千米深井群安全高效开采技术与实践.doc

山东能源集团 千米深井群安全高效开采技术与实践 近年来，山东能源集团所属山东省境内煤炭资源日益减少，开采深度不断增加，面临的自然灾害也日益严重，给安全生产管理带来了巨大的压力和挑战，为实现千米深井群的安全高效开采，我们采取了一系列高效开采和科技治灾的技术手段，确保了千米深井的安全生产。 一、矿井概况 山东能源集团在山东省境内共有42对生产矿井，其中开采深度超过千米的生产矿井12对，占省内生产矿井的29,占全国千米深井总数的26，分布在泰安、莱芜、济宁、菏泽地区。千米深井平均深度为1201米，采深超过1200米的便有6处，其中孙村煤矿最大开采深度已达1501米。 目前12对千米深井核定生产能力2578万吨，其中省内老区（泰安、莱芜）7对千米深井核定生产能力828万吨，新区（济宁、菏泽）5对千米深井核定生产能力1570万吨。 12对矿井地质资源量37.8亿吨，其中千米以下地质资源量19.4亿吨，占矿井地质资源量的51。矿井剩余服务年限6.4～62年，平均剩余服务年限22.8年。 所采煤种以肥煤、气肥煤和1/3焦煤为主，属低灰、低硫、低磷、高发热量的优质煤种。 二、千米深井面临主要灾害 （一）冲击地压 12对千米深井中受冲击地压威胁矿井11对，剩余1对矿井虽然冲击地压鉴定等级为无，但仍按照冲击地压矿井进行管理。 （二）高承压水害 多数深井开采受高承压水的影响比较明显，突出表现在深部开采对底板破坏深度增大，对原来浅部矿井水害的防治理论和方法提出新要求。目前12对千米深井中有10对为水文地质条件复杂矿井，奥灰水压最高已达8.0MPa。 （三）高温热害 12对千米深井中最高原始地温超过30℃的矿井有9对，其中个别地点最高原始地温达到60.5℃。各矿井采掘地点多数分布在一级热害区，局部进入二级热害区，加上采掘工作面设备装机容量大，夏季井下采掘工作面温度在不采取降温措施的情况下将有部分矿井超过30℃。 （四）高地压、高地应力 随开采深度增大,地应力显著增大,巷道周围应力增高，表现出强烈的扩容性和应变软化特征，巷道岩体强度降低，巷道与支护体破坏严重，特别是不良岩层巷道掘进与支护困难，深部巷道返修比例高。 三、千米深井群安全高效开采技术与实践 （一）开展矿井安全评价、实现安全科学管控 千米深井具有灾害类型多、机理复杂、防治难度大、事故隐患多的特点，坚持安全工作超前做，将事故隐患提前消灭在萌芽状态中，重点突出在超前预防上。为确保千米深井群的安全高效开采，不断推进安全管理的理念、方式和方法创新，形成了以安全评价和自主管理为主要特点的安全管理新模式，取得了良好的效果。截止到今天，各千米深井平均安全周期达到2578天，最高已达5017天。 组织内外部专家，对所属千米矿井开拓布局、生产系统、重大灾害防治进行安全评价，从系统性、复杂性、潜在性问题及重大隐患、重大灾害、重要环节入手，着重解决矿井安全生产中的重大难题。矿井深部巷道支护、冲击地压治理、矸石充填、承压水上开采及“三下”开采等方面一系列长期困扰安全生产的难题正在逐步解决。 二 突出重大灾害治理、实现安全生产 将重大灾害防控作为深井安全管理的关键，加强深井重大灾害发生机理研究，摸清重大灾害变化规律，制定预防和超前治理措施，切实抓好重点矿井、重大灾害、重点区域、关键环节的管理，盯紧盯实不放松。 一是冲击地压方面。牢固树立“超前防冲治灾”和“冲击地压可知、可防、可控”的理念，健全完善冲击地压管理体系，严格贯彻落实煤矿安全规程和山东省煤炭工业局下发的山东省煤矿冲击地压防治规定（试行）要求。为进一步加强山东能源集团所属具有冲击地压危险和采深超过800米矿井防冲管理，制定下发了山东能源集团加强冲击地压管理特别规定，提出10条强制性规定。准确把握“布局合理、治理到位”两个关键点，切实加强生产布局的优化和调整，不断优化采场布置，避免不合理开采顺序和采掘集中作业，避免形成应力集中区和孤岛工作面。各回采工作面开拓开采前均进行冲击危险性评价，严格落实各项防冲措施。在防治冲击地压装备投入方面，先后引进ARAMIS M/E微震监测系统、CRMS冲击地压实时监测预警系统、顶板离层在线监测系统、电磁辐射仪和防冲监测钻机、煤层注水钻机、大直径钻孔卸压钻机等先进防冲装备，引进地震波CT技术对煤柱应力进行监测。建立集防冲治灾于一体的专业化队伍，配齐各类防治设备、机具，健全微震监测系统、应力在线监测系统，始终坚持“先解危后开采”的原则，及时消除冲击危险隐患。通过采取爆破卸压、大直径钻孔卸压、注水软化等卸压方法进行卸压解危，并对卸压效果进行监测，直至消除冲击危险性。通过采取上述措施，取得了较好效果，例如以往冲击地压事故频发的华丰煤矿到目前已超过7年未发生冲击伤亡事故。 二是深井支护方面。掘进工作面选择合理层位，保证巷道稳定，降低复修工程量。例如唐口煤业后期的开拓大巷多布置在煤层底板以下10～20m岩性较好的岩石中，巷道围岩稳定性增强，最大限度减少了采动对开拓巷道的影响，取得了良好的支护效果，巷道扩修量由原来的60降低到了现在的10左右，扩修周期也由原来的6～10个月延长至2～3年，有力保证了矿井的生产安全。