中國煤炭報 2022年09月17日 M4版

治災鑄安向未來

陜煤集團彬長礦業奮力打造全國多元災害耦合協同治理示范礦區

“陜煤彬長礦業創新理念方法，不斷豐富多元災害同防同治技術路徑，探索形成耦合因素分源治、區域局部協同治、井上井下立體治災害防治新格局，重大災害防治能力顯著提升，走出了一條具有彬長特色的多元災害協同治理新路子?！?月11日，在全國煤礦瓦斯和沖擊地壓重大災害防治現場會上，與會代表紛紛為彬長礦業災害精準防治點贊。

“在躋身世界一流煤炭企業的競技場上，安全是橫亙在彬長礦業眼前的一座大山。唯有跨過安全這道非過不可的難關，企業才能迎來高質量發展的新氣象?！北蜷L礦業公司黨委書記、董事長白永明說。

彬長礦區地質條件復雜、多元災害耦合疊加，被認定為全國煤礦災害最重、治理難度最大、安全風險最高、有效防范和遏制重特大事故任務最繁重的礦區之一。

今年以來，在國家礦山安全監察局、省市縣各級政府的大力支持和陜煤集團、陜西煤業的堅強領導下，彬長礦業圍繞強安全、精治災、優接續的工作主線，加強重大災害防治頂層設計，加快各礦井災害治理3年至5年規劃落地實施，堅持一礦一策、一面一策、一段一策，做到超前、綜合、科學、精準治災。1月至8月，彬長礦業順利實現安全“六零”目標。

“11533”新體系，樹起瓦斯防治樣板

彬長礦業5對礦井均屬高瓦斯礦井，其中大佛寺礦絕對瓦斯涌出量最大曾達到每分鐘210立方米，是陜西瓦斯涌出量最大的礦井。今年以來，彬長礦業經過不懈探索和實踐，構建形成了“11533”瓦斯治理新體系。

圍繞一個目標，即精準治理零盲區、嚴格管控零超限、綜合利用零排放瓦斯多元治理。

推行一種模式，即井上下抽采相協同、三區遞進相協調、預抽與卸壓抽采相結合的“三區聯動”瓦斯治理模式。

彬長礦業在8年以上規劃區布置地面鉆井，解決井下未開拓區域的瓦斯治理難題。累計施工82組地面抽采井，包括生產直井、多分支水平井、遠端對接“U”型井、叢式定向井等井型；其中，水平井單井日產氣量最高達3萬立方米，垂直井單井日產氣量最高達4000立方米，地面累計抽采瓦斯量1.4億立方米，地面抽采預抽率達到20%。在3年至8年準備區開拓大巷或災害治理專用巷道，應用大功率、大扭矩定向鉆機，施工長距離定向鉆孔，孔深達到1000米左右，可同時覆蓋6個至8個工作面區段，實現準備區瓦斯超前治理。將采煤工作面（生產區）劃分為3個至5個單元，按照一面一策、一段一策原則和一單元一設計、一鉆孔一工程標準，實現瓦斯抽采達標。

“三區聯動”立體抽采在空間上體現為井上下相結合，在時間上體現為中長遠規劃與短期生產準備相結合，在方式上體現為預抽與卸壓抽采相結合。

深耕五項技術?！?—111”瓦斯高效抽采技術，即在單孔內開展2種技術作業，用水力割縫和液態二氧化碳驅替，實現鉆孔內1次割縫卸壓、1次氣相脫附驅替以及1次導向擴沖驅氣。

特厚煤層長鉆孔水力壓裂技術，即根據煤層堅固性系數較高的特點，在定向長鉆孔內分段壓裂擴張煤體裂隙+整體壓裂溝通網絡，實現煤層大范圍區域性增透改造，測試壓裂影響范圍46米至58米，百米抽采流量提高3倍至5倍。

鄰近層立體掩護式抽采技術，即針對近距離煤層賦存特點，優先開采上覆煤層，提前對主采煤層進行卸壓；利用開拓大巷或盤區專用災害治理巷施工密集長距離定向鉆孔，攔截主采煤層瓦斯涌出，實現立體掩護式抽采。上覆煤層開采后，主采煤層瓦斯涌出量減少40%至55%。

高位定向鉆孔“以孔代巷”技術，即采用大功率、大扭矩定向鉆機，在工作面回風巷向頂板裂隙帶沿工作面走向施工長距離高位定向大直徑鉆孔，精準抽采采空區卸壓瓦斯，卸壓瓦斯治理量占工作面瓦斯涌出量的50%以上。

