱集煤礦11號(hào)煤水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜，主要受頂板四五灰、底板徐灰、奧灰含水層水害威脅。

臨礦集團(tuán)成立專班，邱集煤礦成立了以時(shí)任該礦總工程師武善元為首的水害治理攻關(guān)組，打破傳統(tǒng)慣性思維，以全新思路，全力解決水患難題。

前期，攻關(guān)組對(duì)防治水工作和相關(guān)地質(zhì)資料進(jìn)行全面總結(jié)梳理，多次外出調(diào)研考察，經(jīng)過反復(fù)研究商討，決定采用地面順層水平定向鉆探+高壓注漿技術(shù)對(duì)下組煤進(jìn)行超前區(qū)域治理。

2016年7月，隨著D8鉆孔第一鉆嵌入地層，該礦治水攻堅(jiān)戰(zhàn)正式打響。鉆硬巖、過軟巖，優(yōu)方案、精注漿……該礦的治水工程有條不紊，接續(xù)進(jìn)行。

地測(cè)專業(yè)出身的武善元頂著巨大壓力，與攻關(guān)組成員一道爭(zhēng)分奪秒趕進(jìn)度，先后主持完成了3次大型放水試驗(yàn)，解決了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難題。攻關(guān)組成員劉磊面對(duì)S5—5分支孔有可能會(huì)出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，與施工人員盯守現(xiàn)場(chǎng)，與鉆探人員一道分析地層、巖粉、定向軌跡等，反復(fù)測(cè)試鉆探泥漿的特性，最終探索出用高標(biāo)號(hào)水泥固結(jié)和非定向鉆探穿越泥巖段的方法，大大提高了鉆探效率。

然而，D8鉆孔在區(qū)域初步治理中未能達(dá)到切斷徐奧灰與四五灰垂向聯(lián)系的目的。為此，攻關(guān)組對(duì)這一區(qū)域的地質(zhì)條件特征再次進(jìn)行分析后，開創(chuàng)性地提出并實(shí)施了雙層多分支順層鉆孔注漿改造頂板、底板雙重灰?guī)r含水層的方法，同時(shí)加固頂板、底板灰?guī)r，將兩層灰?guī)r改造成弱含水層或相對(duì)隔水層，從源頭上解決了頂板、底板雙重灰?guī)r含水層的問題。

此外，攻關(guān)組還創(chuàng)新實(shí)施了“梅花式”探查，持續(xù)完善探查治理標(biāo)準(zhǔn);實(shí)施了“一段一策、一孔一策”方案，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)注漿。為解決扇狀水平鉆孔布置中存在的鉆孔間距不均一、順層距離短、漿液擴(kuò)散不均衡等問題，攻關(guān)組創(chuàng)新實(shí)施了淺埋深等距水平孔技術(shù);為解決頂板四五灰硬度大、垮落難，大面積垮落會(huì)增加對(duì)底板破壞程度的問題，他們創(chuàng)新實(shí)施了頂板灰?guī)r全閉合預(yù)裂卸壓開采技術(shù)。巷道順利揭露下組煤后，該礦又出現(xiàn)了底板鉆孔水量大、地面注漿孔與巷道距離近等突出問題，于是，攻關(guān)組建立了井上井下聯(lián)合立體式治理新模式。

在地面區(qū)域治理工程實(shí)踐結(jié)束和安全性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，2017年9月，該礦首次安全揭露了11號(hào)煤。經(jīng)過地面區(qū)域治理和井下多次探查，2018年12月，該礦1102試采工作面頂板、底板巖溶水害超前治理效果評(píng)價(jià)順利通過評(píng)審組專家論證。2019年4月，在完成設(shè)備安裝、調(diào)試等一系列準(zhǔn)備工作后，該礦11號(hào)煤第一個(gè)采煤工作面1102試采工作面開始安全試采，同年5月，第一個(gè)智能化工作面1101工作面正常開采。

4年來，攻關(guān)組先后實(shí)施了頂板、底板同注，淺埋深地面順層等距離分支鉆孔和定向鉆進(jìn)精準(zhǔn)注漿三大核心技術(shù)，形成了地質(zhì)分析、區(qū)域治理、探注結(jié)合、動(dòng)態(tài)預(yù)警、綜合防護(hù)“五位一體”防治水技術(shù)管理體系，實(shí)現(xiàn)了黃河北煤田受頂板、底板雙重灰?guī)r承壓水威脅煤層的安全開采，為國(guó)內(nèi)類似條件下煤層開采提供了借鑒、參考。

