以科技創(chuàng)新破解煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展難題

“面對能源革命新形勢和行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新要求，煤炭行業(yè)現(xiàn)在比任何時候都需要加強科技創(chuàng)新，需要用系統(tǒng)思維來謀劃、從多個方面來統(tǒng)籌未來煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展。”在第九次全國煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)大會暨煤礦總工程師論壇上，中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長、中國煤炭學(xué)會理事長劉峰說。

劉峰表示，從現(xiàn)實角度看，煤炭行業(yè)面臨綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展要求，更需要科技創(chuàng)新提供發(fā)展動力;從未來角度看，要順應(yīng)能源革命趨勢，推動煤炭從傳統(tǒng)能源向清潔能源轉(zhuǎn)變。

新形勢帶來新挑戰(zhàn)

“我國1000米以深的煤炭資源量占煤炭資源總量的53%以上，隨著開采強度不斷增加，淺部資源逐漸枯竭，現(xiàn)階段煤礦開采深度正以每年25米左右的速度增加。”山東能源集團高級顧問孟祥軍說，煤炭開采條件越來越復(fù)雜，所面臨的巷道大變形、沖擊地壓、高溫?zé)岷?、水害、煤與瓦斯突出等問題日益突出，如何實現(xiàn)深部資源安全高效智能開采是迫切需求。

中國工程院院士武強認(rèn)為，由于淺部和上組煤易采資源逐漸枯竭，淺部或上組煤難采、難啃的“硬骨頭”和深部煤炭以及下組煤資源的開發(fā)成為我國東部礦區(qū)目前普遍面臨的選擇，如華北平原和山西高原等。

隨著開采深度增加，部分煤礦由低瓦斯向高瓦斯突出演變、由無沖擊地壓危險向弱沖擊或強沖擊演變，水文地質(zhì)類型由簡單向復(fù)雜或極復(fù)雜演變，災(zāi)害防控難度不斷加大。

武強介紹，隨著西北煤田和華北煤田西部礦井?dāng)?shù)量增多、開采規(guī)模擴大、開采強度增加，大水礦井逐漸增多，許多礦井正常涌水量和突水量已逐漸逼近甚至超過中東部礦井。同時，內(nèi)蒙古陜西接壤地區(qū)單體礦井范圍大，開采面積和采區(qū)或盤區(qū)面積逐漸增大，相鄰采區(qū)或盤區(qū)之間距離、各采區(qū)或盤區(qū)的超前疏放水量和正常涌水量均在增加，且煤層近似水平，礦井水井下自流條件差，采用傳統(tǒng)單—集中排水系統(tǒng)的礦井排水需多級泵高，成本大幅提高，管理復(fù)雜。另外，許多礦井面臨因淺部亂采形成的頂板或同層老空積水的威脅，同時煤層底板又受到高承壓水的威脅。

除了水害，瓦斯治理也不能忽視。“盡管煤礦瓦斯防治成效顯著，煤礦瓦斯事故還沒有杜絕。”中國工程院院士袁亮表示，“由于瓦斯治理的特殊性，引進技術(shù)不能解決礦區(qū)難題，必須實現(xiàn)理論突破和工程技術(shù)創(chuàng)新。”

發(fā)揮科技支撐作用

山東能源集團根據(jù)地層特征將沖擊地壓類型劃分為三大類：深埋巨厚表土薄基巖高垂直應(yīng)力沖擊類型、深埋高位巨厚堅硬頂板沖擊類型、深埋低位堅硬頂板(直接頂缺失)沖擊類型。

“深刻認(rèn)識深部開采與淺部開采在礦壓特征及應(yīng)力場分布等方面的本質(zhì)差別，從調(diào)整礦井生產(chǎn)布局入手，大力推廣應(yīng)用回采巷道與相鄰工作面順槽小煤柱、無煤柱、負煤柱護巷技術(shù);具備條件的優(yōu)先布置寬大工作面;多煤層開采時，下層煤工作面不越過上層煤工作面順槽、切眼及停采線，上層煤開采不得形成給下層煤開采造成困難的煤柱區(qū)等，探索形成深部礦井沖擊地壓災(zāi)害防治方案。”孟祥軍說。

中國平煤神馬集團創(chuàng)新應(yīng)用了“鉆—沖—割”耦合卸壓增透、非常規(guī)保護層開采、樹狀鉆孔、復(fù)合動力災(zāi)害統(tǒng)一預(yù)測防治等技術(shù)，實現(xiàn)了瓦斯治得快、治得好。該集團探索形成了瓦斯—發(fā)電—制冷資源循環(huán)利用新模式，瓦斯抽采量從2000年的不足3000萬立方米提高到2020年的1.7億立方米。

“下一步，我們將圍繞深部低滲透煤層瓦斯運移富集規(guī)律、不同濃度抽采瓦斯分級利用等理論和技術(shù)難題開展攻關(guān)。”中國平煤神馬集團副總經(jīng)理張建國表示。

袁亮認(rèn)為，應(yīng)研究低濃度瓦斯提純、轉(zhuǎn)化、利用基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)系統(tǒng)動態(tài)調(diào)控與監(jiān)控預(yù)警裝置，破解低濃度瓦斯安全高效綜合利用技術(shù)難題，推動我國能源資源綠色、智能、健康發(fā)展。

面對水害防治，武強提出采用“煤—水”雙資源協(xié)調(diào)開采理論與技術(shù)，加強水的自然社會屬性研究，對于具備可疏性且有需水用戶的礦井，采用礦井排水、供水、生態(tài)環(huán)保“三位一體”優(yōu)化結(jié)合方法;可疏性差且無需水用戶的礦井，采用礦井地下水控制、利用、生態(tài)環(huán)保“三位一體”優(yōu)化結(jié)合方法;具備回灌條件的礦井，可采用礦井水控制、處理、利用、回灌、生態(tài)環(huán)保“五位一體”優(yōu)化結(jié)合模式和方法。