本煤層網格化采前預抽技術，即工作面沿傾向布置常規預抽鉆孔，沿走向對上分層煤層補充布置長距離定向鉆孔，實現本煤層不同層位全覆蓋、全面達標，瓦斯精準治理零盲區。

提升三個保障。超前地質保障，即地質前期預判與后期采掘相互驗證，采用地面鉆孔補勘、瞬變電磁法、三維地震勘探、直流電法等手段，有效掌握采掘活動與瓦斯治理的空間關系。

過程控制保障，即推行裝備智能化升級，引進了智能鉆機群組；打鉆監控系統、隨鉆軌跡測定裝置，實現打鉆過程智能驗收、遠程糾違等以及一孔一工程、一孔一視頻；采掘工作面引進瓦斯抽采效果智能分元評價系統，實現分單元煤層瓦斯抽采各參數精準計量，實現對各單元的抽采效果動態評價、動態達標。

供電可靠保障，即在礦井原有雙回路供電基礎上，實現礦井三回路供電，確保主通風機、抽采泵、提升系統、排水系統正常運行。

創新三條途徑。低濃度、乏風瓦斯發電方面，建成全國裝機容量最大的低濃度瓦斯發電廠，安裝36臺低濃度瓦斯發電機組，總裝機容量達到2.16萬千瓦，實現井下抽采濃度8%以上的瓦斯全部利用，年發電能力1億千瓦時，已累計發電8億千瓦時。建成全國首個煤礦通風瓦斯利用示范工程，將通風瓦斯與濃度8%以下抽采瓦斯摻混利用，通風瓦斯處理能力達到39萬Nm3/h（標準立方米/小時），實現濃度8%以下抽采瓦斯和通風瓦斯有效利用。

地面煤層氣開發及集輸利用方面，建成日處理能力5萬立方米的提純壓縮輸送站，建設了21.79千米集輸管網，完成29組煤層氣井輸氣管道對接及提純壓縮輸送站連接。與地方天然氣公司合作開展煤層氣銷售工作，日產氣量5萬立方米。

余熱綜合利用方面，在大佛寺礦井，利用瓦斯電廠余熱作為熱源，建設6臺余熱鍋爐，滿足了職工洗浴熱水常態化供應和冬季井口供暖用熱。

“去年，彬長礦業在全國煤礦首創‘2—111’高效瓦斯抽采技術工藝，利用高壓水射流割縫卸壓和液態二氧化碳氣相驅替原理，在鉆孔內開展2種技術作業，實現1次割縫卸壓、1次氣相脫附驅替及1次導向擴沖驅氣。瓦斯抽采影響半徑最遠可達26米，瓦斯抽采濃度和抽采純量增加1倍以上?！北蜷L礦業副總經理、總工程師原德勝說。

“今年上半年，公司累計完成各類瓦斯抽采鉆孔66.8萬米，抽采瓦斯量3457.77萬立方米，完成年計劃54%?！痹摴靖笨偣こ處?、通風部經理郭魏虎說。

通過大力實施瓦斯綜合防治措施，礦井瓦斯防治由局部治理向區域治理、由生產過程治理向超前治理徹底轉變，實現了瓦斯抽采量、抽采率、鉆孔抽采濃度顯著提高，煤層瓦斯含量、壓力、采掘工作面回風瓦斯濃度顯著下降。彬長礦業連續8年實現瓦斯“零超限”目標。

“1155”新模式，彰顯沖擊地壓防治擔當

沖擊地壓是煤礦井巷或工作面周圍煤（巖）體由于彈性變形能的瞬時釋放而產生的突然、劇烈破壞的動力現象。2013年以來，沖擊地壓在彬長礦區顯現，威脅礦井安全生產。

彬長礦業5對礦井中，強沖擊礦井2對、中等沖擊礦井2對、弱沖擊礦井1對。

“去年以來，彬長礦業按照‘地質先行、超前探查，分級治理、立體實施，精準監測、效果達標’的總體思路，探索形成了以地面區域壓裂為主、井下局部治理為輔的井上下立體防沖‘1155’新模式?！痹摴靖笨偣こ處?、防沖部經理付田田說。

今年以來，彬長礦業圍繞煤巖“零沖擊”一個目標，堅持沖擊地壓“可預、可防、可控”一個理念，立足立體聯合監測五種方法，夯實立體協同卸壓五項技術。

井上下立體聯合監測五種方法，即安裝地面ARP微震監測系統，對高位巖層破斷產生的微震事件進行實時監測；安裝井下微震監測系統，與地面微震監測系統有機融合，形成立體微震監測臺網，對煤巖體破裂產生的微震事件進行實時監測；安裝地音監測系統，對采掘工作面地音事件進行實時監測；安裝應力在線監測系統，對采掘工作面近場圍巖集中靜載荷及變化進行實時監測；安裝礦壓、頂板離層等監測系統，對液壓支架工作阻力、頂板離層量等進行實時監測。

