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中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)

袁亮:煤礦開(kāi)采走向深部,風(fēng)險(xiǎn)防范要想在先干在前
發(fā)布時(shí)間: 2024年4月9日
來(lái)源: 中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)
當(dāng)前,我國(guó)煤礦開(kāi)采逐漸走向深部,礦井最大開(kāi)采深度已達(dá)到1500米,超過(guò)700米的礦井有130余處。隨著煤礦開(kāi)采由淺入深,瓦斯、頂板、水害、火災(zāi)、熱害等級(jí)不斷加大,災(zāi)害疊加,治理難度陡增。


煤炭是我國(guó)第一大能源。今年政府工作報(bào)告指出,發(fā)揮煤炭、煤電兜底作用,確保經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展用能需求。這說(shuō)明以煤為主的格局在很長(zhǎng)一段時(shí)間不會(huì)改變。


目前,我國(guó)已探明的煤炭資源量超過(guò)5.9萬(wàn)億噸,其中深部資源(千米以下)占比超過(guò)50%。這意味著,未來(lái)將有更多的礦井進(jìn)入深部開(kāi)采。進(jìn)入深部開(kāi)采后,地質(zhì)條件和煤層賦存條件越來(lái)越復(fù)雜。在高瓦斯、高地壓、高地溫、高承壓水等復(fù)雜開(kāi)采條件下,各類災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加劇,開(kāi)采環(huán)境、技術(shù)裝備、災(zāi)害防治等面臨前所未有的挑戰(zhàn)。如何在地球深處安全采煤,是迫在眉睫、必須答好的重大課題。



深部開(kāi)采面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)


隨著淺部資源開(kāi)采不斷推進(jìn),煤礦開(kāi)采深度正以每年10米至25米的速度增加。煤礦深部開(kāi)采面臨的問(wèn)題隱患比淺部開(kāi)采復(fù)雜得多。


進(jìn)入深部開(kāi)采后,部分煤礦將從低瓦斯礦井向高瓦斯、突出礦井演變,瓦斯災(zāi)害越來(lái)越嚴(yán)重,沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)將顯著增加,并且會(huì)出現(xiàn)煤與瓦斯突出和沖擊地壓相互耦合的新煤巖動(dòng)力災(zāi)害。地壓增加、瓦斯壓力增大、承壓水壓變高、地溫升高的客觀現(xiàn)實(shí),極易誘發(fā)系列生產(chǎn)安全事故,有些煤礦會(huì)出現(xiàn)多種災(zāi)害耦合疊加的情況。


地應(yīng)力隨著開(kāi)采深度的增加而增大。淺部較硬的圍巖到深部后形成工程軟巖,表現(xiàn)出應(yīng)變軟化、強(qiáng)烈擴(kuò)容性等特點(diǎn),巷道巖體強(qiáng)度降低,影響巷道穩(wěn)定性。深部礦井巖體由于高應(yīng)力和高地溫作用,其特征發(fā)生明顯變化,高滲透壓力極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。


我國(guó)煤礦地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜,隨著奧灰水壓持續(xù)升高,承壓水問(wèn)題嚴(yán)重,突水幾率隨之增加。在高地溫環(huán)境下,煤層原始溫度和巖層溫度增高,“熱風(fēng)壓”增大,煤體自身氧化放熱強(qiáng)度、耗氧速度增強(qiáng),增加煤體自燃的危險(xiǎn)性。


由淺部進(jìn)入深部,深井煤巖非線性行為、高應(yīng)力和高能級(jí)災(zāi)害、深井煤巖體多場(chǎng)耦合、深井巖層移動(dòng)傳導(dǎo)復(fù)雜度等更加凸顯,現(xiàn)有的適用于淺部煤層群開(kāi)采的災(zāi)害治理傳統(tǒng)理論和技術(shù)將不適用甚至被顛覆。災(zāi)害防治將面臨現(xiàn)有災(zāi)害致災(zāi)原理與模型不適用、災(zāi)害防治技術(shù)與裝備不適用、災(zāi)害研究方法與手段不適用、低損害開(kāi)采控制技術(shù)不適用等前所未有的挑戰(zhàn)。例如,煤與瓦斯突出、沖擊地壓等災(zāi)害機(jī)理研究仍需深入,隱蔽致災(zāi)因素探測(cè)技術(shù)可靠性和精度不足,老空水、頂板水等災(zāi)害智能監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)問(wèn)題尚未徹底解決,深部開(kāi)采的安全技術(shù)需進(jìn)一步研究和完備等。