坚持“强支让压”的原则，不断加大深井矿压规律和深部支护研究力度，针对深部高地应力的实际，推广应用600高强度、高韧性、抗冲击锚杆及大直径、高吨位、高延伸率的矿用注浆锚索（直径22mm、119股），支护强度提高30以上，深井巷道围岩保持了良好的完整性，巷道整体变形量明显变小，有效控制了深部巷道变形。所有采深超过千米的采煤工作面全部采用综采工艺，采用吨位高、强度高、工作阻力大、适用性强的综采支架，能较好地适应千米深井工作面顶板支护。工作面两巷超前支护加长支护长度，提高支护强度，部分矿井超前支护采用了超前液压支架，提高了支护效果。 三是高温热害治理方面。构建矿井风冷并举的高温综合治理体系，一方面通过优化改造通风系统，提高风量改善作业环境，另一方面采用机械降温系统进行降温，自行研发冰冷降温系统，成立专业化矿井降温制冷公司，服务高温矿井；引进推广德国WAT集中制冷降温系统，安装使用局部制冷机。目前山东能源各矿井制冷系统同时最大机械制冷量已达到55340KW，降温效果明显。例如新巨龙公司采掘工作面温度平均控制在26℃以下，孙村、华丰煤矿采煤工作面风流温度下降了5℃左右。 四是高承压水害防治方面。我们与高等院校及科研部门密切合作，开展水害治理工作，积极探索矿井防治水工作新途径。根据不同条件采取注浆改造、疏水降压、留足煤柱、帷幕截流与注浆改造相结合、注浆改造与疏降相结合、隔离与探查相结合、生产与治水相结合等有效措施。积极开展高承压水条件下的充填开采试验，有效控制顶板下沉，减少底板扰动破坏深度，实现了受水威胁工作面的安全回采。 三 依靠技术进步、实现高产高效 各千米深井通过合理集中开采，提高装备水平，实现了高效开采，创造了良好的效益。目前，12对千米深井平均核定生产能力达到215万吨，有9对矿井（新巨龙公司、良庄矿业、华丰煤矿、协庄煤矿、华恒公司、唐口煤业公司、梁宝寺能源公司、古城煤矿、王楼煤矿）获得2010～2011年度煤炭工业安全高效矿井荣誉称号，其中4对矿井（新巨龙公司、唐口煤业公司、梁宝寺能源公司、古城煤矿）达到特级。 一是优化生产布局。要高度重视采掘布局与生产接续，确保时间和空间关系合理，实现合理集中生产，严格控制生产采区及工作面个数。坚持均衡生产，确保生产正常接续。抓好重点工程计划的实施，严格把握矿井开拓方向和开拓重点，确保矿井后劲和可持续发展；合理开采顺序，做好薄厚煤层、难易采煤层和不同煤种、煤质的配采。 二是优化采掘工艺。针对深井顶板压力大、冲击地压危险等因素，结合煤层顶底板条件，合理选择采掘工艺，优化巷道支护方式，坚持能上综采不上普采，能上综掘不上炮掘的原则，提高深部工作面机械化水平和支护强度。创新实施充填置换煤炭开采技术，目前山东能源集团已形成了固体物充填、膏体似膏体充填和高水超高水材料充填“三大类”生产工艺技术体系，通过实施充填开采，有效抑制千米深井煤层及顶底板的动力现象，降低了回采工作面超前支撑压力，避免瓦斯积聚和自燃发火，减轻地表沉陷。持续推广硬岩综掘机和半煤岩大功率综掘机作业线，加大推行“快速锚支、掘支平行”作业方式。 三是推进设备升级。按照“管理信息化、系统自动化、岗位无人化”的思路，为实现千米深井本质安全，持续加大安全装备投入，坚持“宁花百万上装备，不花几万用一人”的原则，大力实施“装备换人”、“技术减人”策略，对工作面三机配套设备进一步升级，优化提升运输系统，推广了单轨吊运输系统提高了生产效率。通过装备水平和自动化水平的提高，减少劳动用工量，降低人工成本。自2007年以来仅新矿集团就减少井下从业人员2347人。 （四）加强科技创新，破解治灾难题。 依托国家级企业技术中心、博士后科研工作站、省级冲击地压控制工程研究中心等平台，积极筹建冲击地压、充填开采两个国家级工程研究中心，并与中国矿业大学、山东科技大学、北京科技大学、煤科总院等知名院所结成技术创新联盟，形成了以企业为主体、产学研深度结合的创新格局，企业自主创新能力显著提升。特殊煤层开采技术、特殊条件巷道支护技术、重大灾害防治技术等多项难题正逐渐解决，实现了复杂条件下工作面的安全开采。近年来，煤矿巷道高效安全支护成套技术创新体系及应用、煤矿冲击地压预测与防治成套技术、600m特厚表土层冻结法凿井关键技术、高温矿井冰冷低温辐射降温技术研究与应用、千米多立井快速建设技术、硐室群稳定性分析与支护优化研究及工程应用等数十项研究成果被评为国家科技进步奖、国家煤炭工业科技进步奖等国家及行业级荣誉称号。 总之，山东能源集团在千米深井开采上做了一定研究和实践，取得了一定效果，形成了一系列深井安全高效开采技术，提高了深井开采安全保障程度，但与上级领导要求和兄弟单位的做法还有一定差距。我们决心以这次会议为动力，虚心学习和借鉴各兄弟单位的成功经验和做法，切实提高山东能源集团深井安全开采的可靠程度。 以上是我们在千米深井群安全高效开采方面的经验和做法，不当之处，敬请各位专家和同仁批评指正。 8