開采難度大、投入成本高、巷道支護(hù)難、勞動(dòng)強(qiáng)度高……從2007年建礦伊始，這些就與中國中煤新集公司口孜東礦相伴左右。

口孜東礦井深967米，軟巖高地應(yīng)力和地壓治理難度大。受制于地壓治理難題，自2014年投產(chǎn)以來，該礦連年虧損，直到2024年3月才實(shí)現(xiàn)真正意義上的盈利。

“地壓治理是制約我們生存發(fā)展的首要難題。想要生存下去，就必須打贏地壓治理這場主動(dòng)仗?！笨谧螙|礦總工程師周鵬舉說。

與地壓角力 巷道修護(hù)上演“車輪戰(zhàn)”

2021年，朱先博剛從新集公司二礦調(diào)到口孜東礦擔(dān)任掘進(jìn)副礦長，就迎來當(dāng)頭一棒。

“那時(shí)候，我分管的6支掘進(jìn)隊(duì)，只有1支在干掘進(jìn)工作，其他5支全都投入到巷道修護(hù)工作中?！敝煜炔┱f。

這還不是最差的情況。

“建礦之初，我們最多有8000人，其中近4000人從事巷道修護(hù)工作?！敝荠i舉說。

之所以耗費(fèi)如此多人力進(jìn)行巷道修護(hù)，與該礦復(fù)雜的地質(zhì)條件有關(guān)。

該礦基巖薄、上覆松散層最厚達(dá)690米，主采煤層頂板、底板均以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，遇到空氣易風(fēng)化、崩解。隨著井下巷道不斷延伸和增多，巷道間的擾動(dòng)影響不斷增大，巷道持續(xù)蠕動(dòng)變形，兩幫大幅度移近，出現(xiàn)底鼓。

巷道變形究竟有多嚴(yán)重？該礦運(yùn)輸區(qū)區(qū)長王軍向記者道出他的經(jīng)歷。

2013年，王軍在綜掘七隊(duì)擔(dān)任技術(shù)員。彼時(shí)，綜掘七隊(duì)正在1111采區(qū)行人上山巷道進(jìn)行掘進(jìn)工作。

“這條巷道設(shè)計(jì)長1200米，可我們只掘進(jìn)了500米就被迫停工。由于兩幫收縮，原本5.8米寬的巷道被擠壓成3.6米寬，綜掘機(jī)等大型機(jī)械設(shè)備被卡在巷道里動(dòng)彈不得?！蓖踯娬f。

在該礦，巷道失修率曾高達(dá)60%，“前掘后修、邊掘邊修、邊采邊修、重復(fù)修護(hù)”成為常態(tài)。

對(duì)千米深井來說，熱害治理也是一道“必答題”。該礦一水平采深967米，地溫近40攝氏度，屬于二級(jí)熱害區(qū)?？沙掷m(xù)蠕動(dòng)變形的巷道，讓該礦對(duì)熱害治理力不從心。

“巷道寬闊，通風(fēng)效果就好，風(fēng)量大就能帶走一部分熱量，起到一定降溫效果?？晌覀兊南锏莱掷m(xù)變形，越來越窄，通風(fēng)效果差，熱量交換不出去。”該礦綜掘三隊(duì)隊(duì)長楊京京說。

“那時(shí)候，我們常在井下工作面準(zhǔn)備一個(gè)大水桶，一名職工干活，另一名職工負(fù)責(zé)往他身上澆水降溫?？蛇@個(gè)方法治標(biāo)不治本，井下需要安裝大型降溫設(shè)備。然而，嚴(yán)重變形的巷道根本沒有安裝設(shè)備的空間。”朱先博說。

地壓治理難題帶來的影響遠(yuǎn)不止這些。由于職工勞動(dòng)強(qiáng)度高、收入低，導(dǎo)致他們對(duì)企業(yè)的認(rèn)同度低，職工和安全管理人員的矛盾大，井下零星事故不斷，企業(yè)安全管理承受較大的壓力。

