峰峰集团：创新开采技术奉献更多光明

　　长期以来，峰峰集团认识到煤炭集约开采对企业发展的重要意义，他们强力推进节能减排和资源高效利用，依靠技术创新和经济手段着力提高煤炭资源回收利用水平，同时，与科研部门及大专院校合作，加强采煤新技术、新工艺研究。具有1300万吨煤炭生产规模的峰峰集团，近年来采煤回收率始终保持在87％以上。

　　“三下”采煤事关全国性的煤量解放

　　解放“三下”煤量（即建筑物、铁路、水体下赋存的煤炭资源）是我国煤炭行业面临的重大研究课题之一。在我国大部分煤矿，特别是中、东部矿区的“三下”压煤十分严重。如果开采，地面的不均匀沉降就会导致建筑物损坏，这对矿区的可持续发展就会造成不利影响。而传统的“三下”开采技术是通过条带开采、充填开采、搬迁开采等部分开采来减少沉降、保护建筑物的。这些开采方式存在着资源损失大、成本高、效率低等弊端。

　　峰峰矿区地质构造复杂，煤炭赋存条件极差。为了更多地把有限的煤炭资源开采出来，峰峰集团从2003年起，与中国矿大合作，组成了由峰峰集团董事长张文学为组长的课题研究小组，对“岩层移动与变形时空协调控制技术在深部‘三下’采煤中应用”进行了深入广泛的研究。张文学，现任峰峰集团有限公司董事长、中国共产党第十七次全国代表大会代表、河北省第十届人大代表、河北省劳动模范、2006年度全国“五一”劳动奖章获得者。领导和组织了“岩层移动与变形时空协调控制技术及其在深部‘三下’采煤中的应用”项目的实施全过程。全面负责项目的研究、现场试验工作；负责方案制定和项目组织、协调工作；负责组织收集峰峰矿区已有的地表移动观测资料，进行整理、分析、总结；负责峰峰矿区全局性战略研究；参加研究深部非充分开采地表的移动变形规律研究和村庄房屋损坏情况、分布规律、动态变形规律研究及村庄下压煤开采技术研究。

　　由张文学董事长领导的该研究课题分几个子课题，即对新建矿井密集村庄下深部压煤协调式跳采技术研究、对峰峰矿区“三下”采煤全局性战略与技术途径的研究。

　　新建矿井密集村庄下深部压煤协调式跳采技术的研究

　　一是针对新建矿井梧桐庄矿村庄大量压煤而造成全矿“面面压煤、无从开采”的被动局面，提出“新建矿井立足矿井全局、以村庄下采煤为中心的规划设计”模式，在矿井生产初期，把村庄下采煤问题与矿井设计技术结合起来，通过开拓布置与开采设计优化，为村庄下开采创造了良好的技术应用环境，扭转了被动局面，为矿井的长远发展创造了条件。二是针对新建矿井的村庄压煤，提出了“早期规划、科学布局、先行开采”新思路，规划形成了良性的接续势态，改变了以往大多数矿井在生产后期面临的周边开采条件复杂、孤立煤柱变形加剧、村庄面积自然扩大、压煤量大幅增长的村庄下开采不良状况。三是为了全面解决梧桐庄矿周边村庄压煤及其相关问题，针对深部开采条件，提出了村庄下协调式跳采技术。其技术思路是：以村庄煤柱为中心，构建协调一致的开采边界；利用深部非充分开采原理，通过工作面尺寸优化和开采顺序调整，进行地表变形的时空协调控制，实现全煤柱开采。具体包括：以村庄煤柱为中心，布置大采区和长工作面，构建协调一致的开采边界。实行多煤柱的协调布局与联合开采，减少村庄下的长期开采边界。对村庄下压煤分阶段跳采，第一阶段跳采工作面，按照非充分开采原理控制采宽，地表处于极不充分开采状态，多个工作面跳采形成基本协调的下沉浅盆地。第二阶段同步或尽量同步全采间隔煤柱，间隔煤柱宽度应使跳采全采相邻3个工作面，如2个面同时全采，则相邻为5个面。全采阶段，已采的跳采面的残余沉降以及受相邻全采面扰动引起的二次沉降，在空间上与全采面自身的开采沉降叠加，使两阶段之间协同沉降，形成较大面积的平缓深盆地，村庄处于地表静态下沉盆地中央。

　　协调式跳采的结果是，地表移动变形分次分阶段发生，缩小了大变形的范围，减缓了变形速度，从而大大降低了处于下沉盆地中央的村庄房屋在煤柱开采整个时间过程中的变形影响。

　　在研究和实施过程中，峰峰集团和中国矿大把井下开采技术与房屋的监测、保护措施相结合，保障房屋的安全使用；采用新建房屋抗变形技术，解决村民建房问题。

　　他们还依据深部非充分开采原理和协调式跳采技术，建立了基于宽深比的非充分开采地表移动参数模型。实践证明，按照新建的梧桐庄矿矿井村庄下采煤规划新模式和新战略，通过对梧桐庄矿原设计开拓系统的改造与采区布局优化，使得该矿周边7个村庄煤柱范围内矿井的开拓水平由3个变为1个，采区数由11个减为5个，从而大幅度地优化了矿井生产系统。矿井开拓系统的改造和采区重划将节省大巷掘进量8400米，节省上、下山掘进量2400米，减少工作面巷道掘进量15300米，减少工作面搬家26次，减少巷道煤柱量375.8万吨。