截至2020年11月，該礦已完成4個(gè)塊段的治理，施工鉆孔40余組，完成鉆探進(jìn)尺12萬米以上，注漿量達(dá)70多萬噸，治理面積2平方公里，解放優(yōu)質(zhì)煤炭資源1700萬噸，并建成了黃河北煤田首個(gè)智能化工作面。

智能化開采，如虎添翼

借助臨礦集團(tuán)強(qiáng)力推進(jìn)的工業(yè)3.0+升級(jí)改造重點(diǎn)工程和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換項(xiàng)目，邱集煤礦領(lǐng)導(dǎo)班子將目光聚焦到智能礦山建設(shè)上。

“按照山東能源集團(tuán)‘一提雙優(yōu)’工作部署，我們把智能化建設(shè)作為‘一號(hào)工程’，著力構(gòu)建工藝現(xiàn)代化、生產(chǎn)自動(dòng)化、運(yùn)行集控化、管理信息化、隊(duì)伍專業(yè)化新型生產(chǎn)模式，全力打造智能化工作面。”臨礦集團(tuán)副總經(jīng)理、總工程師趙仁樂說。

2019年，該礦引進(jìn)了首套智能化工作面裝備，打造了1101智能化工作面。該智能化工作面集成了液壓支架電液控系統(tǒng)、采煤機(jī)智能化系統(tǒng)、語(yǔ)音通信系統(tǒng)、工作面視頻輔助系統(tǒng)和順槽集控自動(dòng)化系統(tǒng)。

但是，該礦技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，該智能化工作面試運(yùn)行后，整套系統(tǒng)并沒有達(dá)到智能化開采要求。根據(jù)存在的諸多問題，該礦成立了以機(jī)電副礦長(zhǎng)為組長(zhǎng)的智能化工作面技術(shù)攻關(guān)小組，全面負(fù)責(zé)解決智能化工作面存在的問題、優(yōu)化生產(chǎn)工藝及系統(tǒng)操作、培訓(xùn)維護(hù)人員等。

與此同時(shí)，技術(shù)攻關(guān)小組通過跟蹤不同生產(chǎn)工序，總結(jié)制定了處理問題和優(yōu)化系統(tǒng)的有效方案，解決了跟機(jī)移架丟架、不能雙向進(jìn)刀、三角煤無法自動(dòng)記憶截割等關(guān)鍵技術(shù)問題，并實(shí)施了復(fù)合灰?guī)r頂板全閉合預(yù)裂切頂卸壓及自成巷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了“以工作面自動(dòng)控制為主，遠(yuǎn)程干預(yù)控制為輔，一鍵啟停、記憶截割、自動(dòng)跟機(jī)移架，工作面有人巡視、無人操作”的智能化生產(chǎn)模式。

為確保安全開采，打造工作面的“銅墻鐵壁”，該礦增加了注漿環(huán)節(jié)。“我們目前已掌握了注漿核心技術(shù)，通過優(yōu)化鉆探設(shè)計(jì)和漿液配比，研發(fā)新型注漿材料，多煤層聯(lián)合開發(fā)，并通過競(jìng)標(biāo)降低了噸煤注漿成本，不僅實(shí)現(xiàn)技術(shù)上可行、安全上可靠，而且做到了經(jīng)濟(jì)上合理。”該礦黨委書記、礦長(zhǎng)王永寶介紹說。

此外，該礦大力實(shí)施“三減三提”工程，努力打造自動(dòng)化、智能化礦井。通過技術(shù)攻關(guān)和經(jīng)驗(yàn)摸索，人工干預(yù)率降到10%以下，單班實(shí)現(xiàn)常態(tài)化連續(xù)記憶割煤，打造形成了真正意義上的智能化工作面。該工作面正常生產(chǎn)期間只需要2人作業(yè)，同比減少14人，人工效率同比提高195.9%。

“下一步，我們將在當(dāng)前防治水技術(shù)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的吸收、探索和應(yīng)用，持續(xù)提升技術(shù)治理、科技保安能力，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率、礦井效益雙提升，著力打造黃河北煤田安全集約高效防治水樣板礦井和全智能化樣板礦井。”臨礦集團(tuán)黨委書記、董事長(zhǎng)張圣國(guó)表示。