創(chuàng)新引領筑牢高質量發(fā)展之基
編者按
科技決定山西未來發(fā)展,創(chuàng)新引領三晉轉型升級。作為科技創(chuàng)新體系的重要組成部分,重點實驗室已成為孕育重大原始創(chuàng)新、助力高質量發(fā)展的重要科技力量。近年來,按照省委省政府戰(zhàn)略部署,山西圍繞傳統(tǒng)產業(yè)轉型升級和戰(zhàn)略性新興產業(yè)集群發(fā)展,不斷加大扶持力度和建設水平,涌現出一批引領前沿、學科交叉、綜合集成、國內外有影響的重點實驗室,為我省2030年基本實現轉型、2035年基本實現現代化目標發(fā)揮了有力的支撐作用。
為深入實施科教興省、人才強省、創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略,展現山西發(fā)展的新領域、新動能、新優(yōu)勢,本報與省科技廳聯合推出“山西省重點實驗室巡禮”系列報道?!吧轿魇≈攸c實驗室巡禮”將視角對準全省百余家重點實驗室,用生動的筆墨、精彩的鏡頭,多角度、近距離記錄實驗室建設發(fā)展成效,多形式、立體化講述富有成效的創(chuàng)新案例和鮮為人知的創(chuàng)新故事,多渠道、寬領域展示我省重點實驗室近年來取得的豐碩成果。系列報道將努力把對科技創(chuàng)新的禮贊,以有高度、有深度、有溫度的方式呈現出來,為奮力推進中國式現代化山西實踐作出新的更大貢獻。
礦山巖層控制及災害防控山西省重點實驗室
創(chuàng)新驅動科技賦能 構筑綠色礦采發(fā)展新模式
改造升級為老礦插上騰飛的翅膀
在西山煤電集團西曲煤礦,工人們正在對14307工作面遺煤資源進行開采?!巴ㄟ^對14307工作面重新優(yōu)化設計,工作面的推進長度增加了505米,儲量增加了39.1萬噸,極大地提高了工作面的回收率。”西曲礦生產技術中心副主任寧瑞峰介紹。由于14307工作面處于村莊煤柱區(qū),地質條件比較復雜,掘進過程中除要過煤柱外,還會碰到踩空區(qū)域。為此,技術攻關小組又大膽提出了“一段一策”支護方案,及時調整優(yōu)化各段巷道支護形式,采用錨桿、錨索、鋼筋網等聯合支護方式,安全、科學、合理、高效地提升了支護效率和效果,降低了工人的勞動強度。
在山西省科技重大專項項目的支持下,馮國瑞帶領團隊攻關遺留難采煤炭資源安全綠色高回收率開采關鍵技術。目前,這項技術正在西曲礦投入使用,讓這個老礦再次煥發(fā)生機。“該技術成果擬開發(fā)遺留難采煤炭資源賦存狀況的全方位勘探新技術,構建遺留難采煤炭資源采場殘存瓦斯地面高效協同抽采技術體系,開發(fā)遺留難采煤炭資源采場積水水量和危險區(qū)域的針對性探查方法,研發(fā)超前注漿封堵新材料、新裝置與新工藝,開發(fā)遺煤采場圍巖失穩(wěn)危險域的原位探測技術,構建遺煤開采結構增穩(wěn)—應力調控—物性改良的圍巖失穩(wěn)分源聯動防控技術體系,并力爭形成1個遺煤資源安全綠色高回收率開采的先導工程?!瘪T國瑞介紹到。
