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不對稱開發(fā)給同煤帶來什么
劉雨亭 紀潤清
●經(jīng)過多年攻關(guān)和自主創(chuàng)新，同煤集團形成了大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)理論與關(guān)鍵技術(shù)，突破了傳統(tǒng)煤層群組下組煤層開發(fā)理論與技術(shù)，解決了多煤層開采水、火、瓦斯災(zāi)害覆蓋面廣的技術(shù)難題
●同煤集團提出構(gòu)建煤礦+園區(qū)一體化綠色開發(fā)新模式，建設(shè)塔山、同忻2座千萬噸級“雙高”礦井，以代替開采侏羅系煤層需建設(shè)10座傳統(tǒng)礦井的構(gòu)想，以煤炭工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)代替產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一的分散礦井群，實現(xiàn)煤炭資源梯級利用
●實施不對稱開發(fā)新技術(shù)的塔山、同忻2座千萬噸級礦井相繼投產(chǎn)后，與對稱開發(fā)相比，工程造價降低68%，原煤綜合電耗降低62.7%，煤柱及工業(yè)廣場壓煤損失減少8.42億噸
面對開采向侏羅系煤層下組石炭系煤層轉(zhuǎn)移、安全高效開采深部煤炭資源挑戰(zhàn)多的難題，山西同煤集團成立科研團隊，與遼寧工程技術(shù)大學強強聯(lián)合開展攻關(guān)。
經(jīng)過多年攻關(guān)和自主創(chuàng)新，同煤集團形成了大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)理論與關(guān)鍵技術(shù)，保障了煤炭資源的有序接續(xù)和安全高效綠色開采。日前，這項技術(shù)榮獲2018年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學技術(shù)獎一等獎。
以往，同煤集團主要開采淺層侏羅系煤層。由于長期開采，侏羅系煤炭資源接近枯竭，侏羅系煤層下組深部石炭二疊系煤層勢必成為主力接續(xù)資源。
按照慣例，煤層群開采接續(xù)是將上部煤層的開拓工程結(jié)構(gòu)直接利用井筒延伸至下部煤層，但上組煤層群開采礦井多、生產(chǎn)分散、結(jié)構(gòu)單一、災(zāi)害突出的問題導(dǎo)致無法沿用原有的井工開采技術(shù)，而當時國內(nèi)外還沒有此類可供參照的開采經(jīng)驗。為此，同煤集團成立科研團隊，與遼寧工程技術(shù)大學強強聯(lián)合，共同攻關(guān)煤層向深部開采轉(zhuǎn)移難題。
沒有可借鑒的開發(fā)模式，同煤集團科研團隊從了解現(xiàn)有的下部開采布局入手，除了仔細研究采掘工程平面圖紙以外，其他時間基本都在各礦的井下，深入了解各礦不同的規(guī)模布局和開采工藝。
掌握準確數(shù)據(jù)后，同煤集團科研團隊有了明確思路：侏羅系煤層厚度平均在2米至6米之間，多采用綜采、低位放頂煤工藝，而向下延伸的石炭系煤層是18米至23米的超厚煤層，如果復(fù)制上部開采模式，留設(shè)煤柱等會極大制約礦井安全高效發(fā)展。
項目主要完成人于斌等人針對煤層情況，創(chuàng)新提出了大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)的攻關(guān)目標和具體實施路線，為煤層群組不對稱開發(fā)理論與關(guān)鍵技術(shù)的實施奠定了基礎(chǔ)。
煤層群組不對稱開發(fā)理論的核心為基于系統(tǒng)思維及時空協(xié)同優(yōu)化工程理念，以科學理論、工程技術(shù)、裝備制造的創(chuàng)新發(fā)展為支撐，兼顧資源、環(huán)境、安全等約束條件，通過改變工程結(jié)構(gòu)與開發(fā)模式，實現(xiàn)下組煤層的安全高效開發(fā)以及資源的循環(huán)利用。此項理論顛覆了傳統(tǒng)延伸復(fù)制上部工程結(jié)構(gòu)的做法，將石炭系超厚煤層進行整體規(guī)劃和集中開發(fā)。
要想成功研發(fā)這一國內(nèi)煤炭行業(yè)首創(chuàng)技術(shù)，就必須研發(fā)18米至23米超厚煤層單井口年產(chǎn)千萬噸礦井綜放開采成套技術(shù)，突破煤層群組下組煤層開發(fā)理論與技術(shù)，解決多煤層開采水、火、瓦斯災(zāi)害覆蓋面廣的技術(shù)難題。
