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彬长矿业:为攻坚冲击地压防治世界难题贡献“彬长方案”

作者: 弯桂清 李明     时间: 2022-09-05     点击: 查询中    分享到:

彬长矿区地质条件复杂、自然灾害耦合叠加,被国家矿山安全监察局认定为全国煤矿灾害最重、治理难度最大、安全风险最高、有效防范和遏制重特大事故任务最繁重的矿区之一。尤其是2013年以来,冲击地压在彬长矿区显现,威胁和制约着矿区安全发展。

彬长矿业的发展史,是同自然灾害顽强斗争的奋进史。思危则有备,有备则无患。面对冲击地压这个采矿工程领域的世界性难题,彬长矿业紧紧围绕打造全国多元灾害耦合协同治理示范矿区目标,依照“地质先行、超前探查,分级治理、立体实施,精准监测、效果达标”的总体思路,逐步探索形成了“以零冲击为目标、以冲击地压可预、可防、可控为理念、应用5种监测方法、深化5项卸压技术”的井上下立体防冲“1155”新模式,奏响了一曲冲击地压综合防治的时代赞歌。

精准监测 搭建综合预警新平台

精准监测是冲击地压防治的“眼睛”,是实现精准防治的前提。彬长矿业所属矿井开采近水平煤层,井下微震监测系统垂向定位误差较大,给监测预警工作带来困难。

为提高微震监测垂向定位精度,彬长矿业引进了ARP地面微震监测系统,与井下采用的微震、地音、应力在线、矿压等多元监测方法进行有机融合,形成了“井上下”立体监测系统,同时,通过融合多种监测方法,建立了冲击地压综合监测预警平台,克服了单一预警指标的缺陷,提高了监测精度和效率。

对比“井上下”立体监测系统投运前、后回采工作面微震事件分布情况,垂直方向的定位高度由煤层上方约60米提高至约200米,大幅提高了垂向定位精度,为开展上覆关键层破断规律、周期来压、“两带”高度等工作提供了可靠手段。

立体卸压 打造综合防治新格局

国内外学术界普遍认为,防治冲击地压是采矿工程和岩石力学领域面临的一项世界性难题,其致灾机理尚未研究清楚,相关防治技术手段仍需完善。今年以来,彬长矿业加快产学研用深度融合,持续致力于促进冲击地压防治理论与技术的突破,积极探索实施立体卸压“五项技术”,有效降低了采掘工作面冲击危险程度,保证了矿井安全生产。

地面“L型”水平井分段压裂技术。以距离煤层上方60—90米的含砾砂岩为目标岩层,采用电缆泵送桥塞射孔联作压裂工艺对目标岩层进行后退式分段压裂,压裂缝长可达340米,缝高可达50米以上。目前,彬长矿业已先后在孟村矿、胡家河矿、小庄矿实施了地面压裂,共钻井8口,覆盖4个采煤工作面。井下定向长钻孔水力压裂技术。以煤层顶板上方约40米的砂岩顶板为目标岩层,采用高压水致裂技术对目标岩层进行后退式分段压裂,压裂半径可达25米,缝高可达10米。顶板预裂爆破技术。以煤层上方约30米的砂岩顶板为目标岩层,采用深孔预裂爆破技术对目标岩层进行弱化处理,爆破影响半径可达5—10米。爆破卸压技术。采用爆破方法对煤层进行卸压,爆破半径可达3—5米。大直径钻孔卸压技术。通过在煤层施工φ153毫米钻孔,对煤层进行卸压,卸压半径可达1—1.5米。

在落实冲击地压灾害防治顶层设计方面,彬长矿业构建了“一井三区、一区一面、交替开采”的“一采一备一掘”“三区联动”生产布局,实现灾害分区而治,从设计源头上解决生产活动在空间上的相互扰动等不利因素,从时间和空间上赢得灾害防治的主动权。

智慧融合 凝聚本质安全新动能

运用智能化技术防灾治灾,是彬长矿业智慧矿区建设的重大课题和重点工作。彬长矿业持续推进灾害治理与智能化建设高度融合,积极探索实践智能化与灾害治理协同联动,逐步构建起多元灾害协同治理的新格局。

依托数据中心、云平台和工业物联网平台,构建预测预警预控体系,实现对矿井数据的全采集、全感知、全治理。建成智能告警信息分级预警推送平台,实时分析研判各类应用层级数据,动态分类推送告警信息,实现设备、环境异常状态的超前预测以及“监测-预报-消警”的闭环管理。

聚焦提高冲击地压防治监测分析决策水平,购置90余台防冲钻机、5套水力压裂设备、6套超高压水力割缝设备,建成国内领先多参量时空监测平台,做到了有效监测、超前预判、云端会诊,全面提升了冲击地压防治能力。

科技赋能 形成产学研用新模式

彬长矿业组建了灾害综合治理工程研究中心,充分借助内部科研平台和外部资源优势,积极建设产学研用相结合的技术创新体系,加大冲击地压防治研究攻关,实行重点项目“揭榜挂帅”制度,加快科技成果转化,不断推动技术创新在关键变量上取得新突破。通过与中国矿业大学、中煤科工开采研究院等科研院所联合科研攻关,开展实施《冲击矿压危险多参量时空监测预警技术及平台开发》《煤矿典型动力灾害监测预警技术集成及示范》等多项重要科研项目,为科学开展冲击地压防治提供了重要理论支撑。近年来,立足多元灾害协同治理,实施科研项目190余项,45项成果获省部级及以上科研奖项,5对矿井全部荣膺国家高新技术企业。

今年3月,彬长矿业发布了“煤矿冲击地压防治”“地面L型水平井分段压裂防治煤矿冲击地压”等5项灾害治理企业标准和灾害治理“五超前”验收评价标准,填补了国内煤矿灾害治理领域建立企业标准的空白,踏出了向“标准引领、体系推进、本安治灾”目标迈进的新步伐。

经过多年不懈努力,彬长矿业逐步形成具有彬长特色的“地面区域压裂为主、井下局部治理为辅”的冲击地压治理模式,治理手段由局部治理转变为超前治理和系统治理,治理能力不断提高,有效降低了冲击地压对煤矿生产的危害。在前不久召开的全国煤矿瓦斯和冲击地压重大灾害防治现场会上,彬长矿业冲击地压防治模式受到了与会人员的广泛关注和交口称赞,为煤炭行业冲击地压防治贡献了“彬长经验”,提供了“彬长方案”。(弯桂清 李明)

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