精準(zhǔn)找到煤礦地下水魔的咽喉

《中國(guó)煤炭報(bào)》（2月17日4版頭條）

煤礦重大水害防治與快速搶險(xiǎn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備項(xiàng)目，從根本上改變了傳統(tǒng)的承壓含水層上開(kāi)采治理水害的方式，從井下探查、逐面采前治理，轉(zhuǎn)向地面探查、區(qū)域超前治理的新模式

●王敬華

煤礦重大水害防治與快速搶險(xiǎn)一直是國(guó)內(nèi)外尚未解決的技術(shù)難題。在2015年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)西安研究院、神華集團(tuán)、淮北礦業(yè)集團(tuán)三家單位共同完成的煤礦重大水害防治與快速搶險(xiǎn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備項(xiàng)目獲得2015年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

“這個(gè)項(xiàng)目主要是針對(duì)煤礦水害治理開(kāi)展的科技攻關(guān)。一是能夠做到精準(zhǔn)探查，二是可以快速搶險(xiǎn)?！表?xiàng)目研發(fā)者之一、淮北礦業(yè)集團(tuán)副總工程師倪建明說(shuō)，該項(xiàng)目從根本上改變了傳統(tǒng)的承壓含水層上開(kāi)采治理水害的方式，從井下探查、逐面采前治理，轉(zhuǎn)向地面探查、區(qū)域超前治理的新模式。

據(jù)了解，該項(xiàng)目歷經(jīng)5年多的研發(fā)實(shí)踐，重點(diǎn)研發(fā)出重大水害致災(zāi)源地球物理精細(xì)探查、高效超前區(qū)域治理、快速搶險(xiǎn)堵水三大核心技術(shù)和裝備，目前，已在國(guó)內(nèi)180多個(gè)礦井應(yīng)用。

一劍封喉，突水量降了80%

朱莊礦是淮北礦業(yè)集團(tuán)采用地面打鉆注漿和定向鉆機(jī)設(shè)備治理水害的第一個(gè)礦井。

據(jù)介紹，2012年，朱莊礦Ⅲ631工作面在回采過(guò)程中突水120立方米/小時(shí)，經(jīng)井下反復(fù)注漿治理，仍不能達(dá)到安全開(kāi)采要求。怎么辦？經(jīng)過(guò)考察，淮北礦業(yè)集團(tuán)將煤層底板高壓強(qiáng)含水薄層灰?guī)r區(qū)域勘查與超前治理技術(shù)引入朱莊礦。

“我們礦3638綜采工作面出水，雖然水量不大，但是治理效果不好，反復(fù)治，卻反復(fù)出水。”朱莊礦總工程師朱樂(lè)章說(shuō)。

2013年底，朱莊礦工程技術(shù)人員帶著問(wèn)題來(lái)到中煤科工集團(tuán)西安研究院調(diào)研，決定在朱莊礦采用地面打鉆注漿和定向鉆機(jī)設(shè)備。

效果如何？“一劍封喉，突水量降了80%?！蹦呓骱苄蜗蟮卮蛄藗€(gè)比方。他說(shuō)，以前在朱莊礦3638工作面打鉆打不到位，突水量大，現(xiàn)在采用新技術(shù)和鉆機(jī)裝備，突水量下降80%，關(guān)鍵是瞬間封住了突水通道。

“以前在地面是垂直打鉆注漿，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)精確定位、定向鉆進(jìn)和注漿，這樣更能精準(zhǔn)找到突水通道，有利于水害防治和采取快速搶險(xiǎn)措施。”倪建明說(shuō)。

他們還發(fā)明了具有新型變角裝置的履帶式防治水定向鉆機(jī)。運(yùn)用定向鉆機(jī)，有效注漿孔段占全孔段的比率由常規(guī)鉆孔的15%提高到85%，單孔平均注漿量比常規(guī)鉆孔提高5倍以上。

以淮北礦區(qū)的煤礦為例，以前在井下施工探查孔進(jìn)行底板注漿加固時(shí)，單孔注漿量最大只有1000噸，注漿壓力僅4兆帕。改造后，單孔注漿量可達(dá)幾萬(wàn)噸，注漿壓力達(dá)12兆帕，對(duì)有效、快速封堵突水通道起到了決定性的作用。

