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中國煤炭報2021年發行廣告

西部礦區頂板水害防治技術取得新突破

中國煤炭報 2021-03-25 14:03:24

近日,筆者從國家能源集團寧夏煤業公司紅柳煤礦了解到,由中國煤炭科工集團西安研究院有限公司承擔、紅柳煤礦協作研發的西部礦區煤層采動頂板涌水動力學機制及水害防控關鍵技術取得新突破,為煤礦水害防治技術提供了新方法,并在寧夏、陜西等地多個礦區進行有效推廣應用,收到了良好的經濟效益和社會效益。該技術獲得2020年度中國煤炭工業協會科學技術獎一等獎。

據了解,全國可采侏羅系煤炭資源占煤炭總儲量的67%以上,主要分布在山西、陜西、內蒙古、新疆、甘肅、寧夏6個地區。侏羅系延安組上組煤開采過程中,普遍面臨頂板水害威脅。其中,頂板水害威脅相對嚴重的典型區域包括寧夏鴛鴦湖和馬家灘、陜西榆神府和黃隴彬長、內蒙古上海廟東部等礦區。這些礦區頂板水害威脅嚴重,致使部分礦井未能達產甚至被迫停產。

目前,煤礦采煤工作面在采動過程中出現頂板集中涌水時,主要采用常規防治水方法,即“采前頂板水鉆孔預疏放+采動過程工作面涌水強排”。這種防治水方法雖然保障了采煤工作面的安全回采,但是延長了礦井無效生產時間,增加了經濟成本,而且生產效率較低。為此,上述礦區急需科學合理、經濟高效的頂板水害防治技術體系。

中國煤炭科工集團西安研究院有限公司技術研究人員與紅柳煤礦技術人員組成項目組,于2017年1月至2019年12月,先后研究了區域頂板含水層擾動卸壓涌水動力學機制,提出了集含水層富水性分區、涌水量精準動態預測、頂板水控制疏放為一體的水害防治關鍵技術體系;從基礎理論上彌補了長期以來礦區對頂板含水層涌水機理認識的不足,形成了頂板巨厚含水層水害防治關鍵技術體系,為我國西部礦區水害防治提供了依據。

為解決煤礦涌水量預測精度低、動態性不強的問題,該項目組創建了煤層頂板含水層涌水多階動力系統預測理論,創新研發了采煤工作面涌水量多階動力學動態預測技術,開發了采前快速預測、采動過程逐段校正的采煤工作面涌水量動態預測軟件,將采煤工作面涌水量預測誤差縮小至10%以內,實現了采煤工作面采動過程涌水量的精準動態預測;提出了基于沉積和構造耦合的含水層富水性評價方法,研發了以采煤工作面排水能力為約束條件,以疏放水工程量最少、時間最短為目標的頂板水控制疏放優化技術,減少了鉆探工程量和疏放水總量,縮短了疏放水時間,解決了頂板含水層過度疏放、疏放水周期長、疏放水工程投入大等問題。

據介紹,該項目組成功揭示了頂板鉆孔疏放水過程中的一階動力學機制、采煤工作面開采過程中頂板涌水的二階動力學機制,提出了基于沉積和構造耦合的含水層富水性分區方法,發明了采煤工作面回采過程中涌水量多階動力學動態預測技術,形成了基于多目標非線性模型的頂板水控制疏放技術。

這些技術應用后,紅柳煤礦的4個采煤工作面涌水量預測的準確率均達到88%以上,節約排水設備成本160萬元、排水費用210萬元。同時,寧夏煤業公司所屬的錦界煤礦進一步優化了3個采煤工作面的防治水工程,減少探放水鉆孔約800個,節約探放水鉆孔及排水費用6414萬元;哈拉溝煤礦在2個采煤工作面實施了頂板含水層富水性分區,既保證了安全回采,又多回收了50萬噸煤炭資源。(馮韶新)

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