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优化调整 创新驱动 努力打造深部煤炭资源安全高效开采示范矿井 山东能源新汶矿业集团 作为山东能源权属企业，新矿集团建企于1956年，是一家煤炭、煤化工、装备制造、现代服务业等多种产业共同发展的大型企业集团。近年来，为谋求企业持续发展，新矿集团大力实施“走出去”战略，目前，经营区域已拓展到“八省七市”，煤炭资源储量250.1亿吨，设计产能1.12亿吨。2012年，集团原煤产量4338万吨、销售收入680亿元、利税103亿元。 随着资源日趋开采，矿井深度不断增加，目前省内13对生产矿井中有8对千米深井，可采储量11.69亿吨中深部5.8亿吨，占省内储量的49.61，8对深井原煤生产人员达2.4万人。特别是孙村煤矿采深已达1500米，成为亚洲开采最深的矿井。为破解深部煤炭资源安全高效开采的难题，实现企业可持续发展，我们坚持以重大灾害防治为前提，以系统优化再造为出路，以深部资源开采成套技术研究为依托，以管理创新为保障，优化调整、创新驱动，确保了深部煤炭资源安全高效开采。我们的主要做法是 一、将灾害治理作为实现深部资源安全高效开采的前提保障 进入深部开采后，除以往面临的水、火、煤尘等灾害之外，受“三高一扰动”高地应力、高地温、高岩溶水压和开采扰动强烈影响，又增加了冲击地压、深井软岩、高温热害、高承压水害等难题，安全开采难度系数加大。为此，我们提出“超前防灾、科技治灾”的理念，以先进技术为支撑，制定超前防灾减灾的量化措施，狠抓重大灾害防控，实现安全开采。 一科学防控冲击地压。积极与俄罗斯、德国、波兰等国家知名科研院所及国内北京科技大学、山东科技大学等高校联合攻关，按照“布局合理、措施到位”的防冲原则，制定深部冲击地压防治五年规划，建立了以采场覆岩空间结构理论为核心的冲击地压综合防治技术体系。 一是研究制定了关于冲击地压防治工作的特别规定、冲击地压事故责任追究制度，建立“技术管理、组织管理两个体系和防冲技术管理流程”，形成了具有新矿特色的冲击地压综合防治模式。重点突出“三个注重、三个降低、四个加强”，即注重合理集中生产、注重工作面布置、注重工作面防冲安全评价，降低开采扰动、降低开采应力、降低围岩密度，加强开采卸压、加强巷道支护、加强监测预警、加强个人防护，保证了防治措施的有效实施。同时，针对近距离煤层群开采条件，从开采设计源头抓起，按照采区内“有头无面、有面无头”的思路，对深部和浅部采掘工作面合理配采，避免了人为造成集中应力区。 二是建立集应力在线、围岩变形、微震、顶板动态、矿震等多参量多元信息于一体的深部冲击地压综合预警平台，通过立体化监测，对冲击地压工作面开采情况进行实时监测、预警预报，实现了集团公司、生产矿井、工作面三级实时监控。 三是坚持“先解危后开采”的原则，积极开展先卸后采掘工艺模式研究。回采工作面创新应用反程序卸压开采技术和高强度大直径钻孔超前预卸压技术，推行低应力开采工程，有效解决了深井复合顶板回采工作面管理难度大、巷道支护难等技术难题，解放-800米以下储量2400万吨。掘进工作面实行“一班防冲卸压、两班生产”的生产组织模式，提前释放地压，杜绝了冲击地压破坏性事故的发生。 二安全控制深部围岩。针对深部巷道在高应力条件下大变形、维护困难的特点，为适应不同应力环境、不同岩层分类和断面形状的需求，我们建立了“以高强高预应力支护为主，耦合让压支护、锚注支护、钢管混凝土支护、抗滑桩工艺为辅”的综合支护体系。一是不断优化支护工艺结构，研发了适用于不同类型深井高应力巷道的锚杆支护系统，使深部巷道变形得到有效控制，最大收敛率控制在4以内，每年减少失修巷道6000米以上。二是在深部巷道研究应用卸压与支护平衡控制理论，使矿井90％以上的巷道处于卸压区和原岩应力区内，有效防止了巷道变形破坏，减少巷道失修率40以上。三是在高应力软岩和大断面托顶煤等早期大变形条件下，应用高强高预应力让压支护技术，同时，对高应力大跨度硐室采用微型抗滑桩、锚注和钢管混凝土支护技术等复合支护，实现了高应力围岩的安全控制。 三风冷并举治理高温热害。通过对深部矿井各类热源测定分析，在摸清矿区热源分布规律的基础上，按照“以通风降温为基、机械制冷为主”的思路，自主研发实施了冰冷低温辐射降温技术和水源热泵局部制冷工艺。引进德国WAT井下集中制冷降温系统，安装使用波兰TS-300B型井下局部制冷机组，构建了“风冷并举”矿井综合降温模式。