地處太行山南麓、焦作煤田東部的趙固一礦，是河南能源焦煤集團在新鄉(xiāng)地區(qū)建設(shè)的第一對大型現(xiàn)代化礦井，也是焦煤集團產(chǎn)能最大、現(xiàn)代化程度最高的礦井之一。多年來，趙固一礦飽受水害、巨厚沖積層、薄基巖等特殊地質(zhì)條件影響，嚴重制約著礦井安全高效生產(chǎn)。
日前，在2024全國煤礦復雜難采煤層開采現(xiàn)場會舉辦期間，記者從河南省鄭州市向北驅(qū)車2小時，來到了位于新鄉(xiāng)市輝縣的趙固一礦。
河南能源焦煤集團趙固一礦礦長王文衛(wèi)向中國工業(yè)報記者介紹，聚焦水害、薄基巖、礦壓等災害治理難題，通過底板水害有效治理、薄基巖開采技術(shù)攻關(guān)、支護工藝技術(shù)革新等舉措，趙固一礦創(chuàng)造了頂層工作面日產(chǎn)原煤1.85萬噸、底分層工作面日產(chǎn)1.6萬噸焦煤的紀錄，實現(xiàn)了礦井“一井兩面”向“一井一面、頂分層單面單班達產(chǎn)、底分層單面達產(chǎn)”的安全高效生產(chǎn)新模式的轉(zhuǎn)變。
近年來，伴隨煤炭資源的深度開發(fā)，行業(yè)資源接續(xù)日趨緊張，多重災害耦合疊加，地質(zhì)構(gòu)造異常復雜。由此帶來的一系列復雜難采問題日益凸顯，已成為制約煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重大問題之一。
中國煤炭工業(yè)協(xié)會黨委委員、副會長孫守仁表示，我國復雜難采煤礦數(shù)量多、規(guī)模大、覆蓋面廣。“近年來，黨和國家鮮明提出并實施了一系列措施，取得了階段性成效。”
專家表示，我國復雜難采煤層開采的災害超前治理持續(xù)加強，一批代表企業(yè)災害防治能力顯著提升，新技術(shù)新工藝落地生根。伴隨煤炭開采不斷走深，多個煤礦轉(zhuǎn)變思路，開始從地面治理井下災害。
復雜難采：現(xiàn)代煤礦開采的“必答題”
我國煤炭資源稟賦復雜，開采條件千差萬別，各種地質(zhì)構(gòu)造和自然災害一應(yīng)俱全，生產(chǎn)力發(fā)展水平極不平衡極不充分。煤炭資源分布差異大，極薄煤層與特厚煤層、近水平與急傾斜煤層廣泛分布，復雜地質(zhì)條件煤層占70%。安徽理工大學國家地方工程研究中心常務(wù)副主任、教授薛生介紹，晉陜蒙寧甘區(qū)資源儲量豐富、開采條件相對簡單，生態(tài)環(huán)境脆弱；華東區(qū)煤質(zhì)優(yōu)良、煤層較穩(wěn)定，已轉(zhuǎn)入深部開采；東北區(qū)開采地質(zhì)條件復雜，煤與瓦斯突出等災害威脅嚴重；華南區(qū)煤層不穩(wěn)定、構(gòu)造復雜，突出礦井占全國79.7%，熱害問題突出；新青區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，保水采煤問題突出，凍土區(qū)域煤炭開采難度大。
淮南礦區(qū)是我國開采深度最深、災變多元、條件最為復雜的礦區(qū)之一，具有高瓦斯、高地壓、高地溫、高承壓水、埋深大“四高一大”特點。目前，礦井水、火、瓦斯、頂板等地質(zhì)災害耦合疊加，一方面，礦井相繼轉(zhuǎn)入深部開采后，瓦斯賦存條件更加復雜，瓦斯壓力更大，要想掌握深部開采瓦斯治理的方法更非易事。另一方面，由于圍巖治理的手段、技術(shù)、管理不到位，巷道邊掘邊修、前掘后修、邊采邊修現(xiàn)象普遍存在，嚴重影響著礦井生產(chǎn)接替。
“我認為，千米深井下的瓦斯治理和圍巖治理是當下復雜難采煤層開采存在的最突出的問題，也是礦井實現(xiàn)安全生產(chǎn)、高效發(fā)展、減人提效所面臨的最大挑戰(zhàn)。”在2024全國煤礦復雜難采煤層開采現(xiàn)場會——煤炭行業(yè)第二屆礦長論壇舉辦間隙，淮河能源控股集團潘二煤礦礦長姜自亮接受中國工業(yè)報記者采訪時表示。
據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全國涉及復雜難采的煤礦約有1500處，合計產(chǎn)能約20億噸，占全國煤炭總產(chǎn)能的近40%，遍布所有23個產(chǎn)煤省區(qū)，涉及各類開采開拓方式，立井、斜井及綜合開拓的井工礦占到近九成。復雜難采煤礦災害嚴重，復合性強，治理難度大。從受自然災害威脅看，共有災害嚴重的正常生產(chǎn)煤礦約1128處（不含高溫熱害和自燃易自燃情形），從地質(zhì)構(gòu)造和賦存條件看，各種地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)有盡有。