挑戰(zhàn)越大，機會越大。2003年，同煤集團提出構(gòu)建煤礦+園區(qū)一體化綠色開發(fā)新模式，建設(shè)塔山、同忻2座千萬噸級“雙高”礦井，以代替開采侏羅系煤層需建設(shè)10座傳統(tǒng)礦井的構(gòu)想，以煤炭工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)代替產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一的分散礦井群，實現(xiàn)煤炭資源梯級利用。
這期間，同煤集團首創(chuàng)了超厚煤層高效集約化開采成套技術(shù)，同時開發(fā)了多層采空區(qū)水、火、瓦斯災(zāi)害一體化防治關(guān)鍵技術(shù)。通過自主創(chuàng)新，同煤集團形成了大同礦區(qū)煤層群組不對稱開發(fā)理論與關(guān)鍵技術(shù)的成熟操作體系。
開采工藝創(chuàng)新，促進提質(zhì)增效
“挖煤不見煤，下井坐汽車”是如今同煤集團煤礦工人的日常生活場景。項目完成人之一、同煤技術(shù)中心的楊智文回憶：“當初拍板決定實施新的開采工藝和技術(shù)時，科研團隊也是緊繃著弦的。畢竟是首次提出對深部超厚煤層重新規(guī)劃布局，所有理論都需要實踐進行檢驗。”
不對稱開發(fā)理論顛覆了傳統(tǒng)的延伸復(fù)制上部工程的做法，將石炭系超厚煤層進行整體規(guī)劃和集中開發(fā)，建成了世界最大的單井口井工礦井，同時形成我國第一個具有完整產(chǎn)業(yè)鏈的煤炭工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)，為加快同煤集團可持續(xù)發(fā)展提供了保證。
“基于最小能耗開采理念，同煤集團向集約、高效轉(zhuǎn)變，突破18米至23米超厚煤層綜放開采技術(shù)瓶頸，開創(chuàng)了井下無車場、無煤倉礦井開拓新模式；首次使用TBM施工技術(shù)，實現(xiàn)長距離大斷面井筒快速掘進；研發(fā)超厚煤層綜放特大斷面切眼支護技術(shù)，解決了10.0米×3.9米特大斷面切眼支護難題；成功開發(fā)超厚煤層高效綜放開采關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)井巷開拓、礦井系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)的快速、集約，使回采率標準高出國家標準13%以上。”楊智文說。
實施不對稱開發(fā)新技術(shù)的塔山、同忻2座千萬噸級礦井相繼投產(chǎn)后，與對稱開發(fā)相比，工程造價降低68%，原煤綜合電耗降低62.7%，煤柱及工業(yè)廣場壓煤損失減少8.42億噸。
此項技術(shù)的成功運用，使同煤集團規(guī)劃并建成了國內(nèi)第一個煤基多聯(lián)產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟園區(qū)，以工業(yè)園區(qū)替代產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一的分散礦井群，提高了煤炭及伴生資源的利用率，提高了煤炭附加值。同時，煤層群組多災(zāi)害協(xié)同防治，保障了礦井安全高效生產(chǎn)，為安全高效綠色開發(fā)提供了有力支撐。
編后：
從堅硬頂板地面壓裂控制技術(shù)到煤層群組不對稱開發(fā)理論與關(guān)鍵技術(shù)，同煤集團這些技術(shù)不僅獲了中國煤炭工業(yè)協(xié)會兩項大獎，還突破了傳統(tǒng)煤層開發(fā)理論與技術(shù)，解決了傳統(tǒng)井下水壓致裂堅硬頂板時作業(yè)空間受限，多煤層開采水、火、瓦斯災(zāi)害覆蓋面廣的難題。
從礦井可持續(xù)發(fā)展理念出發(fā)，尋找產(chǎn)學研合作，結(jié)合實際，不斷試錯，不僅成為當今煤礦科技創(chuàng)新的行為模式，更體現(xiàn)了煤炭人在困境中敢想敢拼的精神。不創(chuàng)新無出路，煤炭科技的發(fā)展，正為煤炭行業(yè)重塑一片新天地。
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