科技创新——平煤神马打通深部矿井开采之路

文/张建超

●河南省首个全自动化综采工作面在中平能化集团六矿井下投入使用

平煤神马集团首山一矿在2015年实现利润1亿元的基础上，2016年前9个月再次赢利9075万元。

“作为大采深、高瓦斯矿井，我们能够连续保持赢利，离不开集团在我们矿解决了不具备保护层开采条件的单一低透突出煤层开采难题。”首山一矿相关负责人说，“这一技术使我们矿高突头面月产平均达10万吨以上，最高22万吨，瓦斯治理吨成本由180元降低到87元，首次实现了自2010年建成投产后的达产目标”。

这是平煤神马集团以科技创新推动深部矿井安全高效开采取得的重要成效之一。

破解深部矿井安全高效生产难题，对煤矿生存与发展具有重大意义。在平顶山矿区现有的14对生产矿井中，占平煤神马集团总产量70%以上的10对矿井采深均超过了800米，十二矿开采深度更是曾超过1201米。

据了解，发达国家均已在深地、深海、深蓝、深空领域进行战略布局，其中在深地领域的先进勘探开采能力甚至达到了2500米至4000米，远远高于中国大多数深地项目小于500米的现实水平。但在中国，煤炭资源作为国家主体能源，却有76.3%埋深超600米、59.5%埋深超1000米。至2015年，全国煤矿千米深井已有47对，最深的山东省新汶集团孙村煤矿更是达到1501米。近年来，随着多数煤矿开采深度继续以每年10米至25米的速度向下延伸，高瓦斯、高地应力、高地温问题，特别是高瓦斯与高地应力引起的复合动力灾害，其预测防治更加困难，日益成为制约深部煤炭资源安全高效开采的瓶颈。

“因此，积极向地球深部进军，抢占发展制高点，成为平煤神马集团和国家都必须解决的战略科技问题。近年来，平煤神马集团坚持把“服务安全高效、服务转型发展”作为科技创新的主攻方向，不断完善创新机制体系，攻克了深井瓦斯治理、深井开采技术等方面的难题，在提高深井开采水平的同时，为行业发展提供了有益借鉴。”平煤神马集团能源化工研究院院长吕有厂说。

完善科技创新机制体系

2016年，平煤神马集团投入科研补助资金规划达到3亿元。

在平煤神马集团，大力强化科技创新对企业安全高效生产的保障作用，始终是党政主要领导关注的主要工作目标之一。特别在近年行业经济低迷的特殊时期，集团更是一直保持科技投入不减少、创新强度不弱化，将科技创新作为破解煤矿采深困境等发展难题，推动企业提高效率、效益，加快转型升级和发展动能转换的支撑力量，持续加大科技开发和完善创新体系等工作力度。

实施科技创新，机制体系先行。

入冬之前，虽然天气渐冷，而在集团能源化工研究院大院内，获得科技部正式批准建设的“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”施工现场，施工人员却干得热火朝天。

这是平煤神马集团积极搭建高层次创新平台的又一重要收获。

随着“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”获科技部批准加紧建设，平煤神马集团现已拥有5个国家级创新平台、21个省部级创新中心。此外，与浙江大学、辽宁大学、辽宁工程技术大学、北京化工大学等10余家重点高等院校、科研院所签定了科技战略合作协议，为推进科技成果研究与转化打下了坚实基础。

允许研究人员按照成果评价后的价值作为入股资本，参与分红。也可以对关键研发人员奖励股权（股份）或者按一定价格系数出售股权 （股份）——这是平煤神马集团相关配套文件中关于加大科研人员创新激励力度的部分内容。

2016年，平煤神马集团借助国家大力推进“创新企业”的政策机遇，持续加强科技创新制度建设，及时出台《深化科研体制改革，加快创新驱动发展战略实施意见》等配套文件，进一步优化创新管理模式，调整科技成果权益分配方法，建立创新容错机制，加强科技工作流程管控，有效释放了科技创新的动力与活力。