通过综合降温，深井采掘工作面温度普遍保持在正常温度，为工人创造了舒适的工作环境。 四有效防治高承压水害。通过分析研究深部高承压水突水机理，规范了“物探先行、钻探验证、安全评价、疏排可靠”的防治水工作流程。首先，采用地面瞬变电磁法探测、井下高密度探测与钻探验证相结合的综合探查技术，摸清井下水文特征。然后，根据探查分析结果，采取“局部封堵疏水降压高强排水”综合防治技术，抓好水害治理。对于深部工作面，通过物探、钻探、评价三个手段，以超前探查和水情水害分析预报为重点，构建水文观测网、疏排水、应急救援三个保障系统，做好采前预评价、采中动态评价、采后总结评价三个阶段评价工作，突出抓好承压水害排查和超前治理，确保了深部资源安全开采。 二、将系统再造作为实现深部资源安全高效开采的根本出路 随着开采深度加大，老矿深井战线延长、环节增多、成本趋高，矿井生存发展面临严峻挑战。对此，我们按照“系统优化再造根治老矿深井综合病症”的思路，建立老矿深井开采“43”系统优化模式，即实施生产布局“四级优化”和生产系统“三大优化”，对复杂系统进行优化再造，努力实现集约生产。 一生产布局“四级优化”。一是优化矿井开拓布局。针对生产水平多的实际，采取新掘深立井减少生产水平的方式，解决老井战线长、布局分散、系统复杂、运行费用高的问题。近年来，新矿老区新掘立井8个，生产水平由23个减少到16个。其中，孙村煤矿新掘800米深立井，将6水平开采优化为2水平开采，安全经济效益明显。二是优化水平布置。孙村煤矿在-800米水平至－210米水平区间，新补掘两段皮带井，运输距离由6950 米减少到5200米，运输环节由9个减少到4个，运输效率提高50以上。在降低运行成本的同时，提高了安全保障系数。三是优化采区布置。按照集约生产的要求，整合相邻采区深部资源，增加采区走向长度，简化区域生产系统，减少采区个数，降低万吨掘进率。孙村煤矿优化-1100米深部下山区布置方式，将-1100米下山二、三采区“双翼开采”模式调整为以井底车场为中心的“大片盘”开拓布置方式，工作面走向长度增加到2500米，减少准备巷道工程量近2000米。目前，新矿老区通过采区布置优化，生产采区由34个减少到27个，万吨掘进率降低了48米。四是优化工作面布置。按照“建大井、办大矿、方大面”的现代化矿井建设思路，增加工作面长度，在深部资源开采条件越来越困难的情况下，新矿老区采煤工作面由50个减少到目前的36个，掘进工作面由138个减少到目前的98个。 二生产系统“三大优化”一是通风系统。减少通风路线，建立了深部结构合理、网路简化、节能高效、运行可靠的通风系统。近年来，新矿集团新建进、回风井9对，封闭闲置巷道10万余米，简化了矿井通风网络。以“降阻增风”为主，补掘、扩修主要进回风巷道3万余米，矿井通风阻力平均下降5。孙村煤矿历时10余年对通风系统优化改造，矿井负压由3700Pa降低到2108Pa，风量由11800m3/min提高到16715m3/min。二是提升运输系统。开展了高效辅助运输技术研究攻关，重点围绕煤矿千米立井提升和井下辅助运输方式改革，加大单轨吊、无轨胶轮车推广力度，建设单轨吊运输网络13.56万米，实现了采区内“消灭地轨、消灭小绞车、消灭普通矿车”的目标。孙村煤矿应用5部柴油机车、10部单轨吊，将运输网络延伸至工作面上下平巷及掘进迎头，降低了职工的劳动强度。三是深部排水系统。开展千米深井立排技术研究，安装千米立排系统，矿井排水系统由四级排水简化为两级排水，实现了矿井水从-800水平直排地面，排水能力提高一倍以上。 三、将工艺改革作为实现深部资源安全高效开采的内在动力 一装备升级，提高综采综掘率。始终坚持“设备换人替代人海战术”的理念，本着“采掘生产机械化、辅助系统自动化、安全监测数字化”的原则，不断加大投入，提高生产装备配置和档次。 综采机械化程度不断提高，针对深部采场煤炭岩层的赋存条件，建立以岩层运动和矿山压力分布为核心的深部采场空间结构力学模型，在设备选型上突出大型化、重装化和配套化，研发应用深部采场综采成套装备。目前，新矿集团8对深井综采率达到94.35，基本实现综采化。 掘进装备不断升级，形成了适应不同煤岩层强度的“两类大功率综掘模式”即岩石强度系数大于6的大功率硬岩综掘机和岩石强度系数小于6的大功率半煤岩综掘机，集团在用综掘机52台，230型及以上大功率综掘机27台，占总数的51.9％。十二五期间将逐步消灭炮掘。 二智能开采，创建数字化矿山。