　　按照协调式跳采技术原理，对7个村庄煤柱进行了开采方案设计。设计分5个采区45个工作面，累计开采面积为795.1万平方米，村庄煤柱的面积采出率平均为94.0%%，可采优质肥煤3046.3万吨，预计房屋的最大损坏等级为Ⅱ级，大部分房屋将出现Ⅰ级轻微损坏，极少数房屋可能达到Ⅲ级损坏。历时5年的开采实践取得良好的效果。

　　对于峰峰矿区“三下”采煤全局性战略与技术途径的研究

　　峰峰矿区“三下”压煤有其基本特点：开采条件由浅至深，由100米—300米到大于400米；工作面由短窄型逐步变向宽长型，走向长由300米—500米到走向长2000米；受保护的村庄由小型到大型；受保护建筑物要求级别高；并由单一受护对象变为多种类受护对象交互存在、煤柱相连；地质条件由简单到复杂。除地质条件外，煤价由低到高等社会因素，极易激发工农矛盾，影响和谐社会建设。

　　对此，峰峰集团和中国矿大的课题研究小组，首先对“三下”采煤的全局性战略进行了研究，提出了“立足全局、规划方向、分类指导”的战略思想和“大胆、稳妥、安全、效益”的基本原则，确定了“兼顾经济效益与可持续高采出率”的“三下”采煤战略目标，明确了“开采技术、保护措施与损坏赔偿并重”和“协商、合理、足额补偿损害”的协作思路，实现了“从被动到主动，从回避问题到主动解决问题，从以‘保留’或‘放弃’为主到积极协商互惠互利”的战略思路与工作模式的转变。

　　其次，进行了新形势下“三下”开采技术途径研究。决定以“资源挖潜、采留结合、缓急有序”作为设计思想，通过“突破传统、大胆创新、提高采出率”的技术途径，设计、制定了本矿区兼顾近期接续和长远安排的“三下”采煤全面的规划，提出以“深部协调式跳采、新型充填开采、大条带充填开采、条采区二次开采”等新技术手段作为基本技术取向，为“三下”采煤工作指明了“创新性、针对性、多方法、实用可行”的技术方向。

　　第三，他们建立了“三下”开采，主要是建筑物下采煤的方法的模型，通过对主要影响因素的综合和特殊条件的分析，计算不同地质条件下“三下”开采综合影响系数，从而实现了对“三下”开采方法的优选，避免了决策上的盲目性。建立了“三下”采煤地理信息系统，汇聚了“三下”采煤基础资料和数据，形成了各类专题图件，为全矿区“三下”采煤工作搭建了信息平台。开展了峰峰矿区“三下”地表移动的基本规律研究，确立了地表移动基础参数。初步总结了峰峰矿区深部开采、厚松散层开采、条带开采等特殊开采条件下的地表移动规律。分析了峰峰矿区深部村庄煤柱开采实例，验证了协调式跳采等高采出率技术的可行性，取得了巨大的经济效益和良好的社会效益。

　　“岩层移动与变形时空协调控制技术”取得创新性的成果

　　利用“岩层移动与变形时空协调控制技术”，及其相关项目的研究，提出了深部“三下”开采战略思想和技术途径，提出了岩层移动与变形时空协调控制技术方法，近7年的实际应用，基本验证了战略思想的正确性和技术方法的可行性，实现了深部“三下”压煤的高采出率回采，取得了巨大的经济效益和良好的社会效益。

　　它使“三下”开采技术由以资源损失为代价的传统措施，走向以协调式跳采为特征的安全、高效、高采出率开采技术，为我国“三下”采煤，特别是村庄下深部压煤开采开辟了新的途径。

　　它提出以村庄下采煤为中心的矿井设计新模式和先行规划、适时有效开采，改变了以往把“三下”采煤工作置于矿井生产后期考虑的被动局面。“三下”开采与矿井设计的有效结合，带来了“三下”开采的主动性和良机。

　　它有着广泛的推广价值。我国“三下”压煤量大面广，全国国有煤矿“三下”压煤就达137亿吨，许多矿区可采资源濒临枯竭，甚至新建扩建矿井也面临严重的“三下”压煤问题。峰峰集团和中国矿大的研究，对峰峰矿区13个矿井159个“三下”煤柱的3亿多吨压煤、江西省丰城矿区坪湖矿的岩溶水体和建筑物下600万吨压煤的开采有直接的指导作用。2004年3月至2007年2月应用本项成果在峰峰、丰城等矿区进行“三下”开采，累计出煤731.0万吨，创产值41.66亿元，经济效益27.07亿元。他们的方法也为解决我国深部“三下”开采问题提供了新的途径。本项目成果在长广、兖州、淄博、鸡西、铜川等矿区推广，也取得了良好的经济效益和社会效益。对我国中、东部类似条件（中厚煤层、大采深）矿区有广阔的推广前景。

来源：科技日报