與此同時(shí),煤礦智能化建設(shè)進(jìn)展不平衡,一些煤炭企業(yè)在智能化建設(shè)上投入不足。智能裝備和煤礦機(jī)器人等新型裝備的環(huán)境適應(yīng)性有待提高,遇到深部開(kāi)采和復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造時(shí)需要大量人工干預(yù),新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)還需要迭代升級(jí)。



加強(qiáng)深部開(kāi)采礦井指導(dǎo)幫扶


煤礦深部開(kāi)采的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)躲不過(guò)、繞不開(kāi),必須從政策、監(jiān)管、技術(shù)、人才等方面發(fā)力,將風(fēng)險(xiǎn)防范各項(xiàng)工作想在先干在前。


煤礦深部開(kāi)采對(duì)安全監(jiān)管提出新要求。要盡快制定和完善煤礦深部開(kāi)采的安全法規(guī)、安全標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范深部開(kāi)采安全管理。特別是對(duì)隱蔽致災(zāi)因素普查不到位、走形式、不認(rèn)真以及采掘失調(diào)等違法違規(guī)行為,進(jìn)行依法打擊。繼續(xù)執(zhí)行“三限”措施,科學(xué)限制深部開(kāi)采礦井的開(kāi)采深度、開(kāi)采速度、開(kāi)采煤量,降低開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。對(duì)采用新技術(shù)、新手段降低深部開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)的煤炭企業(yè),出臺(tái)稅收優(yōu)惠、補(bǔ)貼等激勵(lì)政策。


煤礦深部開(kāi)采給煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn),地方政府和相關(guān)部門要加強(qiáng)指導(dǎo)幫扶。要指導(dǎo)幫扶企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng),保證礦井生產(chǎn)布局合理,建立健全以總工程師為首的“一通三防”安全技術(shù)管理體系,嚴(yán)格煤礦安全生產(chǎn)中的礦井通風(fēng)、防治瓦斯、防治煤塵、防火滅火的技術(shù)管理措施。要指導(dǎo)幫扶企業(yè)加強(qiáng)對(duì)深部開(kāi)采區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)警,建立煤礦深部開(kāi)采安全信息共享平臺(tái),整合相關(guān)安全數(shù)據(jù)和信息資源,提供給企業(yè)和從業(yè)人員參考,便于其提前做好安全防范措施。要指導(dǎo)幫扶企業(yè)及時(shí)制定詳細(xì)的深部開(kāi)采事故應(yīng)急預(yù)案,定期組織演練,提高企業(yè)對(duì)深部開(kāi)采事故災(zāi)害的應(yīng)急處置能力。


各煤炭企業(yè)深部開(kāi)采能力不同,遇到的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)類型也有差異,相關(guān)部門要積極開(kāi)展深部開(kāi)采煤礦安全保障能力調(diào)研,全面掌握深部開(kāi)采煤礦安全生產(chǎn)狀況、重大災(zāi)害情況等,摸清底數(shù)、掌握情況,提出改進(jìn)措施,精準(zhǔn)施治。研究建立煤礦深部開(kāi)采重大災(zāi)害治理專項(xiàng)基金,同時(shí)提高深部開(kāi)采煤礦安全費(fèi)用提取標(biāo)準(zhǔn),提升重大災(zāi)害防治能力。


從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,國(guó)家層面要制定煤炭資源開(kāi)發(fā)長(zhǎng)期規(guī)劃,引導(dǎo)煤炭產(chǎn)業(yè)向安全、高效、環(huán)保的方向發(fā)展。在確保安全生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)保的前提下,優(yōu)化總體布局,支持煤炭?jī)?chǔ)量大、埋藏淺、開(kāi)采條件好的資源富集區(qū)優(yōu)先釋放產(chǎn)能,鼓勵(lì)提高露天煤礦開(kāi)采比例等。


