晋能控股煤业集团“孤岛”采煤首开全国先河

  5月18日早班,在晋能控股煤业集团同忻矿8102智能化工作面作业现场,当班操作工张鑫坐在中控室内,按下一键启动操作键。随着支架缓缓升起,智能化采煤装备有序联动衔接,“哗哗”落下的煤块如行云流水般进入煤流系统,唯一有别于其他智能化工作面的,是这里属于“孤岛”作业,开采难度世所罕见,而支撑该矿勇于虎口夺煤的底气所在,就是特厚煤层综放开采“孤岛”工作面巷道强矿压控制技术的日益成熟。

  “孤岛”,从何而来

  “孤岛”工作面的形成,来自于煤矿日积月累的长期开采。之所以称为“孤岛”,是准备回采的工作面周围均为采空区或者工作面顺槽两侧均为采空区,就好比海上孤独的岛屿,四下无依又富含宝藏,因在开采的同时伴生的巨大安全风险,令人难以割舍但又望而却步。

  相较有坚实相邻实煤区依靠的其他工作面采煤,“孤岛”工作面两顺槽巷道压力都很大,水、火、瓦斯等隐患更为突出。尤其是“孤岛”如果出现在18-25米的特厚煤层开采区域,采煤过程不仅需要更多的技术手段来保障,同时要承受巨大的顶板来压。长期以来,国内一直没有很好的解决办法。

  难题,终于得解

  由于“孤岛”工作面两侧均为采空区,采掘工程环境复杂多变,特别是在特厚煤层地质环境下,巷道承受的各方压力远远大于普通工作面,必须做好坚硬顶板卸压、加强支护等诸多超前措施,稍有不慎就可能引发事故。

  等待不是解决问题的办法。曾有过国内首创特厚煤层小煤柱开采的成功经验,这就为研发特厚煤层综放开采“孤岛”工作面巷道强矿压控制技术奠定了良好基础。

  因此,从2017年起,原同煤集团发挥校企联合的强强优势,与河南理工大学并肩攻关,向破解特厚煤层“孤岛”工作面开采难题发起冲击。

  科研攻关并非一蹴而就,唯有攻坚克难才能到达成功的彼岸。通过实验室大量反复研究论证,科研团队获得一系列宝贵数据,而后在巷道内埋置探头,用于观测判断顶板活动规律、应力变化、微震等重要结果,通过分析麻家梁煤业“孤岛”工作面矿压显现,确定了在该矿井特厚煤层作业环境下,“孤岛”工作面较非“孤岛”工作面矿压强度增加8%,而矿压强度增加势必带来巷道难以维护,形成安全隐患。

  特厚煤层、“孤岛”工作面、强矿压显现诸多因素叠加,接下来如何实施需要一锤定音。科研团队在集团公司大力支持下,抽丝剥茧,逐步明确强矿压发生机理,合理有效卸压,缩小煤柱宽度,让小煤柱开采在“孤岛”工作面成为现实。

  实战,成果丰硕

  700余日夜,科研团队戮力同心、攻艰克难,从实验室转战实地,所有的付出、压力、艰辛都在2018年塔山矿8204-2“孤岛”工作面开采时得到满满的回报。随着一键启动的智能作业,通过现场实测,现场无明显冲击显现发生,巷道底鼓量大大减少。结合前期理论分析,最终根据地质情况,确定8204-2工作面合理煤柱宽度为5.2米-9.7米,避开了高应力发生区,让小煤柱在“孤岛”工作面回采大获成功。

  首战告捷,麻家梁煤业公司的14203-1“孤岛”工作面接力开采。因着对特厚煤层小煤柱使用的得心应手,该工作面最终确定煤柱宽度为7米。开采期间,顺槽从掘进扰动到稳定,两帮最大移近量为530毫米,顶底板最大移近量为351毫米,结合顺槽所处的应力环境,有效控制了巷道围岩变形。

  综合塔山、麻家梁两矿的煤层赋存条件实施的小煤柱开采,使每个“孤岛”工作面多回收约50米煤柱,而同步应用的合理卸压手段,有效遏制围岩变形,平均每米可节约支护成本8002元。生产期间,共多回收原煤142万吨,新增产值71350万元。

  目前,科研项目《特厚煤层综放开采“孤岛”工作面巷道强矿压控制技术》成果已推广应用到与集团公司条件类似的矿井,科研成果得到煤炭行业专家的一致认可,经省部级鉴定属国内首创、国际领先水平,荣获2020年中国煤炭工业协会科技进步一等奖。

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