不久前，平煤神马集团在其十二矿、首山一矿探索、实施的深部矿井复合动力灾害增透技术取得突破，解决了单一低透抽采松软煤层瓦斯抽采难题。

“全集团每年‘舍得’投入占总销售收入3%的资金用于科技创新，其中仅科技奖励兑现就达1000万元以上。”该集团相关部门负责人说。

近年来，围绕“服务安全高效、服务转型发展”主攻方向和“抓重点、促转型、见效快”的原则，平煤神马集团不断投入资金，针对影响深井瓦斯治理等煤矿安全发展的关键核心技术瓶颈难题及产业结构转型发展、高价值产业链延伸等课题，组织开展立项研究，攻克了一大批深部煤炭灾害防治技术难题，为促进企业安全高效生产提供了强大技术保障。

3项国家科技进步二等奖、1项国家技术发明二等奖、1项河南省科技进步一等奖、8项全煤行业科学技术一等奖，这一批沉甸甸的荣誉证书，展现了平煤神马集团科技创新取得的丰硕成果。

攻克深井瓦斯治理技术瓶颈

2016年9月份，平煤神马集团十二矿己15-17220综采工作面在埋深超900米，原始瓦斯压力2.7MPa的条件下，单月回采达到了68米。

这是平煤神马集团成功破解单一低透气性突出煤层瓦斯治理技术瓶颈取得的成果。

据了解，平煤神马集团与中国矿业大学合作，开展底板岩巷穿层水力冲孔增透及网络高效抽采技术攻关，积极破解长期困扰灾害严重的东部矿区突出煤层瓦斯抽采难、治理周期长、单进水平低等难题，为单一低透突出煤层瓦斯治理，找到了有效的理论支持和技术路线，使东部矿区单进、单产水平大幅提升，并获得2015年度国家科技进步二等奖。

瓦斯是煤矿开采的“大敌”。尤其在平煤神马集团，高瓦斯矿井产量占总产量的75%、矿井可采煤层组内近和组间远、矿井开采深度不断增加等特点，要求必须攻克深井瓦斯治理技术难题。为此，该集团按照应保尽保原则，对具备条件区域全部实施了保护层开采，并在保护层开采难度大区域，围绕单一低透气性突出煤层瓦斯治理、高压脉冲旋转射流割缝增透、千米深井极薄煤层保护层的安全开采、大采长“一面多巷”瓦斯治理等技术进行攻关，取得了显著效果。

——通过高压脉冲旋转射流割缝增透技术研究与工程实践成果，自主开发出流量、压力可控可调的集高效钻进、定向割缝、气水渣分离为一体的卸压增透技术，丰富了复合动力灾害治理技术理论，推动了煤炭行业科学技术进步，获得2016年度河南省科技进步一等奖。

据平煤神马集团十二矿相关负责人介绍，高压脉冲旋转射流割缝增透技术在十二矿的工程应用实践表明，这一成果使瓦斯抽采钻孔数量较原方案减少约52%，煤层透气性系数提高200倍以上，单孔瓦斯抽采纯量提高35%以上，煤层瓦斯抽采达标时间缩短20%至30%，实现了采面的均匀卸压与安全回采。

——千米深井极薄煤层保护层的安全开采技术难题，被平煤神马集团在十二矿成功破解。

针对保护层开采这一最有效的区域瓦斯治理技术，受制于深部己组煤开采过程中高瓦斯及高应力现象的难题，该集团在十二矿深部平均厚度为0.5米的极薄煤层，探索、实施了极薄煤层保护层开采技术研究和实践，首次实现了岩石保护层安全开采，使被保护层生产期间上隅角瓦斯低于1.0%，回风流瓦斯低于0.5%，月均生产15万吨。瓦斯抽采浓度、抽采量大幅提升，2015年全年瓦斯发电1800万千瓦时，2016年前8个月瓦斯发电1200万千瓦时。