“隨著復雜難采日趨常態(tài)化，新的重大科技問題急需研究攻關(guān)轉(zhuǎn)化。”孫守仁建議：“國家適時出臺更加普惠的政策，支持企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。”
中國煤炭工業(yè)協(xié)會會長梁嘉琨提醒，煤礦復雜難采煤層開采不是一般的技術(shù)問題，而是一項科學實踐，必須以科學的方法面對復雜難采問題。
階段性成效：一批新技術(shù)新工藝落地生根
近年來，我國煤炭資源勘查與地質(zhì)保障不斷增強，“新一輪找礦突破戰(zhàn)略行動”加快推進。同時，為響應(yīng)“向地球深部進軍”的號召，我國深部資源開發(fā)建設(shè)成績喜人，新理論、新技術(shù)和新裝備有效解決了復雜條件下煤礦施工、掘進支護和開采難題。
根據(jù)現(xiàn)階段我國煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合國內(nèi)外專家學者對復雜難采的研究成果，孫守仁認為，復雜難采煤層主要指那些賦存不穩(wěn)定、構(gòu)造復雜或有特殊災害威脅，在當前開采條件下，開采困難，安全生產(chǎn)受限，需要采取一些特殊的、附加的安全技術(shù)措施方能實現(xiàn)開采的煤層。
在深井、高瓦斯、高地壓、高地溫、復雜構(gòu)造、復雜水文等條件下，我國煤礦深井建設(shè)、掘進、支護取得重大突破，凍結(jié)、鉆井、注漿等特殊鑿井設(shè)計施工技術(shù)達到國際領(lǐng)先，凍結(jié)法鑿井技術(shù)和井筒地面預注漿最大深度均達到了1000m。攻克了深厚含水砂層深長斜井“凍掘”難題和長距離斜井深埋超長、富水高壓、地層多變的“盾構(gòu)”難題，引入了深井全斷面硬巖掘進技術(shù)裝備。突破了掘支運一體化快掘技術(shù)、錨注噴協(xié)同支護技術(shù)和深部軟巖工程耦合支護技術(shù)，研發(fā)了智能快掘系統(tǒng)，探索了軟巖沿空留巷治理技術(shù)。提出了深部煤炭原位流態(tài)化開采科學構(gòu)想和沖擊地壓巷道防沖吸能支護理論。
科技在復雜難采上開花結(jié)果，科學家精神在煤海中扎根綻放，復雜難采是“試金石”、也是“大熔爐”。多年來，以張鐵崗、袁亮、何滿潮、康紅普、顧大釗、武強、王雙明、王國法、葛世榮、潘一山等為代表的科學家們腳踏實地，攻克了瓦斯治理、水害防治、頂板支護、沖擊地壓防治等一道道難關(guān)，攀上了110工法、保水開采、透明地質(zhì)、智能化開采等一座座高山，向復雜難采的廣度和深度挺進，把各種復雜條件下的采煤變成了現(xiàn)實。
同時，災害超前治理持續(xù)加強，災害防治能力不斷提升，河南能源、中國煤科、山東能源集團、陜煤彬長礦業(yè)等一批代表企業(yè)災害防治能力顯著提升。
近年來，復雜難采煤礦智能化建設(shè)加快實踐，“看得見、摸得著、可復制、能推廣”的經(jīng)驗場景成功培育：國家能源神東榆家梁礦在較薄煤層綜采工作面實踐了“采煤工藝編輯+截割模板”遠程操控模式；中國中煤大海則煤礦實現(xiàn)了“大埋深、大涌水、大采高、大產(chǎn)量”的2000萬噸級礦井常態(tài)化智能開采模式；淮河能源朱集東礦在“大采深、高瓦斯、高地壓、高地溫”地質(zhì)條件下實現(xiàn)了薄煤層智能化開采；川煤集團斌郎礦突破了復雜煤層最大傾角70°的智能化開采極限；陜煤集團黃陵礦業(yè)攻克了0.78m以下極薄煤層智能開采技術(shù)裝備。
目前，我國復雜條件煤炭安全高效開采水平持續(xù)提升，一批新技術(shù)新工藝落地生根，一批復雜難采新技術(shù)新工藝不斷迭代創(chuàng)新：
淮北礦業(yè)完成了復雜條件下較薄煤層綜采、“三軟”特厚綜放、近距離煤層聯(lián)合綜放、大傾角仰俯采等項目研發(fā)應(yīng)用。
冀中能源東龐礦克服多斷層、厚夾矸、大傾角等困難，在強化現(xiàn)場管理的基礎(chǔ)上，成功掌握了從薄到厚再到特厚煤層的自動化開采技術(shù)。
中煤平朔東露天礦采取“分層分采、傾斜劃分臺階”方式對薄煤層開采。
潞安化工“三下”充填開采和離層注漿技術(shù)取得重大經(jīng)濟社會效益。
