近日，自然資源部發(fā)布2025年版礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進適用技術(shù)目錄，皖北煤電集團申報的松散含水砂層注漿改造與薄基巖煤層控水控災(zāi)開采技術(shù)成功入選。該技術(shù)為我國松散含水層下薄基巖煤炭資源綠色、安全、高效開采，提供了關(guān)鍵技術(shù)保障，也讓皖北煤電集團水害治理實現(xiàn)了從“躲水”到“治水”的跨越。

“水”與“煤”的兩難抉擇

在皖北煤電集團五溝煤礦，第四含水層（簡稱“四含”）曾是懸在所有礦工頭頂?shù)倪_摩克利斯之劍，持續(xù)威脅著礦井安全生產(chǎn)?！八暮敝饕伤缮⑸皩訕?gòu)成，不僅富水性強、含水量大，且透水性極高。一旦與下部煤層開采活動相互影響，極易誘發(fā)突水、潰砂等重大安全事故，造成難以估量的生命與財產(chǎn)損失。

“以1010-1工作面原設(shè)計回采范圍為例，在-285米頂板標高以上區(qū)域，‘四含’水體直接覆蓋于薄基巖之上，水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜。若不采取有效的技術(shù)處理措施，根本無法進行安全回采?！睍r任五溝煤礦總工程師昌修林回憶道，“當時，我們面臨兩難選擇：要么放棄這部分寶貴資源，要么承擔(dān)水害風(fēng)險強行開采。無論是哪種選擇，都對礦井可持續(xù)發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)。”

最初，為了確保開采安全，五溝煤礦不得不留設(shè)高度達50米的防水煤柱。這相當于約20層樓房的高度，導(dǎo)致大量優(yōu)質(zhì)煤炭資源被封鎖于煤柱之中，無法得到有效開采，資源浪費現(xiàn)象十分嚴重。

然而，隨著煤礦開采深度與強度持續(xù)增加，五溝煤礦近含水層煤層采動裂隙巖體中發(fā)生的“水—巖”耦合滲流突變致災(zāi)機制日趨復(fù)雜，突水風(fēng)險進一步加劇。

與此同時，礦區(qū)煤炭資源儲備日趨緊張，資源匱乏問題日益凸顯。五溝煤礦初步設(shè)計中留設(shè)的防水煤巖柱所壓覆的煤炭總量2000余萬噸，造成資源損失極其嚴重，礦區(qū)服務(wù)年限也受到明顯影響。

有效遏制礦井水害事故發(fā)生，保障“煤—水”雙資源類型礦井安全生產(chǎn)，實現(xiàn)水患威脅近含水層煤層的綠色、高效開采，已成為五溝煤礦亟待破解的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題。

此類壓覆煤炭資源具有埋藏淺、勘探程度高、生產(chǎn)系統(tǒng)完善、開采成本較低（如瓦斯含量低、礦壓顯現(xiàn)弱）等顯著優(yōu)勢。于是，五溝煤礦將薄基巖近含水層煤層安全開采技術(shù)創(chuàng)新作為新礦井潛力挖掘與老礦井延壽革新的重點方向。

把含水層變成隔水層

2020年，五溝煤礦聯(lián)合中煤科工集團西安研究院、中國礦業(yè)大學(xué)，啟動《松散含水砂層注漿改造與薄基巖煤層控水控災(zāi)開采》項目，試圖用“注漿”這把“鑰匙”，打開水害的“鎖”。

該項目實施伊始，團隊面臨的第一個問題是：松散砂層怎么注漿？“四含”不像堅硬巖層，注漿時漿液容易“跑”，無法形成有效固結(jié)。經(jīng)過反復(fù)試驗，他們提出“擠壓劈裂注漿”思路——通過高壓注漿，把漿液注入砂層，最終達到“驅(qū)水固砂”的目的。

2020年9月1日，該項目正式開工。

施工過程中，相鄰鉆孔“串漿”（漿液從一個孔流到另一個孔）成為最大的難題?！啊疂{’會導(dǎo)致漿液浪費，還影響注漿效果?！痹擁椖楷F(xiàn)場施工負責(zé)人吳燕軍說，他們想出“錯位施工、跳孔作業(yè)”的辦法，讓鉆孔“錯開”施工，同時每鉆進50米就測一次孔斜，及時糾偏。

該項目歷時191天，施工42個鉆孔，鉆探進尺11790米，注入水泥57742噸、粉煤灰12525噸，相當于把20個標準游泳池的漿液“灌”進地下。

“每一個鉆孔的注漿壓力、流量都要嚴格控制?！眳茄嘬娬f，“我們堅持‘控時、控壓、控量’三原則，防止?jié){液無效擴散，保證每一滴漿液都用在刀刃上?！?/p>

注漿效果好不好，得用數(shù)據(jù)證明。注漿結(jié)束后，該礦地測部門用“地孔物探+孔間物探+井下鉆探”組合拳驗證效果。

物探結(jié)果顯示，“四含”層位視電阻率值大幅提高，富水性變?nèi)?；井下鉆探的27個孔里，取芯全是“水泥+砂”的固結(jié)體，沒有一滴水?！斑@說明，注漿達到了‘驅(qū)水固砂’的目的，含水層變成‘相對隔水層’?！辈蘖终f。

2023年1月25日，五溝煤礦1010-1工作面試采。這個工作面的-285米頂板標高以上區(qū)域，正是“四含”注漿改造的核心區(qū)?！拔覀兌寄笾话押?，生怕出現(xiàn)問題?！被夭砂喟嚅L王體章說，“結(jié)果，試采了3個月，工作面沒有一點淋水，采空區(qū)涌水量只有3立方米/小時，出水清澈，不含砂?！?/p>

截至2023年4月16日，該工作面防塌煤柱區(qū)域安全回采結(jié)束，解放了23萬噸被“困”的煤炭資源，相當于為煤礦增加產(chǎn)值1.8億元?！霸瓉砹?0米煤柱，現(xiàn)在只留23.19米煤柱，資源利用率提高了一大截?！蔽鍦厦旱V地測副總工程師解建說。

據(jù)測算，該技術(shù)預(yù)計能讓五溝煤礦從“水困煤層”中回收117萬噸煤炭，增盈11.23億元。兩淮礦區(qū)推廣應(yīng)用該技術(shù)后，預(yù)計可多回收5億噸煤炭資源。

“下一步，我們將圍繞松散含水砂層注漿改造與薄基巖煤層控水控災(zāi)開采技術(shù)，打造礦區(qū)的‘安全密碼’，助力更多煤礦消除水害威脅?！蓖畋泵弘娂瘓F生產(chǎn)技術(shù)部有關(guān)負責(zé)人表示。

作者：邵明可 張國強 版面編輯：杜明陽

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來源：中國煤炭報

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