受制于地壓治理的高投入，商品煤噸煤成本居高不下，加之受煤炭市場行情低迷影響，2015年，該礦一度面臨關(guān)停窘境。

治理地壓，職工等不起、礦井耗不起。通過技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備升級(jí)提高地壓治理質(zhì)效，成為該礦走出困境的大事。

幫部錨索施工現(xiàn)場

轉(zhuǎn)變治災(zāi)理念 從被動(dòng)“救火”到主動(dòng)治理

為扭轉(zhuǎn)深井高地壓帶來的被動(dòng)局面，口孜東礦從建礦初期就積極攻關(guān)地壓治理技術(shù)難題，艱難地進(jìn)行深井支護(hù)探索與實(shí)踐。

“我們升級(jí)了支護(hù)技術(shù)和支護(hù)材料，提高了錨桿錨索預(yù)應(yīng)力，在一定程度上提升了支護(hù)效果。此外，我們還先后試驗(yàn)了高強(qiáng)U型棚支護(hù)、錨網(wǎng)索密集支護(hù)、高壓全斷面注漿支護(hù)等10余種支護(hù)方式，巷道變形情況得到短期控制?！敝煜炔┱f。

為解決地壓治理難題，該礦曾派人到德國魯爾礦區(qū)“取經(jīng)”。

“2011年，我被派到德國學(xué)習(xí)錨架充‘三位一體’充填式復(fù)合技術(shù)。學(xué)成歸來后，我將其應(yīng)用在中央采區(qū)和西翼開拓系統(tǒng)巷道，支護(hù)長度超過6000米，圍巖變形得到有效控制。”王軍說。

2017年，該礦與中國工程院院士、中國煤炭科工集團(tuán)首席科學(xué)家康紅普及其團(tuán)隊(duì)合作，系統(tǒng)開展千米深井巷道圍巖大變形理論、巷道圍巖“強(qiáng)支—改性—卸壓”三主動(dòng)協(xié)同控制原理及技術(shù)等研究工作，持續(xù)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)，巷道變形量大幅減少，錨桿錨索破斷率顯著降低，工作面采動(dòng)應(yīng)力明顯減小。

在一場場與地壓的較量中，該礦地壓治理理念也從被動(dòng)“救火”向主動(dòng)治理轉(zhuǎn)變。

“總體來看，我們礦地壓治理實(shí)現(xiàn)了‘四個(gè)轉(zhuǎn)變’，即由普通支護(hù)向高強(qiáng)支護(hù)轉(zhuǎn)變、由單一支護(hù)向復(fù)合支護(hù)轉(zhuǎn)變、由單一強(qiáng)支向強(qiáng)支—改性—卸壓‘三位一體’綜合支護(hù)轉(zhuǎn)變、由巷道局部治理向與采掘布置深度融合轉(zhuǎn)變?！敝荠i舉介紹道。

在周鵬舉看來，地壓治理與采掘布置深度融合極為重要，可從源頭上解決高地應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力對(duì)巷道造成破壞的問題。

在優(yōu)化采掘布置方面，該礦將西翼1405采區(qū)走向長壁優(yōu)化為傾斜長壁，工作面由仰采改為俯采，減小重力、應(yīng)力對(duì)煤壁帶來的影響和破壞，大幅減少煤壁片幫和漏頂。在優(yōu)化開采順序方面，該礦采取自上而下的順序開采，形成大范圍卸壓區(qū)域，為下部煤層巷道布置創(chuàng)造有利條件。

“我們將1111采區(qū)系統(tǒng)巷道布置在13煤采空區(qū)下方，利用頂部卸壓區(qū)，阻斷上覆巖層壓力的傳播途徑，減小高地應(yīng)力對(duì)巷道支護(hù)造成的破壞?！敝荠i舉說。

