精準(zhǔn)找到煤礦地下水魔的咽喉
《中國煤炭報》（2月17日4版頭條）
煤礦重大水害防治與快速搶險關(guān)鍵技術(shù)及裝備項目，從根本上改變了傳統(tǒng)的承壓含水層上開采治理水害的方式，從井下探查、逐面采前治理，轉(zhuǎn)向地面探查、區(qū)域超前治理的新模式
●王敬華
煤礦重大水害防治與快速搶險一直是國內(nèi)外尚未解決的技術(shù)難題。在2015年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，由中國煤炭科工集團(tuán)西安研究院、神華集團(tuán)、淮北礦業(yè)集團(tuán)三家單位共同完成的煤礦重大水害防治與快速搶險關(guān)鍵技術(shù)及裝備項目獲得2015年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。
“這個項目主要是針對煤礦水害治理開展的科技攻關(guān)。一是能夠做到精準(zhǔn)探查，二是可以快速搶險?！表椖垦邪l(fā)者之一、淮北礦業(yè)集團(tuán)副總工程師倪建明說，該項目從根本上改變了傳統(tǒng)的承壓含水層上開采治理水害的方式，從井下探查、逐面采前治理，轉(zhuǎn)向地面探查、區(qū)域超前治理的新模式。
據(jù)了解，該項目歷經(jīng)5年多的研發(fā)實踐，重點研發(fā)出重大水害致災(zāi)源地球物理精細(xì)探查、高效超前區(qū)域治理、快速搶險堵水三大核心技術(shù)和裝備，目前，已在國內(nèi)180多個礦井應(yīng)用。
一劍封喉，突水量降了80%
朱莊礦是淮北礦業(yè)集團(tuán)采用地面打鉆注漿和定向鉆機(jī)設(shè)備治理水害的第一個礦井。
據(jù)介紹，2012年，朱莊礦Ⅲ631工作面在回采過程中突水120立方米/小時，經(jīng)井下反復(fù)注漿治理，仍不能達(dá)到安全開采要求。怎么辦？經(jīng)過考察，淮北礦業(yè)集團(tuán)將煤層底板高壓強(qiáng)含水薄層灰?guī)r區(qū)域勘查與超前治理技術(shù)引入朱莊礦。
“我們礦3638綜采工作面出水，雖然水量不大，但是治理效果不好，反復(fù)治，卻反復(fù)出水?！敝烨f礦總工程師朱樂章說。
2013年底，朱莊礦工程技術(shù)人員帶著問題來到中煤科工集團(tuán)西安研究院調(diào)研，決定在朱莊礦采用地面打鉆注漿和定向鉆機(jī)設(shè)備。
效果如何？“一劍封喉，突水量降了80%?！蹦呓骱苄蜗蟮卮蛄藗€比方。他說，以前在朱莊礦3638工作面打鉆打不到位，突水量大，現(xiàn)在采用新技術(shù)和鉆機(jī)裝備，突水量下降80%，關(guān)鍵是瞬間封住了突水通道。
“以前在地面是垂直打鉆注漿，現(xiàn)在可以實現(xiàn)精確定位、定向鉆進(jìn)和注漿，這樣更能精準(zhǔn)找到突水通道，有利于水害防治和采取快速搶險措施。”倪建明說。
他們還發(fā)明了具有新型變角裝置的履帶式防治水定向鉆機(jī)。運(yùn)用定向鉆機(jī)，有效注漿孔段占全孔段的比率由常規(guī)鉆孔的15%提高到85%，單孔平均注漿量比常規(guī)鉆孔提高5倍以上。
以淮北礦區(qū)的煤礦為例，以前在井下施工探查孔進(jìn)行底板注漿加固時，單孔注漿量最大只有1000噸，注漿壓力僅4兆帕。改造后，單孔注漿量可達(dá)幾萬噸，注漿壓力達(dá)12兆帕，對有效、快速封堵突水通道起到了決定性的作用。
朱樂章說，在鉆探方面，采用地面順層鉆進(jìn)精確控制技術(shù)，對疑似突水點及薄層灰?guī)r中的各類裂隙進(jìn)行拉網(wǎng)式探查；在注漿方面，對探查到的突水通道及巖溶裂隙進(jìn)行高壓注漿，達(dá)到防止突水的目的。
該技術(shù)的推廣應(yīng)用，一方面使得突水礦井能迅速進(jìn)行災(zāi)后重建與再生產(chǎn)；另一方面，有效消除了礦井未采工作面的重大水患威脅。例如，在神華集團(tuán)駱駝山煤礦搶險救援工程中，僅用31天就完成了巷道封堵，創(chuàng)造了同類工程用時最短的紀(jì)錄。
2013年淮北礦業(yè)集團(tuán)桃園礦發(fā)生“2·3”透水事故后，救援人員采用地面定向打鉆和巷道注漿堵源措施?！耙汇@到位，經(jīng)過40多天時間，一水平大巷就完成了巷道封堵?！碧覉@礦地測副總工程師龔世龍說。
工程技術(shù)人員有了“千里眼”
煤礦防治水的一大難點是，陷落柱、老空水等隱蔽致災(zāi)源的地球物理超前精細(xì)探查缺乏有效的技術(shù)手段，井下電磁干擾嚴(yán)重，信噪比低，有效信號提取困難。
此次的獲獎項目通過研發(fā)、實踐，使煤礦水害隱蔽致災(zāi)源地球物理精細(xì)探測技術(shù)和裝備日臻成熟。
例如，從地面探查數(shù)百米深的井下突水點和突水通道，以前可做到物性，但探查是靜態(tài)的，無法獲得物質(zhì)屬性。現(xiàn)在，通過該項目首創(chuàng)的三維地質(zhì)動態(tài)解釋技術(shù)，可實現(xiàn)三維地震“靜態(tài)信息”與煤礦采掘“動態(tài)信息”的數(shù)據(jù)耦合，使直徑大于25米陷落柱解釋的準(zhǔn)確率由50%提高到70%。
“煤礦水害隱蔽致災(zāi)源地球物理精細(xì)探測技術(shù)就好像醫(yī)生看透視樣片?！毕嚓P(guān)工程技術(shù)人員介紹說，“能不能診斷出腫瘤，是良性的還是惡性的，關(guān)鍵是要平時大量閱片，積累大量數(shù)據(jù)，提高判斷能力。”
通過這個項目，工程技術(shù)人員就像長了“千里眼”，可以穿過厚厚的巖層和煤層，精準(zhǔn)探查井下透水情況，為有效治理和快速搶險爭取主動。
據(jù)統(tǒng)計，截至2014年底，獲獎項目技術(shù)和設(shè)備已在神華集團(tuán)、淮北礦業(yè)集團(tuán)等企業(yè)的180多個礦井推廣運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)105條老塘積水巷道，預(yù)疏放老空水超過1500萬立方米，避免了多次水害事故；改造了18個工作面，解放出4028萬噸受水害威脅的煤炭資源；完成10個被水淹沒礦井搶險堵水工程，堵水率達(dá)100%，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益125億元。
據(jù)介紹，在防治煤礦水害的同時，煤礦重大水害防治與快速搶險關(guān)鍵技術(shù)及裝備，經(jīng)改進(jìn)還可運(yùn)用到治瓦斯、探斷層、井下滅火、沖擊地壓防治等安全生產(chǎn)領(lǐng)域。