晉能控股和順呂鑫煤業(yè)的薄煤層在設(shè)計時不可回收，在實際生產(chǎn)中對20cm以上夾層煤進行了全部回收，提高了煤炭回收率。
創(chuàng)新實踐：復雜難采技術(shù)攻關(guān)提速
產(chǎn)學研用單位聯(lián)合攻關(guān)，在復雜難采煤層開采取得了積極成效，一批體現(xiàn)行業(yè)價值和企業(yè)特點的先進復雜難采開采模式不斷創(chuàng)新。
中國煤科首席科學家、北京天瑪智控副總經(jīng)理李明忠介紹，制約復雜難采煤層安全高效生產(chǎn)的主要因素有四個方面，即“家底”不清晰、“裝備”不適應(yīng)、“感知”不準確、“控制”不穩(wěn)定。“復雜難采煤層智能開采的下一步思路，是推動煤礦孿生開采、運用煤礦綜采大模型、以AI賦能復雜難采煤層智能化開采等。”
在極復雜難采煤層安全高效開采技術(shù)創(chuàng)新與實踐中，河南能源集團在碎軟低滲突出煤層高效開采技術(shù)、沖擊-火-瓦斯多災害耦合特厚煤層高效開采技術(shù)、“三下一上”煤層高效開采技術(shù)、深井高地應(yīng)力煤層高效開采技術(shù)、巨厚松散層薄基巖煤層高效開采技術(shù)進行了探索，積累了豐富的創(chuàng)新實踐。
據(jù)河南能源集團黨委常委、常務(wù)副總經(jīng)理宋錄生介紹，為解決14.3億噸巨量壓覆煤炭開采問題，河南能源開展了地面覆巖離層注漿減沉開采試驗。目前，該技術(shù)已在新義煤礦、義安煤礦、古漢山礦等礦井推廣，累計解放賦煤量420萬噸，目前正在研究充填開采實驗方案。此外，在深井高地應(yīng)力煤層高效開采技術(shù)上，目前河南能源集團已全面推廣切頂卸壓無煤柱成巷技術(shù)，每年留巷超過1萬米。
不同賦存條件下，復雜難采煤層綜采開采難點也不相同。
位于內(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市境內(nèi)的烏達礦區(qū)，地形以剝蝕構(gòu)造的低山丘陵為主，礦區(qū)內(nèi)無常年河流。礦區(qū)內(nèi)，現(xiàn)有2座井工煤礦及1個采空區(qū)綜合治理項目。
“我們將總結(jié)烏達煤田近距離煤層群開采經(jīng)驗，研究探索桌子山煤田卡布其礦區(qū)9號、10號煤層合并可能性，從根本上解決近距離煤層回采巷道掘進支護困難、動壓相互干擾影響等難題。”國家能源局集團烏海能源公司副總經(jīng)理司建軍說。
山東地區(qū)復雜難采特點鮮明。據(jù)山東能源集團魯西礦業(yè)公司總經(jīng)理助理商登濤介紹，魯西礦業(yè)權(quán)屬煤礦“三下”（建筑物下、鐵路下和水體下）壓覆有效可采儲量2.96億噸，占比達60%。隨著資源的枯竭，“三下”壓煤開采問題成為礦井持續(xù)發(fā)展亟待解決的主要技術(shù)課題。
商登濤表示，在“三下”開采及災害防治管控模式智能化建設(shè)上，魯西礦業(yè)探索出了一系列工作經(jīng)驗。
在川煤集團，煤與瓦斯突出和高瓦斯礦井占比90%，水文地質(zhì)類型復雜與極復雜礦井占比40%，傾斜和急傾斜煤層占比73.3%，極薄煤層和薄煤層占比45.4%。
“在智能化建設(shè)上，川煤集團研發(fā)了直驅(qū)滾筒采煤機、機頭機尾大臥底量和大托底自動輔助推移技術(shù)，提出了急傾斜工作面飛矸分區(qū)、分階段控制方法，發(fā)明了全過程智能防控技術(shù)，消除了急傾斜工作面智能化開采安全風險。”川煤集團科創(chuàng)中心主任、華榮能源總工程師唐峰介紹。
地處四川省達州市高新區(qū)境內(nèi)的斌郎煤礦，以薄煤層居多，在西南地區(qū)復雜地質(zhì)條件礦井中具有較強的代表性。
四川川煤華榮能源有限責任公司斌郎煤礦礦長李浩向中國工業(yè)報記者表示，四川煤炭開采的難，用“懸崖上采仙草”作比喻一點不為過。多年來，斌郎煤礦開采的工作面傾角基本都在45度以上，近兩年有些工作面傾角更是達到70度，達到了急傾斜采煤的極限。
“2021年，我們在綜采設(shè)備優(yōu)化升級、對急傾斜工作面適用功能不斷增強以及調(diào)采技術(shù)日漸成熟的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新試用俯偽斜開采工藝，徹底解決了急傾斜工作面支架下滑、飛矸傷人及嚴重損壞設(shè)施、設(shè)備等具體問題。”李浩說。
來源：中國工業(yè)報
