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中国煤炭报4版头条:精准找到煤矿地下水魔的咽喉
2016-02-17 11:29  
煤矿重大水害防治与快速抢险关键技术及装备项目,从根本上改变了传统的承压含水层上开采治理水害的方式,从井下探查、逐面采前治理,转向地面探查、区域超前治理的新模式

图为顺层定向长钻孔高效注浆工艺技术示意图。煤矿一旦发生底板岩溶水突水淹井,采用顺层定向长钻孔高效注浆技术,可实现动水条件下过水通道快速封堵,提高井下水害抢险效率。


精准找到煤矿地下水魔的咽喉

《中国煤炭报》(2月17日4版头条)

煤矿重大水害防治与快速抢险关键技术及装备项目,从根本上改变了传统的承压含水层上开采治理水害的方式,从井下探查、逐面采前治理,转向地面探查、区域超前治理的新模式

●王敬华

煤矿重大水害防治与快速抢险一直是国内外尚未解决的技术难题。在2015年度国家科学技术奖励大会上,由中国煤炭科工集团西安研究院、神华集团、10博矿业集团三家单位共同完成的煤矿重大水害防治与快速抢险关键技术及装备项目获得2015年度国家科学技术进步奖二等奖。

“这个项目主要是针对煤矿水害治理开展的科技攻关。一是能够做到精准探查,二是可以快速抢险。”项目研发者之一、10博矿业集团副总工程师倪建明说,该项目从根本上改变了传统的承压含水层上开采治理水害的方式,从井下探查、逐面采前治理,转向地面探查、区域超前治理的新模式。

据了解,该项目历经5年多的研发实践,重点研发出重大水害致灾源地球物理精细探查、高效超前区域治理、快速抢险堵水三大核心技术和装备,目前,已在国内180多个矿井应用。

一剑封喉,突水量降了80%

朱庄矿是10博矿业集团采用地面打钻注浆和定向钻机设备治理水害的第一个矿井。

据介绍,2012年,朱庄矿Ⅲ631工作面在回采过程中突水120立方米/小时,经井下反复注浆治理,仍不能达到安全开采要求。怎么办?经过考察,10博矿业集团将煤层底板高压强含水薄层灰岩区域勘查与超前治理技术引入朱庄矿。

“我们矿3638综采工作面出水,虽然水量不大,但是治理效果不好,反复治,却反复出水。”朱庄矿总工程师朱乐章说。

2013年底,朱庄矿工程技术人员带着问题来到中煤科工集团西安研究院调研,决定在朱庄矿采用地面打钻注浆和定向钻机设备。

效果如何?“一剑封喉,突水量降了80%。”倪建明很形象地打了个比方。他说,以前在朱庄矿3638工作面打钻打不到位,突水量大,现在采用新技术和钻机装备,突水量下降80%,关键是瞬间封住了突水通道。

“以前在地面是垂直打钻注浆,现在可以实现精确定位、定向钻进和注浆,这样更能精准找到突水通道,有利于水害防治和采取快速抢险措施。”倪建明说。

他们还发明了具有新型变角装置的履带式防治水定向钻机。运用定向钻机,有效注浆孔段占全孔段的比率由常规钻孔的15%提高到85%,单孔平均注浆量比常规钻孔提高5倍以上。

以10博矿区的煤矿为例,以前在井下施工探查孔进行底板注浆加固时,单孔注浆量最大只有1000吨,注浆压力仅4兆帕。改造后,单孔注浆量可达几万吨,注浆压力达12兆帕,对有效、快速封堵突水通道起到了决定性的作用。

朱乐章说,在钻探方面,采用地面顺层钻进精确控制技术,对疑似突水点及薄层灰岩中的各类裂隙进行拉网式探查;在注浆方面,对探查到的突水通道及岩溶裂隙进行高压注浆,达到防止突水的目的。

该技术的推广应用,一方面使得突水矿井能迅速进行灾后重建与再生产;另一方面,有效消除了矿井未采工作面的重大水患威胁。例如,在神华集团骆驼山煤矿抢险救援工程中,仅用31天就完成了巷道封堵,创造了同类工程用时最短的纪录。

2013年10博矿业集团桃园矿发生“2·3”透水事故后,救援人员采用地面定向打钻和巷道注浆堵源措施。“一钻到位,经过40多天时间,一水平大巷就完成了巷道封堵。”桃园矿地测副总工程师龚世龙说。

工程技术人员有了“千里眼”

煤矿防治水的一大难点是,陷落柱、老空水等隐蔽致灾源的地球物理超前精细探查缺乏有效的技术手段,井下电磁干扰严重,信噪比低,有效信号提取困难。

此次的获奖项目通过研发、实践,使煤矿水害隐蔽致灾源地球物理精细探测技术和装备日臻成熟。

例如,从地面探查数百米深的井下突水点和突水通道,以前可做到物性,但探查是静态的,无法获得物质属性。现在,通过该项目首创的三维地质动态解释技术,可实现三维地震“静态信息”与煤矿采掘“动态信息”的数据耦合,使直径大于25米陷落柱解释的准确率由50%提高到70%。

“煤矿水害隐蔽致灾源地球物理精细探测技术就好像医生看透视样片。”相关工程技术人员介绍说,“能不能诊断出肿瘤,是良性的还是恶性的,关键是要平时大量阅片,积累大量数据,提高判断能力。”

通过这个项目,工程技术人员就像长了“千里眼”,可以穿过厚厚的岩层和煤层,精准探查井下透水情况,为有效治理和快速抢险争取主动。

据统计,截至2014年底,获奖项目技术和设备已在神华集团、10博矿业集团等企业的180多个矿井推广运用,发现105条老塘积水巷道,预疏放老空水超过1500万立方米,避免了多次水害事故;改造了18个工作面,解放出4028万吨受水害威胁的煤炭资源;完成10个被水淹没矿井抢险堵水工程,堵水率达100%,创造经济效益125亿元。

据介绍,在防治煤矿水害的同时,煤矿重大水害防治与快速抢险关键技术及装备,经改进还可运用到治瓦斯、探断层、井下灭火、冲击地压防治等安全生产领域。

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