创造绿色动能 引领能源变革

发布时间:2023-12-01
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2019年到2023年的几年间,梁家煤矿勇担“创造绿色动能 引领能源变革”使命,成功破译了从“一张白纸”到“拔节生长”的升级密码,蹚出了一条“三软”地质条件下绿色充填开采的新路子,绘就了高质量发展的生态新画卷。


▲梁家煤矿充填站全貌

01

“三软”岩层充填开采的新实践

梁家煤矿是全国唯一海滨煤矿,历经31年持续开采,以及地面建筑建设的加快,矿井压覆资源逐年增多,煤炭可采储量逐年锐减,其中“三下”压煤储量占可采储量的84.9%,实施充填开采迫在眉睫!

如何摆脱企业生存困境,实现转型升级?该矿党政统一了“延续生存拓发展”的思想认识,也辩证认识到“当前的危机也是以后的发展生机”道理。他们立足实际,借力借智,决心向压覆资源要效益,以科技引领为高速引擎,“华丽”转身再造“新梁煤”。



▲钻孔施工作业


“梁家煤矿属于典型的‘三软’地层,就像‘发糕’一样松软、遇水膨胀,回采期间,随采随冒,顶板垮落非常‘及时’,顶底板维护、快采快掘是充填开采制胜的关键。”该矿副矿长万蕾直言不讳。
目前,煤矿绿色充填开采已是一套成熟技术,并已列入煤矿安全生产先进适用技术装备推广目录。但大部分应用在硬岩特性矿井,而梁家煤矿处于典型的“三软”地层,实施充填开采在国内尚属首家。
在“三软”地质条件下实施充填开采,因为没有足够的充填时间和空间,所以硬岩条件下的综采充填工艺无法“效仿”,给矿井充填开采工艺带来了很大的难度。

▲现场调研破解技术难题

为有效释放优质资源,延长矿井服务年限,自2015年开始,该矿着手实施充填开采工艺的艰辛探索,但是,由于受“三软”地层条件制约,始终没有取得实质性突破。


有志者,事竟成。2019年开始,围绕充填开采工艺,该矿进行了大量的技术研究与探索,多次组织人员到裕兴煤矿、金牛煤矿、翟镇煤矿等地进行专题调研,采取聘请专家现场把脉、召开专家论证会等方式,最终取得了充填开采技术、工艺上的可行性理论支持。同时,在借鉴兄弟矿井“三下”充填开采成功经验的基础上,结合梁家煤矿本身的煤炭赋存条件进行分析、比对,最终决定在副井工广保护煤柱内布置2112工作面,进行“试探式”充填开采研究,向“建下”要资源迈出了尝试性的第一步。
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用智慧破解无煤可采窘境
“工程初始,我们在二层煤巷道内设置了12个测点,进行了矿压观测,成巷一个月内,巷道顶底板变形量在30至180毫米,巷道变形在可控范围内。”该矿充填站主任邹玉龙介绍。施工过程中,他们配合测点、锚杆测力计、顶板离层仪等监测方法和工具,收集了大量的原始数据,并根据相关数据对巷道压力显现明显的部位进行针对性加固,采取补打锚索、施打点柱等方式,规避顶板下沉、帮部片落的风险,在确保安全施工的基础上,最大限度降低支护成本投入。

▲2112充填试采工作面准备巷道施工

在推进过程中,项目攻关团队持续研究实践、分项攻关,探索实施了“单体支柱+挡板+防雨布”施工挡浆方式;改进了“锚杆+钢带+金属网”顶板支护形式;支护工艺由“隔三采一充一”优化为“隔六采一充一”,支巷长度由50米延长到150米;首创了“两向四维”充填效果评价体系。并通过现场实测、物理实验、数值模拟相结合的方法,分析充填工作面巷道围岩变形规律,动态调整锚杆、锚索、钢带支护参数,不断探索新的技术路径,成功解码出“对冲”“三软”岩层充填有效“办法”,即,“三软”地质条件下全负压短壁联采密实充填工艺,形成了“长壁布置、短壁开采、势能充填、巷式胶结”整套核心技术,实现了压煤不搬迁的充填开采模式,开创了国内软岩矿井充填开采的先河。其中,梁家煤矿“三软”地层充填开采项目也获得授权发明专利7项、省部级科技奖励4项,并入选为2022年煤炭行业标杆案例。
“只有安全稳定、质效双提、持续发展,才能达到我们课题立项的初衷。”该矿党委书记、矿长茹新华表示。“一代又一代的梁煤人在这里留下了奋斗与历练的汗水,见证了梁煤的成长与蜕变,充填开采不仅是‘续命’工程、效益工程、民心工程,更是一种‘乡土情怀’,承载着无数梁煤人的期待和梦想,是一场必须打赢打好的‘硬仗’。”

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以绿色充填谋发展新优势
▲地面集控室
“准备就绪,开始充填!”在梁家煤矿地面充填站,随着集控室操作员“一键”启动,供料、搅拌、泵送及充填管路等各大充填系统支干,就像人体内一根根“毛细血管”一样,在“智慧大脑”远程协调和大数据隔空遥控下,集成一体化启动。
投料正常、运行正常、压力值正常……从进料口、保障阀到充填端口,配充填骨料、胶结材料构成的膏体“血液”,通过专门管路,源源不断输送到C202第二个充填工作面。
▲C202充填工作面

“让充填开采更好地融入煤矿,就必须在充填开采工艺的关键环节、关键装备和关键技术上攻关、突破,不断提升充填开采高效化、智能化水平。”茹新华介绍,“三软”地层条件下充填开采任重道远,是推进矿井可持续发展的“民心”工程,也是实现高质量发展的必由之路。
为推进充填工艺的优化和改进,立足于“三软”地层特点,边干边学边摸索 ,利用2112面和C202面充填试验工作面,从“设计、支护、采充、封堵、配比”等方面不断改进优化,“三软”地质条件下的充填工艺在持续改进中不断完善、优化和升级。在支护体系上,推广使用了左旋无纵肋高强螺纹钢锚杆,增加屈服强度,预紧力提高16.7%;在巷道断面方式上,由拱形断面优化为梯形断面,平均每条巷道多回收煤炭400吨,资源回收率提高10%;在优化封堵方式上,由原木板“一”字型隔离改为铝板“L”型直角隔离,避免溃浆隐患,最大限度增加巷道充填面积。
“截至目前,首采充填面解放优质建下压煤资源27万吨,实现了精充细采、采矿无痕,预计解放煤炭资源1000万吨以上,有效缓解矿井无煤可采的‘囧境’,解放更多高热值煤炭资源,可以改变目前油页岩单一煤种的现状。同时,为下一步解放更多的煤炭资源提供了可以借鉴的‘范本’。”该矿总工程师刘明明说。
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