以此為基礎，彬長礦業形成以全天時、全覆蓋、全頻段、全要素為特點的立體監測網絡，實現由點、局部、單參量監測至區域多場多參量綜合預警轉變，有效提高了沖擊地壓監測預警精度。

井上下立體協同卸壓五項技術，即對高位堅硬頂板采用地面“L型”水平井分段壓裂技術進行改造，形成“人造解放層”；對中位堅硬頂板采用定向長鉆孔水力壓裂技術進行壓裂；對低位堅硬頂板采用爆破、磨砂射流軸向精準切頂等技術進行預裂，高、中、低位頂板產生的裂縫在垂向上實現貫穿，將頂板切割成相對規則的塊狀結構；對煤層采用大直徑鉆孔和煤層爆破等技術進行卸壓，使得煤體內應力集中程度降低，高應力區向煤體深部轉移；對煤層采用水射流旋切等技術，進一步提高卸壓效果。

“三區聯動”開采模式。彬長礦業下轄煤礦依據頂層設計，立足源頭治理，構建了一井三區、一區一面、交替開采的“三區聯動”開采模式。規劃區著力于巷道開拓及準備，為生產接續夯實基礎，以地面“L型”水平井分段壓裂技術為主進行超前區域治理；準備區采用井下定向長鉆孔水力壓裂、頂板預裂爆破、磨砂射流軸向精準切頂等技術，對備采工作面煤層上覆中、低位堅硬頂板進行弱化；生產區采用煤層爆破、大直徑鉆孔、水射流旋切等卸壓手段，對煤層進行卸壓。在空間上體現為井上下相結合，在時間上體現為中長遠規劃與短期生產準備相結合，在方式上體現為區域與局部相結合，從設計源頭解決采掘、卸壓等活動在時空上相互擾動的不利因素。

今年1月至6月，彬長礦業完成各類防沖卸壓鉆孔60.29萬米，完成年計劃58.36%。通過實施區域與局部相結合的卸壓技術，有效降低了采掘工作面沖擊危險程度。

國內外學術界普遍認為，防治沖擊地壓是采礦工程和巖石力學領域面臨的一項世界性難題，其致災機理尚未研究清楚，相關防治技術手段仍需完善。

“現階段和今后一個時期，彬長礦業將加快產學研用深度融合，持續致力于促進沖擊地壓防治理論與技術的突破?！北蜷L礦業黨委副書記、總經理焦小年說。

“11235”新機制，提供防治水方案

彬長礦區5對礦井地質及水文地質條件均為復雜型，水害問題突出、防治水工作難度大。彬長礦業始終堅持預測預報、有疑必探、先探后掘、先治后采的防治水原則，貫徹執行立體探查、精準預報、主動疏放、綜合治理防治水管理理念，超前開展區域洛河組含水層精細探查分析，積極探索頂板水、離層水、老空水、斷層水、井筒水5種典型水害防治技術路線，逐漸形成了以地質透明、科技引領、系統保障為支撐的“11235”井上下立體防治水新機制，連續多年實現水害“零事故”目標。

圍繞“有水無災”水害零事故一個安全目標；堅持立體探查、精準預報、主動疏放、綜合治理一個管理理念；探索清污分離、污水過濾的高效排水和減水開采、綜合利用的綠色減排兩條治水路徑；筑牢透明地質、排水系統、科研技術三項基礎保障；致力巨厚洛河砂巖水綜合防治、典型離層水害立體防治、采空區積水精準探放、斷層水害超前防治五種防治技術、井筒凍結孔水害創新治理。

巨厚洛河砂巖水綜合防治技術。巨厚洛河組含水層是彬長礦區煤層開采的主要涌水來源。洛河砂巖水防治工作方面，針對洛河組分布范圍廣、厚度大的特點，采用多孔布置和分層抽水試驗等方法，對其平面和垂向兩個維度的富水差異性進行精細探查，創新采用雙packer（栓）分層抽水試驗裝置開展單孔抽水10層次以上，按照垂向上的富水性差異、巖性差異和沉積特征差異，首次將洛河組含水層劃分為“上中下”三段；根據礦井煤層賦存情況設計區域集中泄水巷，最大限度減少洛河砂巖水對礦井開采影響；優化工作面防治水設計，調整采煤工藝，通過留設擋水梁、砌筑攔水壩、構筑魚脊梁等方式，實現工作面涌水有序疏排。

