近日，自然資源部發(fā)布2025年版礦產資源節(jié)約與綜合利用先進適用技術目錄，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開采技術成功入選。該技術為我國松散含水層下薄基巖煤炭資源綠色、安全、高效開采，提供了關鍵技術保障，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?！八暮敝饕伤缮⑸皩訕嫵桑粌H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損失。

“以1010-1工作面原設計回采范圍為例，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，水文地質條件極為復雜。若不采取有效的技術處理措施，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，要么承擔水害風險強行開采。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)?！?/p>

最初，為了確保開采安全，五溝煤礦不得不留設高度達50米的防水煤柱。這相當于約20層樓房的高度，導致大量優(yōu)質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”耦合滲流突變致災機制日趨復雜，突水風險進一步加劇。

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。五溝煤礦初步設計中留設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，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鍵科學技術難題。

此類壓覆煤炭資源具有埋藏淺、勘探程度高、生產系統(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，啟動《松散含水砂層注漿改造與薄基巖煤層控水控災開采》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。經過反復試驗，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{’會導致漿液浪費，還影響注漿效果?！痹擁椖楷F(xiàn)場施工負責人吳燕軍說，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。

物探結果顯示，“四含”層位視電阻率值大幅提高，富水性變弱；井下鉆探的27個孔里，取芯全是“水泥+砂”的固結體，沒有一滴水?！斑@說明，注漿達到了‘驅水固砂’的目的，含水層變成‘相對隔水層’。”昌修林說。

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)。“我們都捏著一把汗，生怕出現(xiàn)問題?！被夭砂喟嚅L王體章說，“結果，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)域安全回采結束，解放了23萬噸被“困”的煤炭資源，相當于為煤礦增加產值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，該技術預計能讓五溝煤礦從“水困煤層”中回收117萬噸煤炭，增盈11.23億元。兩淮礦區(qū)推廣應用該技術后，預計可多回收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開采技術，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生產技術部有關負責人表示。

作者：邵明可 張國強 版面編輯：杜明陽

編輯

來源：中國煤炭報

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