破解系列技术难题

“我们一矿三水平下延主运输巷和-517石门修复等试验巷道的收敛变形降低50%，返修周期提高1倍以上，巷道支护维修的综合成本降低15%。”平煤神马集团一矿相关负责人说，这些都是应用集团与中科院武汉岩土力学所合作完成《深部巷道破碎软弱围岩稳定性监测控制关键技术及应用》项目后发生的变化。

据了解，平煤神马集团采用与中科院武汉岩土力学所合作研发的数字化钻孔全景观测、围岩松动圈测试分析及地应力测试三项适用于煤矿深部巷道环境的防爆型技术装备，在集团公司一矿、五矿、十一矿实现了行业内首次煤矿围岩结构精细探测和地应力场达2年的长期动态监测，准确掌握了其分布规律，以显著的成效推动了行业技术发展。该成果被授予2016年度国家科技进步二等奖。

●焦化厂出焦

据集团能源化工研究院相关负责人介绍，平顶山矿区深部煤层赋存环境复杂，多数煤层巷道顶板强度低，易于破碎风化，严重影响巷道的掘进与支护，经常出现采掘交替的失衡。再加上煤层的厚度、角度、水害等的复杂性，单一的开采方法难以有效满足整个矿区高效开采的需要。为此，平煤神马集团以煤矿深井巷道稳定性分类为基础，开展巷道快速掘进与支护、极薄煤层安全高效等技术研究，有效解决了深部巷道破碎软弱围岩稳定性监测控制、深井一体化绿色开采、灰岩承压水治理及综合利用等深井开采技术难题。

在十二矿千米井下，采出的煤与矸石得到分离，在煤被提升到地面的同时，矸石全部被现场破碎，回填到了采过的区域，使绿色环保开采在这里成为了现实。

——这是平煤神马集团与中国矿业大学合作，打造的千米深井一体化绿色开采系统。该系统成果整体达到国际领先水平，获得了2016年度中国煤炭工业科学技术一等奖。

平煤神马集团为解决十二矿己15上覆己14煤层由于赋存不稳定、厚度薄，造成不具备常规保护层开采的技术难题，在这里千米深井开展了“采、选、抽、充、防”集成型深井开采技术研究，形成了集近全岩保护层开采、井下煤矸分选、瓦斯卸压抽采以及固体充填与传统综采混采一体化的绿色开采系统，达到了解放建筑物下压煤并控制上覆岩层运动及地表沉陷的目的，实现了采煤与充填兼顾。

实现灰岩承压水“可防、可控、可治”，是平顶山矿区水害防治的目标和安全高效生产的重要保障。

近年来，平煤神马集团坚持“预防为主、防治结合、有疑必探、先探后掘、先治后采”的防治水原则，贯彻“查、探、堵、截、疏、排、防、躲”的综合防治水技术措施，构建了现代化防治水技术体系。

特别是在灰岩承压水治理及综合利用等方面，该集团通过研究完成的《煤层底板灰岩水害防治的减排节能示范技术与工程》《煤层底板采动破坏规律研究》等项目，实现了七矿、八矿、朝川、十一矿、二矿等单位底板灰岩含水层疏水降压、井下环境温度降低和地热水综合利用的有机结合，减少矿井涌水量三分之二，完成了矿井地热灾害由被动防治到主动利用的战略转移，对于保护宝贵的地热水资源和实现矿区绿色快速发展均具有重要意义。

据介绍，当前，平煤神马集团在参与2016年国家重点研发计划项目 “深部岩体力学与开采理论”研究，建立适应深部矿井环境的深部采矿学新原理、新理论、新方法的同时，与国家“973”项目首席科学家谢和平院士签署合作协议，共同开展《深部煤炭开发煤与瓦斯共采理论》研究，平煤神马集团也由此成为国家首个煤与瓦斯共采理论研究示范基地，并总结出了采动影响下己组煤层上覆煤岩体采动裂隙变化规律。其中有4项研究成果获得省部级科技进步奖。

平煤神马集团能源化工研究院院长吕有厂说：“我们将通过探索深部采矿学基础理论，为行业彻底认识、掌握深井开采规律、最终‘驯服’深井做出积极贡献。”