神东煤炭：科技赋能 为煤矿“智变”添动力

   近年来，国家能源集团神东煤炭持续加大科技创新资源统筹配置力度，积极推动安全生产技术创新，在煤炭开采核心技术攻关、产学研深度融合等方面取得了一些重大突破，其中《神东矿区顶板水力压裂成套技术与装备研究及应用》项目成果被中国煤炭工业协会鉴定达到国际领先水平。
    神东大部分矿井是典型的浅埋深矿井，煤层顶板赋存多层厚硬顶板，综采工作面初采时，顶板难以及时垮落，容易在采空区形成大面积悬顶，基本顶来压时顶板大面积垮落，形成飓风与巨大的冲击，容易造成人员伤害、设备损坏，严重影响安全生产。而且部分矿井受开采布置及回采动压影响，矿压显现明显，巷道变形严重。
    面对诸多复杂的顶板灾害难题，如何在应对矿井灾害治理方面做出成绩，并在煤炭生产方面成果丰硕，革新生产技术成了重中之重。
    神东于2015年引进并创新发展顶板水力压裂成套技术，应用于坚硬顶板强矿压治理，经过多年的丰富创新，成功将技术应用扩展至上覆遗留煤柱强矿压、坚硬煤体、冲刷地质异常体、夹矸层弱化等灾害治理中，为矿井安全高效生产提供了保障。
    艰难困苦，玉汝于成。2017年，在布尔台煤矿工作面，煤壁片帮、巷道帮鼓及底鼓现象明显，解决坚硬顶板强矿压问题是保障矿井安全生产的当务之急。不仅仅是布尔台煤矿，随着各矿井开采范围和深度的增加，越来越多的矿井受到顶板灾害的威胁，强矿压问题接踵而来。考虑到常规爆破及短钻孔水力压裂覆盖区域小、工程量大、成本高，且爆破易产生CO等有毒有害气体等问题，技术革新成为一条必由之路。
    “石油、天然气开采中使用的压裂装备，通过高压水力作用改变岩石的物理性质，从而增加岩层的渗透性。”生产管理部相关负责人介绍道。
    尽管煤炭开采地下压裂场景和石油、天然气开采中的地面压裂不同，但解决问题的原理是值得借鉴的。神东在此基础上学习创新，与科研院所联合，结合井下作业受限条件，着力于设备小型化改造和功能性开发，研发了适用于井下的顶板水力压裂成套技术。
    从理论研究到设备创新，该技术首次在布尔台煤矿落地实践，通过向工作面中部煤层顶板施工定向长钻孔，并分段进行水力压裂，实现了坚硬顶板人工弱化改造。
    布尔台煤矿采煤机司机王挺记忆犹新，“工作面易片帮、漏顶，得打起十二分的精神，时刻观察，常常得拉移支架超前支护，这次在通过压裂治理区域时，工作面的顶板条件好多了，也大大减少了我们的工作强度。”
    采煤机司机主观感受之下，是客观数据的支撑，通过水力压裂，工作面来压期间支架阻力由平均48.2Mpa降至38.1Mpa，来压步距由24-30m降至17-21m，采空区悬顶面积显著减小。
    这一组有力的数据表明了神东应用顶板水力压裂成套技术有效可靠，探索出了解决坚硬顶板强矿压问题全新路径。
    发展不停歇，创新不止步。神东安全、高效的生产节奏，对工艺、效率提出了新的要求。在总结成功经验中，神东技术人员又将思考聚焦在工艺改进提升中，可以简单理解为，既要做到少打钻孔，又能压裂更远的距离。
    看似困难的问题，神东技术人员总能找到最优解。在探索实践过程中，技术人员研发出了深孔水力压裂安全高效作业机器人，实现了水力压裂作业自动化大幅提升，提高了安全性和作业效率，同时，开发出不同排量压裂泵，并对不同的压裂泵配置了相应的管道系统及封孔系统，丰富了压裂成套设备系列。
    水力压裂技术的发展历程是边研发边实践、边应用边推广，在应用中成熟，也在实践中不断丰富应用场景。治理范围不仅涵盖了坚硬顶板强矿压、上覆遗留煤柱强矿压领域，还在坚硬煤体、冲刷地质异常体、夹矸层弱化等方面得到丰富应用，前景广阔。
    上湾煤矿工作面，平均煤厚达到9.05m，煤层坚硬、韧性大，与之对应的就是在回采中截割困难、推采速度慢、截齿消耗量高、采煤机故障多发。通过对治理坚硬顶板的原理迁移，对厚硬煤层进行弱化改造，提高工作面回采效率，减少回采设备损耗，降低生产成本。
    在神东的丰富应用场景和成熟技术实践中，水力压裂技术具有了钻孔轨迹精确可控、有效压裂段长度大、压裂裂缝延展半径大等优势，与传统的大直径钻孔卸压、煤层注水软化、煤层或顶底板爆破解危卸、常规浅孔水力压裂等治理方式相比，从技术、经济、环保等多个维度，都突显出了优势与效益。
    行之力则知愈进，知之深则行愈达。随着改革向更深层次挺进，采煤向更高水平迈进，神东将积极应变，主动求变，全力实施科技突围工程，加强关键核心技术攻关，坚定走好具有神东特色的能源创新之路。
    乔娜  当代矿工 2024年07月11日

作者：不详　来源：网络

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