另外，該礦在選擇主要系統(tǒng)巷道施工方位時(shí)，盡可能與最大水平主應(yīng)力方向平行；在選擇巷道布置層位時(shí)，將主要開拓巷道布置在穩(wěn)定巖層中，從源頭上保障了圍巖穩(wěn)定。

“現(xiàn)在，我們布局巷道更多考慮順勢(shì)而為，發(fā)揮單軌吊可轉(zhuǎn)彎、爬坡的優(yōu)勢(shì)，將單軌吊運(yùn)輸系統(tǒng)與巷道支護(hù)相結(jié)合，把原來只能布置平巷改為布置有一定傾角的巷道，以適應(yīng)巖性變化和硬巖施工。”該礦總工辦副主任林馳說。

成效可圈可點(diǎn) 用人減少工效高

剛到口孜東礦時(shí)，朱先博總覺得職工沒有干勁，缺少精氣神?！澳菚r(shí)，大家看不到希望、沒有動(dòng)力，地壓治理就像一座大山壓得大家喘不過氣?！敝煜炔┱f。

轉(zhuǎn)機(jī)始于2022年。為了更好地支持地壓治理工作，新集公司主動(dòng)下調(diào)該礦產(chǎn)能、進(jìn)尺指標(biāo)，將年產(chǎn)能由500萬噸下調(diào)至410萬噸，年掘進(jìn)進(jìn)尺由1萬米下調(diào)至7200米，工資總量維持原狀。這讓該礦推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝治理地壓再無后顧之憂。

支護(hù)新技術(shù)、新工藝不會(huì)用怎么辦？該礦制定出臺(tái)“三級(jí)跟班”制度，讓相關(guān)人員到井下開展教學(xué)。

“最開始，職工還有畏難情緒。后來，分管礦領(lǐng)導(dǎo)、職能科室人員和生產(chǎn)單位管理人員現(xiàn)場手把手教，從支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)到充填漿液配比，職工也就慢慢接受了?！睏罹┚┱f。

該礦在地壓治理方面爬坡過坎，最終迎來安全、效益的峰回路轉(zhuǎn)。

“過去，我們修護(hù)巷道，采用的是千篇一律的技術(shù)和工藝?，F(xiàn)在，我們不搞大水漫灌，而是‘對(duì)癥下藥’。”林馳說。

“以掘進(jìn)巷道支護(hù)為例，我們會(huì)根據(jù)圍巖類型、巖層結(jié)構(gòu)、服務(wù)年限、巷道性質(zhì)，以及與采場之間的關(guān)系等進(jìn)行分類支護(hù)，制定差異化的支護(hù)方案?！绷竹Y說。

據(jù)林馳介紹，目前，該礦已建成西翼軌道大巷、1111采區(qū)系統(tǒng)大巷等地壓治理示范巷道。與過去相比，巷道最大頂板離層量降低49%，兩幫平均位移量降低72%。巷道掘進(jìn)實(shí)現(xiàn)一次支護(hù)到位、一次成巷，掘進(jìn)隊(duì)伍定員由80人減至60人，人均掘進(jìn)工效提高了25%。

“以前巷道底鼓嚴(yán)重，走路稍不留神就會(huì)崴腳?，F(xiàn)在巷道底部平坦，走路輕松多了。同時(shí)，井下安裝了空調(diào)，職工再也不用澆水降溫?！睏罹┚┱f。

“過去，我們礦的地壓治理難題‘勸退’過很多職工，新集公司干部職工調(diào)動(dòng)工作時(shí)都不愿意來這兒。如今，我們一線職工的收入由過去8000元/月提高到15000元/月，甚至有人主動(dòng)申請(qǐng)調(diào)到我們礦?！敝煜炔┱f。