朱樂(lè)章說(shuō)，在鉆探方面，采用地面順層鉆進(jìn)精確控制技術(shù)，對(duì)疑似突水點(diǎn)及薄層灰?guī)r中的各類裂隙進(jìn)行拉網(wǎng)式探查；在注漿方面，對(duì)探查到的突水通道及巖溶裂隙進(jìn)行高壓注漿，達(dá)到防止突水的目的。

該技術(shù)的推廣應(yīng)用，一方面使得突水礦井能迅速進(jìn)行災(zāi)后重建與再生產(chǎn)；另一方面，有效消除了礦井未采工作面的重大水患威脅。例如，在神華集團(tuán)駱駝山煤礦搶險(xiǎn)救援工程中，僅用31天就完成了巷道封堵，創(chuàng)造了同類工程用時(shí)最短的紀(jì)錄。

2013年淮北礦業(yè)集團(tuán)桃園礦發(fā)生“2·3”透水事故后，救援人員采用地面定向打鉆和巷道注漿堵源措施?！耙汇@到位，經(jīng)過(guò)40多天時(shí)間，一水平大巷就完成了巷道封堵?！碧覉@礦地測(cè)副總工程師龔世龍說(shuō)。

工程技術(shù)人員有了“千里眼”

煤礦防治水的一大難點(diǎn)是，陷落柱、老空水等隱蔽致災(zāi)源的地球物理超前精細(xì)探查缺乏有效的技術(shù)手段，井下電磁干擾嚴(yán)重，信噪比低，有效信號(hào)提取困難。

此次的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目通過(guò)研發(fā)、實(shí)踐，使煤礦水害隱蔽致災(zāi)源地球物理精細(xì)探測(cè)技術(shù)和裝備日臻成熟。

例如，從地面探查數(shù)百米深的井下突水點(diǎn)和突水通道，以前可做到物性，但探查是靜態(tài)的，無(wú)法獲得物質(zhì)屬性?，F(xiàn)在，通過(guò)該項(xiàng)目首創(chuàng)的三維地質(zhì)動(dòng)態(tài)解釋技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)三維地震“靜態(tài)信息”與煤礦采掘“動(dòng)態(tài)信息”的數(shù)據(jù)耦合，使直徑大于25米陷落柱解釋的準(zhǔn)確率由50%提高到70%。

“煤礦水害隱蔽致災(zāi)源地球物理精細(xì)探測(cè)技術(shù)就好像醫(yī)生看透視樣片。”相關(guān)工程技術(shù)人員介紹說(shuō)，“能不能診斷出腫瘤，是良性的還是惡性的，關(guān)鍵是要平時(shí)大量閱片，積累大量數(shù)據(jù)，提高判斷能力。”

通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目，工程技術(shù)人員就像長(zhǎng)了“千里眼”，可以穿過(guò)厚厚的巖層和煤層，精準(zhǔn)探查井下透水情況，為有效治理和快速搶險(xiǎn)爭(zhēng)取主動(dòng)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2014年底，獲獎(jiǎng)項(xiàng)目技術(shù)和設(shè)備已在神華集團(tuán)、淮北礦業(yè)集團(tuán)等企業(yè)的180多個(gè)礦井推廣運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)105條老塘積水巷道，預(yù)疏放老空水超過(guò)1500萬(wàn)立方米，避免了多次水害事故；改造了18個(gè)工作面，解放出4028萬(wàn)噸受水害威脅的煤炭資源；完成10個(gè)被水淹沒(méi)礦井搶險(xiǎn)堵水工程，堵水率達(dá)100%，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益125億元。

據(jù)介紹，在防治煤礦水害的同時(shí)，煤礦重大水害防治與快速搶險(xiǎn)關(guān)鍵技術(shù)及裝備，經(jīng)改進(jìn)還可運(yùn)用到治瓦斯、探斷層、井下滅火、沖擊地壓防治等安全生產(chǎn)領(lǐng)域。