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河北省突出煤矿的保护层普遍为薄煤层,且顶底板为坚硬砂岩,地质构造发育断层多,原有的综采工艺推采缓慢,工作效率低,需留设大量煤柱,易形成应力集中区,严重影响保护效果。前期虽采取一系列综合防治措施,但因坚硬顶底板薄煤层开采技术未取得实质性突破,保护层不能实现规模化、连续性开采,瓦斯超限,甚至瓦斯高值超限依然禁而未绝,部分矿井甚至动摇了保护层开采的信心……
破困局
瓦斯不治、矿无宁日。思则变,变则通,通则达。
冀中股份公司大淑村矿在保护层开采方面进行了有益探索和试验转化,攻克了坚硬顶底板薄煤层保护层开采的技术难题,煤矿瓦斯治理取得显著成效,成为了“寒冬”中的一抹“亮色”……为此,12月22日,国家矿山安全监察局河北局在该矿组织召开瓦斯高效治理现场会。总结交流煤矿瓦斯治理和薄煤层开采先进经验,进一步提高全省煤矿瓦斯防治工作水平。
大淑村矿为煤与瓦斯突出矿井,主要开采 2 号和 4 号煤层,2 号煤层为突出煤层,4 号煤层为非突出煤层,作为保护层开采。但近年来,保护层工作面推采中面临诸多困难。其地质条件复杂,平均每个工作面要过十几条断层,且顶底板岩石坚硬,无法实现连续推采;煤层薄、作业空间小,职工操作困难,劳动强度大,效率低下;工作面需要长期爆破作业,工序繁琐,作业风险大,且爆破作业会对工作面设备造成一定破坏,增大了设备故障率,降低了安全可靠性;工作面顶板压力大,矿压显现明显,经常因推采慢而压死支架。当前保护层推采工艺导致保护层工作面无法有效推采或推采不彻底,致使保护层留有应力集中区,2 号煤层突出危险性增大。
面对困局,近年来,国家矿山安全监察局河北局与煤矿企业以源头防范为核心,以重大灾害治理为重点,有效克服开采深度大、时间长、生产环节多、地质条件复杂和灾害严重等不利因素,攻克了一系列灾害防治技术的难题关口。坚持把保护层开采作为瓦斯治理的重中之中,强力推进保护层应采尽采,与煤矿企业一道深入分析研判保护层开采技术的壁垒,聘请瓦斯治理专家进行专题授课,组织有关煤矿企业赴黑龙江、安徽、辽宁等地学习薄煤层开采技术,并积极推动煤矿企业与高校院所、采掘设备企业实施联合研发攻关,实现了突破性进展。
开新局
观念一变天地宽。大淑村矿甘做、更敢做第一个“吃螃蟹”的人。
工欲善其事,必先利其器。该矿通过与河北工程大学合作对三采区顶板灰岩和底板砂岩的岩性进行研究分析,了解掌握顶底板岩石的力学特性,与厂家合作进行破岩实验,经过计算,反复研究,设计出了 MG450/1050-WD 型采煤机为配套机组。以采煤机为基点,设计了 SGZ800/630 刮板输送机和 ZY6800/08/15D 型掩护式电液控液压支架。
实践是检验成果的最好标准。采煤机截割功率由原来 200kW 提升至450kW ,实现了直接对坚硬顶底板岩石破岩作业;采用结构消能减震技术,通过五点结构稳固法,大幅降低主体结构震动;采用正向对滚内旋方式,由传统的向下正压方式破岩改为向上剪切方式破岩,极大地提高了破岩性能;机组机面高度低,过煤高度大,适应性强;截深由原来的 0.5米增加到 0.8米,采煤效率提升近 60%。在 174303 工作面仅用 12 天就完成初采初放工作,初采期间工作面割底厚度由 0.3米到 1.2米,首次实现上台阶未爆破作业,全部由机采作业方式完成爬坡上台工序。月增产原煤近万吨,增效约 600 万元。解决了因保护层工作面顶底板坚硬或过地质构造带而无法推采,不得不重新配切眼搬家倒面的难题。同时,优化了生产工序,减少了爆破作业,工作面采高保持在 1.5米,创造了良好的作业环境,并累计节约成本费用 20 余万元。
