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煤矿新技术无煤柱自成巷110工法在山西吕梁生根开花  
分享: 2018年09月19日
     

9月4日,首届高科技精准帮扶吕梁现场会活动在山西鑫飞能源投资集团下山峁煤矿、山西焦煤霍州煤电集团店坪煤矿同时举行,参观投用无煤柱自成巷110工法的现场。活动由中国岩石力学与工程学会、吕梁市政府主办,中国矿业科学协同创新联盟、柳林县政府、深部岩土力学与地下工程国家重点实验室、吕梁山煤电有限公司参与。

科技帮扶示范,解救宝贵资源

吕梁市是革命老区,也是山西省贫困人口最多的市。吕梁煤炭资源丰富,但由于该地区煤矿长期采用传统的煤炭开采方法(121工法),资源回收率低、开采成本高、安全隐患多、地表环境破坏严重。其中,柳林县的问题更为突出。这里的主焦煤预计年产量为3500万吨,实际采出率不足50%。

针对开采技术落后的问题,吕梁市决定于2017年3月开展并实施高科技精准帮扶示范工程,引入无煤柱自成巷110工法。

据介绍,示范工程实施以来,柳林县辖区煤矿多回收煤柱24万吨,少掘巷道3078米,经济效益颇丰,延长了煤矿的服务年限,解决了采掘接续紧张问题,大大降低了工人的劳动强度。

“110工法可以概括为‘拉得住、切得开、下得来、护得好’。”下山峁煤矿一位工作人员对参观团说。

该矿是国内引进110工法开采的第一家民营煤矿企业,核定年产能120万吨,属于低瓦斯矿井。目前,110工法在该矿9101工作面已投入使用,通风方式由传统的U型通风转变为W型通风,工作面切眼长150米,留巷位置为9101工作面回风顺槽,留巷总长度457米。

据介绍,采用该工法就是在进行高预应力恒组大变形锚索加强支护的条件下,在巷道回采侧进行定向预裂切顶。工作面回采后,顶板沿预裂位置滑落,利用碎胀的矸石维护形成下一个工作面的巷道。由于预裂切缝切断了顶板压力的传递路径,巷道应力环境大大改善,生产安全性得以增强。

“这个煤矿的地质条件很复杂。”负责新工法实施的中国科学院院士、中国岩石力学与工程学会候任理事长何满潮说,“施工的9号煤层上部是8号煤层采空区,距采空区最薄处仅为5米,采空区的矸石对成巷稳定性造成威胁。同时,110工法实施过程要跨越断层破碎带,使巷道与断层斜交,受断层的影响范围大,加剧了成巷围岩的不稳定性。”

为此,何满潮和他的团队采取了分阶段设计、分区段控制的技术措施:根据9101工作面回风顺槽不同巷段遗留煤柱分布、断层分布、顶板厚度、顶板破碎程度等综合因素进行巷道危险性分区,将其分为相对稳定区、一般危险区和危险区。对于有断层破碎带、煤柱等影响的危险区,实施高强门式支架+切顶护帮支架+恒阻锚索联合控制措施。对于一般危险区采用单体支护进行有效控制。

在实施过程中,他们实时监测成巷围岩矿压情况,根据矿压变化及时改进支护措施,使新工法得以顺利推行,采区回收率提高了10%,9101工作面多回收煤柱3.11万吨,价值2146万元。

“如果全矿推广这个110工法,预计可多回收煤炭资源41万吨。”该矿一位负责人说。

地质灾害可远程预警预报

何满潮团队除了对煤矿开采给予了技术上的支持,还对柳林县的地质灾害开展了一系列技术研究。他们开展了一个滑坡地质灾害远程监测预警预报项目。这是国内外滑坡地质灾害监测技术的重大创新。

据了解,柳林县地处黄土高原丘陵沟壑区,属地质灾害高发区。据相关部门勘测,柳林县地质灾害的类型有滑坡、崩塌、地面塌陷、泥石流等,全县范围内共有各类地质灾害隐患点182处。

“以往,滑坡地质灾害监测的常规方法是针对位移、岩体形变、水位、降雨量等参数进行监测,这些参数是灾害发生的主要依据,这也是一直以来国内外滑坡地质灾害预测预报不准确的根本原因。”何满潮说。

据介绍,何满潮团队经过研究发现,如何测量滑坡双体之间相对运动的牛顿力是科学预测的关键,但是原有的测量技术难以测量。

根据这一想法,他们建立了双体灾变力学理论,研发了具有负泊松比效应的NPR矩形锚索新材料,并采用室内和现场测试、物理和数值模拟等综合研究方法,结合北斗通信技术,研制出了滑坡灾害牛顿力远程监测预警系统。该系统可在滑坡发生前4个小时及时发出临滑预警信息。

2017年,何满潮团队与柳林县国土资源局合作,在柳林县地质灾害高发易发区中选出7个危险边坡(涉及5个乡镇),建立了50个危险边坡牛顿力远程智能监测点。目前,这些监测点已完成安装调试,全部运行正常。他们还分别在院士工作站和柳林县国土资源局建设了大数据接收和处理终端,24小时进行监测。

截至目前,该团队已在全国16个地区建立了381个监测点,并成功预报了11次滑坡灾害,挽救了百余人的生命及上亿元的财产损失。

创建能源与环境院士工作站

为了让上述技术得以推广和应用,今年4月,柳林县政府与中国矿业大学(北京)和何满潮团队合作建设了柳林能源与环境院士工作站。

该工作站位于柳林县高新技术开发区,是一个高科技研究开发与推广应用平台。该工作站由何满潮院士负责,4名博士担任课题组组长,有70多名科研人员参与。

“我们工作站不仅以无煤柱自成巷110工法、无煤柱自成巷N00工法、滑坡地质灾害实时监测预警等技术为主,开展技术研发和推广,还将继续开展地热新能源利用、煤电铝材一体化课题研究。”何满潮说,“我们打算将工作站建设成为山西省乃至全国推广应用无煤柱自成巷110工法和N00工法等技术的重要示范基地、成果孵化基地和高层次人才培养基地。”

下一步,何满潮科研团队将继续开展多项高精技术研究,包括N00矿井、智能化N00矿井等。这些新技术不仅可以将建井工程变得系统化,实现无人作业、取消通风系统,还将充分利用瓦斯,实现煤与天然气联采等。“这将是未来采煤的一种全新探索。”何满潮说。(作者  麻文斌)

中国岩石力学与工程学会供稿

责任编辑:武丹