典型離層水害立體防治技術。離層水是彬長礦區的典型水害類型，具有瞬時水量大、持續時間短、出水位置以及時間規律不明顯等特點，防治難度大。近年來，彬長礦業與相關科研院所合作，逐漸掌握了離層水害特點及形成機理，確定了本區“上硬下軟”互層型地層組合是形成離層水的關鍵地質因素。通過采取地下水水位動態監測和施工井上下大孔徑抽泄鉆孔，實現了離層水害超前預警和降低涌水峰值目標，并利用工作面泄水巷消除了離層水威脅，實踐形成了綜合監測預警、井上下聯合疏排、采場涌水自泄的離層水害井上下立體防治新模式。

采空區積水定向探放技術。隨著礦區持續開發建設，礦井自身采空區積水已成為日常防治水工作重點，彬長礦業堅持查全、探清、放凈、驗準采空水“四步工作法”，實行老空水害“三區”管理。所屬礦井均成立了專職探放水隊伍，按照探放水“三?！币?，配備了鉆探距離超過千米的探放水專用定向鉆機。針對自身采空區積水范圍和積水量清楚的特點，彬長礦業通過施工定向長距離分支鉆孔，解決了常規鉆機探不準、放不凈的難題，在減少鉆探工程量的同時，增大了探放水面積，實現了采空區積水靶向式精準疏放。

斷層水害超前防治技術。彬長礦業按照查清范圍、超前治理、加強支護、限高開采的思路開展斷層水害防治，杜絕了斷層水害對采掘工作面安全生產的影響。

以孟村礦401101工作面防治DF29斷層水害為例：該礦通過井上下物探+鉆探相結合的方式，查明了DF29斷層的產狀、含（導）水性及影響寬度，超前500米在兩順槽對斷層影響區域進行注漿加固，并在斷層面兩側各75米范圍內執行限高開采，保持勻速推進，減小采動對斷層的擾動，確保過斷層前后未發生突水現象，實現了工作面安全回采。

井筒凍結孔水害創新治理技術。胡家河煤礦主、副立井井筒采用全深凍結法施工。地層解凍后，凍結管與周圍地層接觸面附近形成環形裂隙，洛河組承壓水沿環形空間下泄，造成井筒馬頭門涌水。彬長礦業創造性運用“環形措施巷+注漿”工藝方法，在直羅組底部地層內沿凍結管外側施工環形措施巷，采用插管引流注漿技術封堵凍結管外環形空間高壓涌水，施工耳硐揭露凍結管并進行割管、注漿，封堵涌水通道，并構筑人工阻水塞，成功治理了凍結孔水害。

該項技術方法成功解決了立井全深凍結法施工后的水害問題，推動了煤炭行業深井井筒水害治理技術發展，被評為陜西省科學技術一等獎，并獲得國家發明專利。

“上半年，彬長礦業累計完成各類地質勘探進尺2.55萬米、勘探面積8.0平方公里，完成各類疏放水鉆孔1.6萬米、疏放水量3.4萬立方米，超額完成計劃指標?！痹摴靖笨偣こ處?、地測防治水部經理張聯隊說。

協同治理，打造全國多元災害治理示范礦區

今年以來，彬長礦業堅持多元災害協同治理，制定了“盤區準備期—巷道掘進前—工作面回采前”三階段的災害協同治理規劃，創建了多元災害協同治理模式。

盤區準備期通過實施“一級網格建設+災害治理措施巷+區域預抽鉆孔+水力壓裂技術”，超前開展盤區內沖擊地壓防治、瓦斯預抽、地質探查、探放水等工作。

巷道掘進前通過實施“二級網格建設+超前掘進災害治理孔+水力壓裂+高壓水射流割縫”，超前開展沖擊地壓防治、瓦斯預抽、地質探查、探放水等工作。

工作面回采前通過實施“ 三級網格建設+地面水平井壓裂+高位定向鉆孔+集中泄水巷+‘2—111’瓦斯高效抽采技術”，超前開展瓦斯、沖擊地壓、水、火、煤塵、地熱等災害治理工作。

今年3月，彬長礦業發布實施“煤礦沖擊地壓防治、地面‘L型’水平井分段壓裂防治煤礦沖擊地壓、煤礦瓦斯抽采、煤礦防滅火、煤礦防治水”5項企業標準。這是既基于國家行業標準、又嚴于國家行業標準的災害治理企業標準，填補了全國煤炭行業多元災害治理企業標準的空白。今年6月，率先出臺實施災害治理“五超前”驗收標準，不斷完善災害防治技術體系，保障礦井安全生產。彬長礦業全面進入標準引領、體系推進、本安治災新階段，全面邁上打造全國多元災害耦合協同治理示范礦區新征程。（彎桂清）