当前,我国煤矿开采逐渐走向深部,矿井最大开采深度已达到1500米,超过700米的矿井有130余处。随着煤矿开采由浅入深,瓦斯、顶板、水害、火灾、热害等级不断加大,灾害叠加,治理难度陡增。
煤炭是我国第一大能源。今年政府工作报告指出,发挥煤炭、煤电兜底作用,确保经济社会发展用能需求。这说明以煤为主的格局在很长一段时间不会改变。
目前,我国已探明的煤炭资源量超过5.9万亿吨,其中深部资源(千米以下)占比超过50%。这意味着,未来将有更多的矿井进入深部开采。进入深部开采后,地质条件和煤层赋存条件越来越复杂。在高瓦斯、高地压、高地温、高承压水等复杂开采条件下,各类灾害风险加剧,开采环境、技术装备、灾害防治等面临前所未有的挑战。如何在地球深处安全采煤,是迫在眉睫、必须答好的重大课题。
深部开采面临的问题和挑战
随着浅部资源开采不断推进,煤矿开采深度正以每年10米至25米的速度增加。煤矿深部开采面临的问题隐患比浅部开采复杂得多。
进入深部开采后,部分煤矿将从低瓦斯矿井向高瓦斯、突出矿井演变,瓦斯灾害越来越严重,冲击地压风险将显著增加,并且会出现煤与瓦斯突出和冲击地压相互耦合的新煤岩动力灾害。地压增加、瓦斯压力增大、承压水压变高、地温升高的客观现实,极易诱发系列生产安全事故,有些煤矿会出现多种灾害耦合叠加的情况。
地应力随着开采深度的增加而增大。浅部较硬的围岩到深部后形成工程软岩,表现出应变软化、强烈扩容性等特点,巷道岩体强度降低,影响巷道稳定性。深部矿井岩体由于高应力和高地温作用,其特征发生明显变化,高渗透压力极易引发地质灾害。
我国煤矿地质、水文地质条件复杂,随着奥灰水压持续升高,承压水问题严重,突水几率随之增加。在高地温环境下,煤层原始温度和岩层温度增高,“热风压”增大,煤体自身氧化放热强度、耗氧速度增强,增加煤体自燃的危险性。
由浅部进入深部,深井煤岩非线性行为、高应力和高能级灾害、深井煤岩体多场耦合、深井岩层移动传导复杂度等更加凸显,现有的适用于浅部煤层群开采的灾害治理传统理论和技术将不适用甚至被颠覆。灾害防治将面临现有灾害致灾原理与模型不适用、灾害防治技术与装备不适用、灾害研究方法与手段不适用、低损害开采控制技术不适用等前所未有的挑战。例如,煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害机理研究仍需深入,隐蔽致灾因素探测技术可靠性和精度不足,老空水、顶板水等灾害智能监测预警技术问题尚未彻底解决,深部开采的安全技术需进一步研究和完备等。
与此同时,煤矿智能化建设进展不平衡,一些煤炭企业在智能化建设上投入不足。智能装备和煤矿机器人等新型装备的环境适应性有待提高,遇到深部开采和复杂地质构造时需要大量人工干预,新产品的设计还需要迭代升级。
加强深部开采矿井指导帮扶
煤矿深部开采的风险挑战躲不过、绕不开,必须从政策、监管、技术、人才等方面发力,将风险防范各项工作想在先干在前。
煤矿深部开采对安全监管提出新要求。要尽快制定和完善煤矿深部开采的安全法规、安全标准,规范深部开采安全管理。特别是对隐蔽致灾因素普查不到位、走形式、不认真以及采掘失调等违法违规行为,进行依法打击。继续执行“三限”措施,科学限制深部开采矿井的开采深度、开采速度、开采煤量,降低开发强度。对采用新技术、新手段降低深部开采风险的煤炭企业,出台税收优惠、补贴等激励政策。
煤矿深部开采给煤炭企业安全生产带来巨大挑战,地方政府和相关部门要加强指导帮扶。要指导帮扶企业优化生产系统,保证矿井生产布局合理,建立健全以总工程师为首的“一通三防”安全技术管理体系,严格煤矿安全生产中的矿井通风、防治瓦斯、防治煤尘、防火灭火的技术管理措施。要指导帮扶企业加强对深部开采区域的风险评估和预警,建立煤矿深部开采安全信息共享平台,整合相关安全数据和信息资源,提供给企业和从业人员参考,便于其提前做好安全防范措施。要指导帮扶企业及时制定详细的深部开采事故应急预案,定期组织演练,提高企业对深部开采事故灾害的应急处置能力。
各煤炭企业深部开采能力不同,遇到的灾害风险类型也有差异,相关部门要积极开展深部开采煤矿安全保障能力调研,全面掌握深部开采煤矿安全生产状况、重大灾害情况等,摸清底数、掌握情况,提出改进措施,精准施治。研究建立煤矿深部开采重大灾害治理专项基金,同时提高深部开采煤矿安全费用提取标准,提升重大灾害防治能力。





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