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中國煤炭學(xué)會

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


煤炭是我國第一大能源。今年政府工作報告指出,發(fā)揮煤炭、煤電兜底作用,確保經(jīng)濟社會發(fā)展用能需求。這說明以煤為主的格局在很長一段時間不會改變。


目前,我國已探明的煤炭資源量超過5.9萬億噸,其中深部資源(千米以下)占比超過50%。這意味著,未來將有更多的礦井進入深部開采。進入深部開采后,地質(zhì)條件和煤層賦存條件越來越復(fù)雜。在高瓦斯、高地壓、高地溫、高承壓水等復(fù)雜開采條件下,各類災(zāi)害風(fēng)險加劇,開采環(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。



深部開采面臨的問題和挑戰(zhàn)


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


進入深部開采后,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)害越來越嚴重,沖擊地壓風(fēng)險將顯著增加,并且會出現(xiàn)煤與瓦斯突出和沖擊地壓相互耦合的新煤巖動力災(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,極易誘發(fā)系列生產(chǎn)安全事故,有些煤礦會出現(xiàn)多種災(zāi)害耦合疊加的情況。


地應(yīng)力隨著開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、強烈擴容性等特點,巷道巖體強度降低,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,承壓水問題嚴重,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度、耗氧速度增強,增加煤體自燃的危險性。


由淺部進入深部,深井煤巖非線性行為、高應(yīng)力和高能級災(zāi)害、深井煤巖體多場耦合、深井巖層移動傳導(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)害機理研究仍需深入,隱蔽致災(zāi)因素探測技術(shù)可靠性和精度不足,老空水、頂板水等災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警技術(shù)問題尚未徹底解決,深部開采的安全技術(shù)需進一步研究和完備等。


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



加強深部開采礦井指導(dǎo)幫扶


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


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


煤礦深部開采給煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)帶來巨大挑戰(zhàn),地方政府和相關(guān)部門要加強指導(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)加強對深部開采區(qū)域的風(fēng)險評估和預(yù)警,建立煤礦深部開采安全信息共享平臺,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)及時制定詳細的深部開采事故應(yīng)急預(yù)案,定期組織演練,提高企業(yè)對深部開采事故災(zāi)害的應(yīng)急處置能力。


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


從長遠看,國家層面要制定煤炭資源開發(fā)長期規(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,支持煤炭儲量大、埋藏淺、開采條件好的資源富集區(qū)優(yōu)先釋放產(chǎn)能,鼓勵提高露天煤礦開采比例等。


加強科技攻關(guān)保障開采安全


智能化、無人化開采,是煤礦深部開采的發(fā)展方向??萍际侄问菓?yīng)對深部開采風(fēng)險挑戰(zhàn)的“法寶”。


對煤炭企業(yè)而言,治理深部開采風(fēng)險隱患,最大受益者是企業(yè)自身。要加大安全生產(chǎn)投入,深入開展安全生產(chǎn)科技攻關(guān)、成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用,實現(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,加快生產(chǎn)設(shè)備更新升級,推動以機械化生產(chǎn)替換人工作業(yè)、以自動化控制減少人為操作,提升煤礦安全生產(chǎn)治理能力和煤機裝備現(xiàn)代化水平。


已經(jīng)進入深部開采的煤炭企業(yè),要通過加強技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā),推動數(shù)字化、智能化技術(shù)在深部開采中的應(yīng)用。利用先進的探測技術(shù)和設(shè)備,加大對礦山地質(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)險隱患。


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


目前,煤礦深部開采的災(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,推進深部開采安全、環(huán)保技術(shù)研究,研發(fā)新型開采技術(shù)和設(shè)備??纱罱ㄒ粋€在煤礦深部開采領(lǐng)域具有領(lǐng)先創(chuàng)新能力的國家級科研平臺,開展多場景耦合致災(zāi)機理、煤與瓦斯共采理論、瓦斯動力災(zāi)害防治、深地原位實驗等基礎(chǔ)研究,加強“卡脖子”難題、關(guān)鍵技術(shù)和先進適用裝備攻關(guān),推動煤礦機器人等新型裝備的迭代更新,提升智能裝備的成套化和國產(chǎn)化水平。


為促進煤礦先進技術(shù)裝備研究成果加快轉(zhuǎn)化落地,要盡快打造煤礦深部開采國家戰(zhàn)略科技力量,推動建立全國先進技術(shù)推廣應(yīng)用平臺及孵化器。分地區(qū)、分災(zāi)害類型選擇有條件的礦井,推進煤礦深部開采示范礦井建設(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、難題的攻克關(guān)鍵靠人才。要推進教育、科技、人才“三位一體”融合發(fā)展,深入實施“人才強煤”戰(zhàn)略,不斷健全完善行業(yè)教育培訓(xùn)體系,強化科技人才支撐,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。


(作者系中國工程院院士,安徽理工大學(xué)黨委副書記、校長,深部煤炭安全開采與環(huán)境保護全國重點實驗室主任)


來源:中國煤炭報4月4日三版 原標(biāo)題《煤礦開采走向深部 風(fēng)險防范要想在先干在前