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让技术创新走出“舒适区”

——晋能控股集团研发应用特厚煤层小煤柱开采技术侧记

2021-04-28 来源: 《中国煤炭报》

   前不久,在晋能控股集团塔山煤矿综采一队8117工作面作业现场,班长贾二旦正在有序组织生产。这是该矿开采的第5个小煤柱工作面。
  作为晋能控股集团主力生产矿井,塔山煤矿经历了从传统作业留设的38米区段大煤柱,到如今的6米小煤柱开采。相差的32米,可比一个篮球场地的长度。这其中究竟有怎样的蜕变过程?近日,笔者一探究竟。

科学布置,缩小尺寸,缓解应力

  一般来说,3米到8米的区段煤柱统称为小煤柱。通俗理解,小煤柱留设技术就是把工作面的顺槽布置在相邻采空区的边缘。这样不仅可以提高资源回收率,而且将顺槽布置在低应力区,有利于巷道维护,保证了安全回采。目前,国内采用小煤柱井下作业并不鲜见,而该项技术落户于晋能控股集团则意义非凡。
  大同矿区煤层赋存复杂,双系煤层及特厚煤层开采普遍存在。晋能控股集团地处其间,开采厚煤层及18米至23米的特厚煤层的矿井比比皆是。
  以往,这些矿井作业往往留置煤柱38米,最大宽度可达43米。保守估算,每1000米煤柱损失的煤炭量为50万吨至100万吨。而小煤柱开采的优势正是通过科学布置,缩小煤柱尺寸,有效减小工作面煤柱集中应力影响,提升安全保障能力,提高煤炭资源回收率,延长矿井服务年限。
  从2012年起,晋能控股集团领导下定决心,攻克特厚煤层坚硬顶板小煤柱开采技术。于是,该集团开始了数年的研发及应用之路。

在特厚煤层应用小煤柱开采技术

  针对坚硬顶板的特殊条件,研究人员开始了屡番测试。晋能控股集团选择在中厚煤层坚硬顶板条件的四台矿81215工作面51215回风平巷,试验小煤柱开采技术。
  该项技术实现了煤层群开采坚硬顶板条件下留设小煤柱护巷,改善了沿空巷道围岩的恶劣应力环境,减小了工作面沿空巷道围岩的变形,减少了冒顶、片帮等矿压事故。
  应用小煤柱开采技术后,四台矿412盘区东翼多采出原煤55万吨,使每米沿空掘巷所产生的直接经济效益达2106元。2016年,《四台矿煤层群开采坚硬顶板条件下留设小煤柱护巷技术研究》获得了山西省科技进步奖二等奖。
  首战告捷,研发团队更加信心满满。他们坚定步伐,研究试验在特厚煤层条件下应用小煤柱开采技术。
  作为晋能控股集团先进产能的主力生产矿井,塔山煤矿年产量在千万吨以上,主采3-5 号煤层的厚度在18米以上,沿用留置38米的大煤柱作业,是典型的特厚煤层作业矿井。因为地质环境复杂,国内尚未有小煤柱开采技术在特厚煤层条件下应用的先例。
  凭借四台矿中厚煤层小煤柱作业的牛刀初试,该集团率先以塔山煤矿为试点,进一步与河南理工大学合作,研发并试验特厚煤层条件下的小煤柱开采技术。
试验小煤柱开采技术的作业现场选在塔山煤矿8204工作面。由于已有成功经验,研发团队通过对矿压理论、微震、数值模拟等进行分析,综合考虑巷道宽度、煤层厚度、煤柱变形情况等,确定在8204工作面留设6米小煤柱。
  伴随采煤机的智能截割,身形娇小的留置煤柱顶住了压力,8204工作面实现安全高效作业。相较38米的大煤柱,实施6米小煤柱开采,可有效减小回采过程中的临空动压影响,实现在源头避让压力,资源回收率可提高20%。

小煤柱开采技术让“余粮”尽收

  塔山煤矿率先在18米至23米特厚煤层成功应用了6米小煤柱开采技术,为企业创造了高光时刻。2013年起,该项技术在晋能控股集团全面推开。
  作为小煤柱开采技术的领跑者,塔山煤矿已成功开采4个小煤柱工作面。截至2020年底,该矿已累计多采出煤炭511.91万吨。
  此外,同忻矿、麻家梁煤业等主力生产矿井的136个工作面,均实现特厚煤层的小煤柱开采,将煤柱从38米减至6米,使煤炭开采技术突破了“舒适区”。
  2021年,晋能控股集团具备条件的工作面均按要求进行了小(无)煤柱开采规划。规划回采的小(无)煤柱工作面有63座矿井、113 个工作面,预计可多回收资源903万吨。规划掘进的小(无)煤柱工作面有84座矿井、156个工作面。
  此外,随着小煤柱开采技术的持续优化,目前在晋能控股煤业集团直属矿井及直属子公司管辖矿井中,已有33座矿井的72个工作面逐步找到适合自身生产实际的小(无)煤柱开采技术实施方案,本年度预计可多产煤1827万吨。大同矿区回采率提高7%至9%,延长矿井服务年限5年以上。 (刘雨亭 刘锦荣)