在深部资源开采信息化和管理现代化领域，我们致力于矿井一体化综合监测监控关键技术与装备研究，研发综采工作面生产过程监测监控自动化技术与系统、矿井大型固定设备无人值守自动化监测与控制系统、矿井大功率提升机全数字控制技术与系统，构建“矿井生产安全监测调度管理”信息网络一体化平台，基本实现了矿区资源与开采环境数字化、生产过程控制可视化、信息传输网络化、生产管理决策科学化。孙村煤矿将矿井排水、水文、安全监测、人员定位、矿井无线通讯、办公自动化、地质矿图数字矿山系统等20余个子系统与局域网管理信息系统进行集成，全面实现了信息化、自动化。灾害天气和节假日停产期间，井下做到了无人值守。 三以矸换煤，创新绿色开采技术。为解决深部开采所带来的地面扰动和塌陷，我们创新实施“矸石充填置换煤炭技术”，解放深部“三下”压煤、受水威胁储量，目前已形成原生矸石综采充填、地面矸石似膏体自流充填等“五充一选”的系统工艺，适用于普采、高档普采、综采等各种开采方式和薄煤层、中厚煤层、厚煤层等多种开采条件，能够满足充填物料多样选择和安全开采不同需求。“十二五”期间，通过充填新矿集团将解放呆滞储量2.3亿吨，同时，采区回收率提高10以上，老区矿井稳产稳效服务年限延长10年以上，企业可持续发展的问题得到有效解决。 四、将管理创新作为实现深部资源安全高效开采的有力保障 一创新安全管控模式。作为老煤炭企业，我们在总结提升传统管理经验的基础上，科学把握煤炭企业安全管理的客观规律，探索形成集团管控、矿井自治的管理模式，实现了管理理论与实践的有益结合。 集团管控。创新实施安全评价模式，在集团公司层面建立专家库，由专家对矿井各生产系统进行“把脉诊断”，全面、公正、客观地反映矿井安全生产现状。通过评价，企业安全生产管理职能实现“三个优化”一是实现集团公司部门之间的“职能优化”。成立采矿技术研究中心专门负责安全评价工作，打破现有煤炭生产管理、技术研究等专业部门条块分割而又重复交叉的传统设置格局，实现了集团总部管理、监督、服务各类业务的科学组合。二是实现了集团与基层矿井之间的“分工优化”。通过采矿技术研究中心的运作，科学界定集团总部与各生产矿井的职能分工，集团总部以研究协调为主，矿井以自查自治为主，真正解决了集团总部与基层生产矿井之间“重复抓、抓重复”的问题。三是实现了生产技术管理的“要素优化”。以采矿技术研究中心为依托，合理配置和开发利用企业的管理、技术资源，使原来相对薄弱的企业技术创新职能得以进一步强化，保证了企业的安全、高效运行。 矿井自治。生产矿井围绕建设本质安全型矿井的目标，以风险预控原理为指导，根据评价结果，按照“方案量化、措施到位、考核验证、复查确认”的思路，制定量化整改方案。措施制定上由以往主要研究、处理那些已经发生的系统环节问题和事故隐患，发展为主要研究、处理那些还没有发生，但有可能发生的系统环节问题和事故隐患，并把这种可能性具体化为量化指标，从中选择最佳的方案，预防事故的发生，寻求最低事故率、最少损失和最优的安全投资效益，实现了由处理事故向预防事故转变，由治标向治本转变。 二实施产业化运作。近年来，随着深井开采技术的日益成熟，我们形成了一批专利技术，锻造了多支专业化队伍。目前，集团已形成16家专业化公司，在服务内部市场的同时，也走向外部市场，成为企业新的盈利增长点，进而推进了产业结构的不断调整优化。孙村煤矿按照“技术产业化、服务市场化、配套专业化”的原则，组建了“制冷降温新雪科技降温公司、立井维护泰安杰诚设备安装有限公司、似膏体矸石充填泰安新业建材公司、自动化控制山东华腾科技自动化有限公司”等四个专业化公司，将成熟的深井开采配套技术转化为现实生产力，面向社会提供集设计、施工、安装、运行、维修、管理、运营为一体的“保姆式”服务，在向集团内部输送技术的同时，积极承揽省内外深井开采项目，实现了煤矿深井开采成套技术输出一体化运作。目前，已成功在河北、辽宁等省区的9个矿井施工项目15项。陕西、山西的项目获得地方政府好评，多项工程被评为地方“样板工程”。 深部资源安全高效开采是保障国家能源安全的必然要求，是老煤炭企业可持续发展的必由之路。通过创新驱动和科技进步促使深部资源安全高效开采是一项利国利民利企的系统工程，意义深远、责任重大，需要政府、行业、企业多方推动。 这次会议非常及时也非常必要，必将有力推进深井开采技术实现新跨越。虽然新矿集团在深井开采方面取得了一定成绩，但是与先进单位相比还有一定差距，我们决心以这次会议为动力，认真学习先进单位的经验做法，创新升级，融合提升，促进深井开采技术不断发展深入，为煤炭工业科学发展做出新的更大的贡献 9