破解矿震治理难题的“兖煤方案”

  今年全国“两会”期间,一条“将矿震纳入核定产能决定因素”的建议和提案引发热议。全国20省132对在产矿井存在矿震灾害。部分危险性矿震不仅会造成井下采掘空间破坏、人员伤亡等,还会引起地面地表下沉、造成民众恐慌等社会公共安全问题。

矿震令人揪心,国内外成熟治理办法相对不足。破解矿震治理难题,是“功在当代”的实事,更是“利在千秋”的大事。

怎样与矿震和平共处?如何科学、系统防治矿震这一“心腹大患”?近年来,兖州煤业采取多项有力措施,源头立体防控,形成具有兖煤特色的“监测预防、防治结合”综合治理模式,促进了矿井安全高效回采,对国内外煤炭行业安全发展具有重要推动和借鉴意义。

问题导向,全方位研究治理

我国最早的矿震报道见于1933年抚顺胜利煤矿。国外也有煤矿和金属矿发生矿震的报道见诸媒体。矿震现象虽然在国内外较为普遍,但对矿震的深入研究较少。近年来全国多地矿震频发,兖州煤业个别矿井也有震感显现。安全生产面临威胁,兖州煤业决策层高度重视,决心向这一世界性难题发起挑战。

2019年,兖州煤业在国内较早启动对矿震开展全方位研究治理。他们联合中国矿业大学、北京科技大学、中国石油大学、辽宁工程技术大学等高校,对矿震特征、发生机理、与冲击地压的关系及对井上下的影响展开多项科研攻关,努力摸索矿震发生规律。他们建立专业管理机构,成立矿震治理工作小组,完善“一矿一策、一面一策”矿震应急处置相关制度。兖州煤业坚持每年组织冲击地压矿井应急演练,确保险情来临应急处置及时、有力、有序、有效。

“矿震本身并不是灾害,是煤矿采掘活动中煤岩体内自发产生的动力和普遍现象,即使非冲击地压矿井,同样可以观测到不少小能量矿震现象。”中国矿业大学冲击地压防治工程研究中心主任窦林名教授指出,“矿震分为采动破裂型、巨厚覆岩型和高能震动型矿震。目前解决矿震问题主要是针对危险性矿震,难点主要在于如何解决高能震动型矿震危害。”

窦林名也直言,并不是所有的高能震动都会引发冲击地压,大约10%的矿震,属于危险可预测但以当前技术手段无法控制与消除,这类矿井应严禁开采。

2020年3月29日和4月17日,兖州煤业两次邀请全国知名专家教授组织矿震安全论证。对各种可能的治理方案深入讨论的过程,也是对矿震发生机理重新认识的过程,一条采取源头治理、通过局部卸压等方式,消除矿震产生的冲击地压灾害的治理路径逐渐成形。

防治结合,力促矿井有震无灾

矿震治理,重点在防,关键在治。兖州煤业不惜投入巨大的资金,加大与科研院所合作力度,努力降低矿震震级及频次,确保监控有效、治理到位、有震无灾。

兖州煤业防冲办公室业务主办王艳立告诉记者,兖州煤业省内矿井具有矿震风险的南屯矿、东滩矿部分工作面,主要原因是煤层上方赋存巨厚红层,且红层底界距离煤层顶板距离较近。

为达到精准预测预报效果,兖州煤业在东滩矿六采区地面,安设4个微震拾振器,形成井上下联合监测,提高矿震监测精度。他们与中国科学院武汉岩土所合作,开发研究了采场围岩三维应力在线监测系统,对顶板岩层三维应力状态进行实时监测。他们利用KJ742应力监测系统、KJ216支架阻力在线监测系统进行监测。每次大能量震动事件发生后,他们通过对工作面前方应力场分析,均没有出现应力场增加的情况。从已开采的工作面历史数据分析,矿震没有对井上下的安全生产造成影响。东滩矿六采区已回采的三个工作面均实现了安全生产。

“当前,兖州煤业正探索建立矿山地震专用监测台网,结合矿井正在使用的SOS监测系统联合监测、联合分析,进一步提高矿震事件预测预警能力。”兖州煤业防冲办公室高级业务主管桂兵说。

监测保障到位,技术支撑日益有力。兖州煤业在采取工作面限速开采、井下顶板高压水力致裂、超前煤体卸压常规措施的前提下,2019年引进井下高位顶板定向致裂技术,对降低矿震发生能量产生了一定效果。2020年,兖州煤业创新性地引入石油系统地面水力压裂技术用于矿震治理,力争进一步减少矿震发生频次和矿震能量。

“地面采取高压水力压裂的技术,井下进行顶板高位岩层百米超深孔爆破预裂。目前,超深孔爆破在工作面已经完成12个,轨顺完成20个,运顺完成18个。”兖州煤业东滩矿总工程师谢华东说,“工作面每推进30米左右,进行一次全断面的深孔爆破断顶。同时,两顺槽继续向外一直到停采线,进行超深孔爆破预裂,最大程度减少大能量矿震事件的发生,保证了矿井安全生产。”

智慧赋能,让矿工远离矿震环境

秉承“少人则安、无人则安”的理念,兖州煤业把冲击地压矿井智能化建设作为切入点和突破口,以当前国内顶尖技术水平为基准,制定智能化采掘工作面实施方案,让矿工远离矿震环境,从根本上控风险除隐患。

兖州煤业开展智能开采技术探索与实践由来已久。他们坚持自主创新与引进消化吸收相结合,接连实行装备换人、技术换人、管理换人,建成一批智能化矿井。其中,兖州煤业公司所属的东滩矿、鲍店矿、赵楼矿、转龙湾矿、金鸡滩矿五个矿井,达到国家级的示范化智能工作面的水平。东滩矿新建的63上06智能化工作面,实现了自动跟机移架、采煤机记忆截割、顺槽/地面的远距离监测监控、一键启停、数据上传、远程视频监控等功能,建成具有远程操控、自动分析、智能处理的安全、高效、节能、少人的国内先进采煤工作面。

据了解,兖州煤业规划每年投入约一亿元用于智能化矿井建设,终极目标是全面实现智能化,促进矿井向高产高效本质安全转型。

实践中探索,探索中前进。随着兖州煤业矿震治理手段由局部治理转变为超前治理和系统治理,治理技术及治理能力不断提高,监测、治理、工艺、管理和技术走在业界前列,矿震对煤矿安全生产的影响正在不断降低。

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