以科技創(chuàng)新破解煤炭行業(yè)高質量發(fā)展難題

“面對能源革命新形勢和行業(yè)高質量發(fā)展新要求，煤炭行業(yè)現(xiàn)在比任何時候都需要加強科技創(chuàng)新，需要用系統(tǒng)思維來謀劃、從多個方面來統(tǒng)籌未來煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展。”在第九次全國煤炭工業(yè)科學技術大會暨煤礦總工程師論壇上，中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長、中國煤炭學會理事長劉峰說。

劉峰表示，從現(xiàn)實角度看，煤炭行業(yè)面臨綠色低碳轉型和高質量發(fā)展要求，更需要科技創(chuàng)新提供發(fā)展動力；從未來角度看，要順應能源革命趨勢，推動煤炭從傳統(tǒng)能源向清潔能源轉變。

新形勢帶來新挑戰(zhàn)

“我國1000m以深的煤炭資源量占煤炭資源總量的53%以上，隨著開采強度不斷增加，淺部資源逐漸枯竭，現(xiàn)階段煤礦開采深度正以每年25m左右的速度增加。”山東能源集團高級顧問孟祥軍說，煤炭開采條件越來越復雜，所面臨的巷道大變形、沖擊地壓、高溫熱害、水害、煤與瓦斯突出等問題日益突出，如何實現(xiàn)深部資源安全高效智能開采是迫切需求。

中國工程院院士武強認為，由于淺部和上組煤易采資源逐漸枯竭，淺部或上組煤難采、難啃的“硬骨頭”和深部煤炭以及下組煤資源的開發(fā)成為我國東部礦區(qū)目前普遍面臨的選擇，如華北平原和山西高原等。

隨著開采深度增加，部分煤礦由低瓦斯向高瓦斯突出演變、由無沖擊地壓危險向弱沖擊或強沖擊演變，水文地質類型由簡單向復雜或極復雜演變，災害防控難度不斷加大。

武強介紹，隨著西北煤田和華北煤田西部礦井數(shù)量增多、開采規(guī)模擴大、開采強度增加，大水礦井逐漸增多，許多礦井正常涌水量和突水量已逐漸逼近甚至超過中東部礦井。同時，內蒙古、陜西接壤地區(qū)單體礦井范圍大，開采面積和采區(qū)或盤區(qū)面積逐漸增大，相鄰采區(qū)或盤區(qū)之間距離、各采區(qū)或盤區(qū)的超前疏放水量和正常涌水量均在增加，且煤層近似水平，礦井水井下自流條件差，采用傳統(tǒng)單一集中排水系統(tǒng)的礦井排水需多級泵高，成本大幅提高，管理復雜。另外，許多礦井面臨因淺部亂采形成的頂板或同層老空積水的威脅，同時煤層底板又受到高承壓水的威脅。

“盡管煤礦瓦斯防治成效顯著，煤礦瓦斯事故還沒有杜絕。”中國工程院院士袁亮表示，“由于瓦斯治理的特殊性，引進技術不能解決礦區(qū)難題，必須實現(xiàn)理論突破和工程技術創(chuàng)新。”

發(fā)揮科技支撐作用

山東能源集團根據(jù)地層特征將沖擊地壓類型劃分為三大類：深埋巨厚表土薄基巖高垂直應力沖擊類型、深埋高位巨厚堅硬頂板沖擊類型、深埋低位堅硬頂板（直接頂缺失）沖擊類型。

“深刻認識深部開采與淺部開采在礦壓特征及應力場分布等方面的本質差別，從調整礦井生產布局入手，大力推廣應用回采巷道與相鄰工作面順槽小煤柱、無煤柱、負煤柱護巷技術；具備條件的優(yōu)先布置寬大工作面；多煤層開采時，下層煤工作面不越過上層煤工作面順槽、切眼及停采線，上層煤開采不得形成給下層煤開采造成困難的煤柱區(qū)等，探索形成深部礦井沖擊地壓災害防治方案。”孟祥軍說。

中國平煤神馬集團創(chuàng)新應用了“鉆—沖—割”耦合卸壓增透、非常規(guī)保護層開采、樹狀鉆孔、復合動力災害統(tǒng)一預測防治等技術，實現(xiàn)了瓦斯治得快、治得好。該集團探索形成了瓦斯—發(fā)電—制冷資源循環(huán)利用新模式，瓦斯抽采量從2000年的不足3000萬m3提高到2020年的1.7億m3。

“下一步，我們將圍繞深部低滲透煤層瓦斯運移富集規(guī)律、不同濃度抽采瓦斯分級利用等理論和技術難題開展攻關。”中國平煤神馬集團副總經理張建國表示。

袁亮認為，應研究低濃度瓦斯提純、轉化、利用基礎理論與關鍵技術，研發(fā)系統(tǒng)動態(tài)調控與監(jiān)控預警裝置，破解低濃度瓦斯安全高效綜合利用技術難題，推動我國能源資源綠色、智能、健康發(fā)展。

面對水害防治，武強提出采用“煤—水”雙資源協(xié)調開采理論與技術，加強水的自然社會屬性研究，對于具備可疏性且有需水用戶的礦井，采用礦井排水、供水、生態(tài)環(huán)保“三位一體”優(yōu)化結合方法；可疏性差且無需水用戶的礦井，采用礦井地下水控制、利用、生態(tài)環(huán)保“三位一體”優(yōu)化結合方法；具備回灌條件的礦井，可采用礦井水控制、處理、利用、回灌、生態(tài)環(huán)保“五位一體”優(yōu)化結合模式和方法。