加強(qiáng)科技攻關(guān)保障開(kāi)采安全


智能化、無(wú)人化開(kāi)采,是煤礦深部開(kāi)采的發(fā)展方向??萍际侄问菓?yīng)對(duì)深部開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)的“法寶”。


對(duì)煤炭企業(yè)而言,治理深部開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)隱患,最大受益者是企業(yè)自身。要加大安全生產(chǎn)投入,深入開(kāi)展安全生產(chǎn)科技攻關(guān)、成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)重大災(zāi)害超前治理。抓住發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力、大規(guī)模設(shè)備更新等契機(jī),加快生產(chǎn)設(shè)備更新升級(jí),推動(dòng)以機(jī)械化生產(chǎn)替換人工作業(yè)、以自動(dòng)化控制減少人為操作,提升煤礦安全生產(chǎn)治理能力和煤機(jī)裝備現(xiàn)代化水平。


已經(jīng)進(jìn)入深部開(kāi)采的煤炭企業(yè),要通過(guò)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā),推動(dòng)數(shù)字化、智能化技術(shù)在深部開(kāi)采中的應(yīng)用。利用先進(jìn)的探測(cè)技術(shù)和設(shè)備,加大對(duì)礦山地質(zhì)的勘探力度,全面查清3年至5年采掘范圍內(nèi)各類隱蔽致災(zāi)因素,最大限度消除風(fēng)險(xiǎn)隱患。


尚未進(jìn)入深部開(kāi)采的煤炭企業(yè),一方面要制定科學(xué)合理的開(kāi)采規(guī)劃,另一方面要提前開(kāi)展深部開(kāi)采技術(shù)專題研究,吸納深部開(kāi)采煤礦的經(jīng)驗(yàn),做好設(shè)施、技術(shù)等相關(guān)準(zhǔn)備。


目前,煤礦深部開(kāi)采的災(zāi)害治理技術(shù)尚未取得重大突破,要充分發(fā)揮科研院所的作用,推進(jìn)深部開(kāi)采安全、環(huán)保技術(shù)研究,研發(fā)新型開(kāi)采技術(shù)和設(shè)備??纱罱ㄒ粋€(gè)在煤礦深部開(kāi)采領(lǐng)域具有領(lǐng)先創(chuàng)新能力的國(guó)家級(jí)科研平臺(tái),開(kāi)展多場(chǎng)景耦合致災(zāi)機(jī)理、煤與瓦斯共采理論、瓦斯動(dòng)力災(zāi)害防治、深地原位實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)研究,加強(qiáng)“卡脖子”難題、關(guān)鍵技術(shù)和先進(jìn)適用裝備攻關(guān),推動(dòng)煤礦機(jī)器人等新型裝備的迭代更新,提升智能裝備的成套化和國(guó)產(chǎn)化水平。


為促進(jìn)煤礦先進(jìn)技術(shù)裝備研究成果加快轉(zhuǎn)化落地,要盡快打造煤礦深部開(kāi)采國(guó)家戰(zhàn)略科技力量,推動(dòng)建立全國(guó)先進(jìn)技術(shù)推廣應(yīng)用平臺(tái)及孵化器。分地區(qū)、分災(zāi)害類型選擇有條件的礦井,推進(jìn)煤礦深部開(kāi)采示范礦井建設(shè),遴選建設(shè)一批智能化標(biāo)桿煤礦,加快煤礦智能裝備核心零部件、傳感器、關(guān)鍵控制單元和操作系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用。


技術(shù)的升級(jí)、難題的攻克關(guān)鍵靠人才。要推進(jìn)教育、科技、人才“三位一體”融合發(fā)展,深入實(shí)施“人才強(qiáng)煤”戰(zhàn)略,不斷健全完善行業(yè)教育培訓(xùn)體系,強(qiáng)化科技人才支撐,加大青年科技人才培養(yǎng)力度,為煤炭深部開(kāi)采的安全性、穩(wěn)定性和可持續(xù)性提供人才保障。


(作者系中國(guó)工程院院士,安徽理工大學(xué)黨委副書(shū)記、校長(zhǎng),深部煤炭安全開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任)


來(lái)源:中國(guó)煤炭報(bào)4月4日三版 原標(biāo)題《煤礦開(kāi)采走向深部 風(fēng)險(xiǎn)防范要想在先干在前