近年來,我國在深部開采技術裝備方面取得顯著突破,一批大采深煤礦的成功運營,為行業(yè)探索深部煤炭開采提供了可復制經驗。
在我國已探明的煤炭資源儲量中,淺部資源占比不足20%,同時正逐漸枯竭。當前,部分老礦區(qū)的淺部煤炭資源開發(fā)已經進入后期,產能接續(xù)和生產安全問題隨之而來,推進深部資源開采成為“必由之路”。但向深探索的道路仍存挑戰(zhàn),高地溫、高應力、瓦斯涌出等復雜地質條件讓開采面臨的災害風險更大。近年來,我國在深部開采技術裝備方面取得顯著突破,一批大采深煤礦的成功運營,為行業(yè)探索深部煤炭開采提供了可復制經驗。
淺部煤炭逐漸枯竭
中國礦業(yè)大學(北京)科學技術研究院院長趙毅鑫在接受《中國能源報》記者采訪時表示:“目前我國煤炭可采儲量1431.97億噸,淺部煤炭資源存量正逐漸枯竭,為保障國家能源安全,煤炭資源開發(fā)需要不斷向地球深部進軍,才能夯實能源兜底保障基礎、增強能源供給的穩(wěn)定性和持續(xù)性!
在我國已探明煤炭資源儲量中,埋深1000米以淺的煤炭資源量占比為19.97%,埋深1000—2000米為21.08%,而埋深2000—4000米的煤炭資源占比則高達58.95%。
目前,我國煤礦平均開采深度接近500米,其中,800米采深煤礦有210余處,千米深井有60余處。淺部煤炭開采和深部開采沒有明顯界限,具體情況因地而異,但采深超過800米通常就被認定為深部開采。大采深下的煤層復雜難采,礦井面臨的突水、瓦斯涌出、支護、沖擊地壓、高地溫等問題形勢嚴峻。但我國中東部一些老礦區(qū)、老企業(yè)的淺部煤炭資源基本開采完畢,向深開采是實現(xiàn)資源接續(xù)的重要一步。
“當前山東傳統(tǒng)礦井的淺部可采儲量銳減,剩余資源多位于深部或邊角區(qū)域,導致采區(qū)接續(xù)困難!鄙綎|能源集團兗礦能源楊村煤礦總工程師辛龍泉向記者表示,當?shù)孛禾抠Y源淺部開采漸遇瓶頸,兗礦能源近年正加速向深部開采轉型。
此外,面臨淺層資源枯竭和煤層賦存條件復雜問題,河南能源集團有限公司、四川省煤炭產業(yè)集團下屬的多個煤礦也正向深部開采挺進。
深部開采挑戰(zhàn)仍存
“伴隨淺層煤炭開發(fā)進入后期,淺部剩余資源位置分散,機械化效率隨之降低,導致單位開采成本居高不下。同時,傳統(tǒng)綜采設備對這些不規(guī)則煤層的適應性較差,部分礦井的資源回收率甚至不足50%!贝送猓V井進入斷層帶、破碎帶或受老空區(qū)積水影響,面臨的地質條件逐步復雜化。淺部殘留煤柱引發(fā)沖擊地壓、瓦斯異常涌出風險也逐步上升。
辛龍泉也指出,煤炭開采從“淺”向“深”的轉變并非易事,深部開采成本和技術難度顯著增加!安糠诌M行深部開采的煤礦面對地壓高、地溫高、瓦斯含量高挑戰(zhàn)。此外,地質構造復雜,斷層、褶皺發(fā)育,煤層傾角變化大等因素也影響著深部煤炭開采的安全高效。”
趙毅鑫指出:“隨著開采深度增加,淺部的硬巖到深部變成軟巖,彈性體變成塑性體。地質環(huán)境隨這一變化而難以預見,工程條件越發(fā)復雜。高應力、高地溫、高滲透壓及開采擾動的‘三高一擾動’環(huán)境引起的圍巖大變形、沖擊地壓、冒頂、突水等工程災害更加顯著!
盡管面臨一系列挑戰(zhàn),但如何在地球深處安全采煤,仍是必須回答的課題。近年來,我國煤礦深部建設、掘進、支護取得重大突破,凍結、鉆井、注漿等特殊鑿井設計施工技術達到國際領先。一批新理論、新技術和新裝備有效解決復雜條件下煤礦施工、掘進支護和開采難題。
技術裝備有力支撐
萬福煤礦是兗礦能源開展煤炭深部開采實踐的礦井之一。該礦位于巨野煤田南端的萬福井田,井田資源可采儲量1.53億噸,1000米以淺可采儲量9016.97萬噸。山東能源集團兗礦能源生產技術部主任工程師魏永啟告訴記者:“該礦針對埋深大、應力高、煤質松軟特征,創(chuàng)新井巷布置方案,保證巷道圍巖穩(wěn)定。施工期間又通過多種方式不斷優(yōu)化支護參數(shù),確保了煤巷安全高效掘進!贝送,面對部分巷道變形、煤體松軟易垮落現(xiàn)象,也采取了一系列措施,取得了明顯治理成效,確保了礦井生產接續(xù)穩(wěn)定。
近年也建成了一批復雜難采智能化煤礦,實現(xiàn)“提效增產、提質增盈”。可復制、可推廣的深部煤炭開采經驗場景成功培育。其中,中國中煤大海礦實現(xiàn)了“大埋深、大涌水、大采高、大產量”的2000萬噸級礦井常態(tài)化智能開采模式;淮河能源朱集東礦則在“大采深、高瓦斯、高地壓、高地溫”地質條件下實現(xiàn)了薄煤層智能化開采。
科技裝備支撐下,我國煤炭開采正不斷走深,開采深度正以每年8—12米的平均速度向深部延伸。其中華東、華中、東北等中東部地區(qū)每年增加10—25米。采深超過1000米的礦井共47對,其中,最深的山東新汶孫村煤礦采深達到1500米。
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