以科技创新破解煤炭行业高质量发展难题

“面对能源革命新形势和行业高质量发展新要求，煤炭行业现在比任何时候都需要加强科技创新，需要用系统思维来谋划、从多个方面来统筹未来煤炭科技创新发展。”在第九次全国煤炭工业科学技术大会暨煤矿总工程师论坛上，中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长刘峰说。

刘峰表示，从现实角度看，煤炭行业面临绿色低碳转型和高质量发展要求，更需要科技创新提供发展动力;从未来角度看，要顺应能源革命趋势，推动煤炭从传统能源向清洁能源转变。

新形势带来新挑战

“我国1000米以深的煤炭资源量占煤炭资源总量的53%以上，随着开采强度不断增加，浅部资源逐渐枯竭，现阶段煤矿开采深度正以每年25米左右的速度增加。”山东能源集团高级顾问孟祥军说，煤炭开采条件越来越复杂，所面临的巷道大变形、冲击地压、高温热害、水害、煤与瓦斯突出等问题日益突出，如何实现深部资源安全高效智能开采是迫切需求。

中国工程院院士武强认为，由于浅部和上组煤易采资源逐渐枯竭，浅部或上组煤难采、难啃的“硬骨头”和深部煤炭以及下组煤资源的开发成为我国东部矿区目前普遍面临的选择，如华北平原和山西高原等。

随着开采深度增加，部分煤矿由低瓦斯向高瓦斯突出演变、由无冲击地压危险向弱冲击或强冲击演变，水文地质类型由简单向复杂或极复杂演变，灾害防控难度不断加大。

武强介绍，随着西北煤田和华北煤田西部矿井数量增多、开采规模扩大、开采强度增加，大水矿井逐渐增多，许多矿井正常涌水量和突水量已逐渐逼近甚至超过中东部矿井。同时，内蒙古陕西接壤地区单体矿井范围大，开采面积和采区或盘区面积逐渐增大，相邻采区或盘区之间距离、各采区或盘区的超前疏放水量和正常涌水量均在增加，且煤层近似水平，矿井水井下自流条件差，采用传统单—集中排水系统的矿井排水需多级泵高，成本大幅提高，管理复杂。另外，许多矿井面临因浅部乱采形成的顶板或同层老空积水的威胁，同时煤层底板又受到高承压水的威胁。

除了水害，瓦斯治理也不能忽视。“尽管煤矿瓦斯防治成效显著，煤矿瓦斯事故还没有杜绝。”中国工程院院士袁亮表示，“由于瓦斯治理的特殊性，引进技术不能解决矿区难题，必须实现理论突破和工程技术创新。”

发挥科技支撑作用

山东能源集团根据地层特征将冲击地压类型划分为三大类：深埋巨厚表土薄基岩高垂直应力冲击类型、深埋高位巨厚坚硬顶板冲击类型、深埋低位坚硬顶板(直接顶缺失)冲击类型。

“深刻认识深部开采与浅部开采在矿压特征及应力场分布等方面的本质差别，从调整矿井生产布局入手，大力推广应用回采巷道与相邻工作面顺槽小煤柱、无煤柱、负煤柱护巷技术;具备条件的优先布置宽大工作面;多煤层开采时，下层煤工作面不越过上层煤工作面顺槽、切眼及停采线，上层煤开采不得形成给下层煤开采造成困难的煤柱区等，探索形成深部矿井冲击地压灾害防治方案。”孟祥军说。

中国平煤神马集团创新应用了“钻—冲—割”耦合卸压增透、非常规保护层开采、树状钻孔、复合动力灾害统一预测防治等技术，实现了瓦斯治得快、治得好。该集团探索形成了瓦斯—发电—制冷资源循环利用新模式，瓦斯抽采量从2000年的不足3000万立方米提高到2020年的1.7亿立方米。

“下一步，我们将围绕深部低渗透煤层瓦斯运移富集规律、不同浓度抽采瓦斯分级利用等理论和技术难题开展攻关。”中国平煤神马集团副总经理张建国表示。

袁亮认为，应研究低浓度瓦斯提纯、转化、利用基础理论与关键技术，研发系统动态调控与监控预警装置，破解低浓度瓦斯安全高效综合利用技术难题，推动我国能源资源绿色、智能、健康发展。

面对水害防治，武强提出采用“煤—水”双资源协调开采理论与技术，加强水的自然社会属性研究，对于具备可疏性且有需水用户的矿井，采用矿井排水、供水、生态环保“三位一体”优化结合方法;可疏性差且无需水用户的矿井，采用矿井地下水控制、利用、生态环保“三位一体”优化结合方法;具备回灌条件的矿井，可采用矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保“五位一体”优化结合模式和方法。