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神东煤炭:科技赋能 为煤矿“智变”添动力

时间:2024/7/16 10:07:47

   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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