錨索吊梁+錨索T字梁高強(qiáng)度復(fù)合支護(hù)現(xiàn)場

目前，該礦巷道失修量大幅減少，從事巷道修護(hù)的人員由最多時(shí)的近4000人減少到300人左右，巷道失修率降至3%以下，嚴(yán)重失修率降至1.6%。2023年以來，該礦一般性工傷下降92.9%，職工“三違”行為減少44%。該礦商品煤成本也由最高時(shí)的580元/噸降低至目前的440元/噸。同時(shí)，該礦新增煤炭產(chǎn)量320萬噸，新增產(chǎn)值約17.6億元。

地壓治理任重道遠(yuǎn) 向“支得快、支得省”發(fā)力

盡管口孜東礦地壓治理取得了一定成效，安全生產(chǎn)環(huán)境得到大幅改善，但在周鵬舉看來，隨著采深不斷增加，軟巖、高溫?zé)岷?、高承壓、水害等耦合疊加，該礦面臨著新的挑戰(zhàn)。

“地壓治理任重道遠(yuǎn)，容不得絲毫懈怠。我們需要與科研院校加強(qiáng)合作，在支護(hù)理論上進(jìn)一步完善，在支護(hù)機(jī)理上進(jìn)一步研究，在礦壓規(guī)律上進(jìn)一步探索?！敝荠i舉說。

在該礦，地壓治理已從過去的“不可治”向如今的“可治可控”轉(zhuǎn)變，但巷道支護(hù)效率低、成本高的問題尚未得到根本解決。

“巷道支護(hù)效率低會(huì)影響掘進(jìn)進(jìn)尺，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致采掘接續(xù)失衡，進(jìn)而影響整個(gè)生產(chǎn)流程。當(dāng)前，我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了‘支得住、支得好’。下一步，我們要在‘支得快、支得省’上發(fā)力?！敝荠i舉說。

周鵬舉表示，他們將從“低密度、高強(qiáng)度”維度優(yōu)化總結(jié)，與支護(hù)設(shè)備研發(fā)機(jī)構(gòu)開展聯(lián)合攻關(guān)，針對(duì)深井支護(hù)特點(diǎn)，進(jìn)一步升級(jí)支護(hù)材料和裝備。

錨索球墊是連接錨索和錨鏈的重要部件之一。該礦已經(jīng)將其升級(jí)為球形可調(diào)心球墊。

“升級(jí)后的錨索球墊能夠更好地分散和傳遞應(yīng)力，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。地壓治理是一個(gè)系統(tǒng)性工程，只有將每一個(gè)細(xì)節(jié)都進(jìn)行優(yōu)化提升，地壓治理質(zhì)效才會(huì)整體上一個(gè)臺(tái)階?！绷竹Y說。

優(yōu)化采掘布局，治標(biāo)更治本。周鵬舉表示，他們將持續(xù)優(yōu)化礦井采掘布置，向“以卸為先、卸支并重”方向發(fā)力，實(shí)現(xiàn)卸、支協(xié)同防控，探索深井地壓由局部治理向超前區(qū)域治理轉(zhuǎn)變。

“比如，怎么布置大巷、如何合理確定大巷間距及保護(hù)煤柱寬度。只有把所有可能影響地壓治理的因素都提前想到，才能為后續(xù)地壓治理創(chuàng)造良好的條件。”周鵬舉說。

最近，周鵬舉正謀劃聯(lián)合科研院校開發(fā)頂板災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。

“頂板災(zāi)害智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除潛在的安全隱患，降低事故的可能性，保障職工生命安全，實(shí)現(xiàn)煤炭安全開采?，F(xiàn)在，我們的監(jiān)測手段比較單一，后續(xù)希望通過和科研院校合作，實(shí)現(xiàn)頂板災(zāi)害的智能監(jiān)測預(yù)警，特別是能夠?yàn)槲覀冞M(jìn)行科學(xué)決策提供支撐?！敝荠i舉說。

作者盧慧穎版面編輯：麻文斌

編輯：張瑩

來源：中國煤炭報(bào)

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