一枝独放不是春,百花齐放春满园。河北局还开展瓦斯抽采精细化示范矿井建设,全力推进瓦斯抽采工艺革新、技术创新、装备升级,瓦斯抽采效率大幅提升。冀中能源的九龙矿、万年矿、梧桐庄矿、羊东矿等 5 处矿井因地制宜,开展地面水射流径向水平破煤瓦斯治理技术,单口井日排气量可以达到 1000m3 左右。该技术颠覆了传统瓦斯治理观念,解决了深部地区保护层不可采区域瓦斯治理难题。各矿井还开展水力冲孔、水力割缝等煤层增透技术,高抽巷、定向长钻孔等提高抽采能力技术,大大提高了瓦斯治理安全水平。
谋大局
苟日新,日日新,又日新。现场会上,与会人员在大淑村矿智能化集控中心参观调研了煤矿智能化建设成果演示,在地面广场参观了矿井瓦斯高效治理成果,对大淑村矿的智慧矿山建设赞不绝口。
大淑村矿坚持“机械化换人,自动化减人,智能化少人”的原则,全面推进智能化工作面建设。174303 工作面实现了采煤机、刮板输送机、转载机、供液系统等远程集中控制,可在集控中心进行一键启停割煤作业,大幅改善了职工的作业环境,降低了劳动强度,提高了劳动效率,达到了高效开采的目的。
举一反三眼界宽。大淑村矿还高效应用沿空留巷技术,实现了保护层工作面无煤柱开采沿空留巷。通过优化通风方式,实现了 Y 型通风,解决了回采工作面上隅角瓦斯治理难题;利用沿空留巷提前对突出煤层瓦斯进行治理,对卸压瓦斯长期抽采,最大程度治理卸压瓦斯;减少巷道掘进,缓解了采掘衔接紧张问题。此举从根本上解决了突出煤层瓦斯应力集中区孤岛问题。
善者善智,善行善成。该矿实施“立体式、多维度”瓦斯综合治理。在 174303 工作面进一步优化卸压瓦斯抽采措施。在工作面下顺槽布置 12 个卸压钻场,每个钻场压茬布置 12 个钻孔,实现钻孔不间断连续抽采,保证平均卸压瓦斯抽采纯量在 6m 3 /min 左右,有效抽采了大煤卸压瓦斯;在工作面沿空留巷段每间隔 20 米至30米留设一趟抽采管路对采空区进行抽采,进一步降低采空区瓦斯浓度,确保工作面回风瓦斯浓度保持在 0.3% 以下;研究应用大孔径定向长钻孔抽采被保护层卸压瓦斯课题,成功施工孔径φ 120毫米、孔深 300米定向长钻孔,为保护层开采期间抽采卸压瓦斯提供新方案;在4号煤工作面施工短臂中高压注水钻孔,上下两顺槽施工长壁注水钻孔,钻孔施工完毕后进行接抽,在距工作面 5米后进行注水,有效治理了工作面回采期间煤层瓦斯。
满眼生机转化钧,天工人巧日争新。从扭转僵局到开创新局,再到着眼大局,河北省突出煤矿实现瓦斯治理和保护层开采的有机融合,有效解决了保护层开采的难题,开创了安全和生产双提高、双促进的良性循环模式,为瓦斯治理和高效生产蹚出了一条新路。
采访手记:实践证明,任何事情迈不开步子、闯不出路子、打不开局面,等待观望、回避困难、绕道而行,只会带来更多、更大、更突出的矛盾。
道路是镗出来的。巨石拦路,勇者视为前进的阶梯,弱者看成前进的障碍。唯有思想解放,才能引来源头活水。世上没有“夕阳产业”,只有“夕阳思维”,再用老眼光看待新形势、老观念研究新情况、老方法处理新问题、老机制运行新体制,必然走进死胡同。狭路相逢勇者胜,百舸争流奋者先。河北局积极引导突出煤矿认识瓦斯治理新常态、适应保护层开采新常态,在矿山安全生产中引领了新常态。
事业是闯出来的。舒舒服服成就不了事业,按部就班实现不了跨越。唯有不断创新,才能行稳致远。河北局把矿山企业遇到的实际的问题作为工作的出发点、切入点和着力点,善于发现问题、敢于正视问题、勇于解决问题,紧扣企业脉搏,尊重实际规律,围绕生产实际抓创新、围绕安全核心促创新、围绕高效智能搞创新,打通了制约矿山发展的“肠梗阻”,实现了矿山高效生产和系统保安的有效融合,探索出了开放、集成、高效、服务的协同攻坚新模式。
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