該技術是團隊前期山西省技術發(fā)明獎一等獎研究成果的延伸、發(fā)展與拓展。在這方面,研發(fā)了上行復采、露天復采、充填復采和綜放復采等技術方法,實現了“蹬空區(qū)—淺埋深—舊采區(qū)—近距離”等各類賦存條件下難采遺煤開采方法的革新,完善了煤炭資源開采的技術方法體系;首創(chuàng)了遺留難采煤炭資源開采結構充填巖移控制的技術方法,發(fā)明了結構充填“材料開發(fā)—性能優(yōu)化—裝備研發(fā)”的配套工藝,研發(fā)了難采遺煤開采厚硬頂板三位一體的強礦壓消減技術及工作面過煤柱群、侵入區(qū)、陷落柱時的巖層控制技術;提出了不同類型賦存空間內瓦斯地面協同抽采的技術方法,發(fā)明了難采遺煤開采瓦斯協同抽采的配套技術工藝、裝置與系統(tǒng),開發(fā)了超前注漿等水害防治的遺煤開采安全保障技術。
深度開發(fā)向“復雜遺煤”開采探路
在資源整合前,有一些私人或者小煤窯這個地方挖一點、那個地方采一點。整合以后,形成了大量殘采區(qū)上覆整層遺煤或復合殘采區(qū)中層遺煤。
我省遺煤資源儲量占到全國的四分之一。“我們實驗室開展了‘復雜條件下遺棄煤炭資源開采巖層控制基礎理論與關鍵技術研究’,通過這項技術,遺煤資源現在可以安全開發(fā)出來。”馮國瑞介紹說,跟常規(guī)的開采主要差異就在于會出現異常的礦壓現象,摸清楚遺煤開采的巖層結構是精準巖層控制的基本前提。
圖片
“這項成果研究了復雜條件下遺棄煤炭資源開采采場巖層‘應力場—變形場—結構場’的時空演化規(guī)律,掌握了其異常礦壓顯現規(guī)律。”聊起專業(yè)時馮國瑞依然神采奕奕、侃侃而談:此項成果構建了復雜條件下遺棄煤炭資源開采巖層運移預測模型和巖層結構模型,進行了力學解析,揭示了巖層結構機理;構建了復雜條件下遺棄煤炭資源開采可行性判別的理論框架,提出了其開采可行性的定量判定方法;確定了復雜條件下遺棄煤炭資源開采工作面的工藝參數、巷道布置和支護形式,研發(fā)了復雜條件下遺棄煤炭資源開采支架滑倒、傾斜和失穩(wěn)等動力災害的防治技術,提出了復雜條件下遺棄煤炭資源開采柱旁充填巖移控制的技術思路,研發(fā)了柱旁充填材料與工藝,形成了基于電阻率法的充填效果監(jiān)測方法。
據悉,目前,我省已經有20多家煤礦使用了此項遺煤開采技術,其經濟社會效益顯著。
科技支撐推進安全健康發(fā)展
“結構充填是遺煤開采巖移控制的關鍵技術之一。揭示結構充填的耦合承載機理是遺煤開采沉陷防控的核心基礎……”
提及充填開采,馮國瑞笑著說起了實驗室的新技術——“村莊下壓煤柱式結構充填開采理論與沉陷控制關鍵技術”。該成果研發(fā)了村莊下壓煤“下位柱式膏體充填+上位柱旁注漿充填”多層位結構充填開采協同控制地表沉陷的新方法,揭示了村莊下壓煤資源多層位結構充填開采巖層控制的核心機理,掌握了村莊下壓煤資源多層位結構充填開采的礦壓顯現規(guī)律,研發(fā)了村莊下壓煤資源多層位結構充填開采的新材料,開發(fā)了村莊下壓煤資源多層位結構充填開采的關鍵技術工藝,革新了村莊下壓煤柱式結構充填開采沉陷監(jiān)測新技術,評價了村莊下壓煤柱式結構充填開采巖層控制的效果。
結構充填開采作為煤礦開采的發(fā)展方向,一直以來受到充填成本高和充填效率低等影響,難以推廣。結構充填開采技術可以有效避免煤炭開采帶來的地面塌陷,相比短期的資金收入,企業(yè)更看重長久的環(huán)保效益。此項技術對地表開采損害的有效控制,節(jié)約搬遷資金也是十分可觀的。結構充填開采實施消除了礦區(qū)的污染源,節(jié)約了耕地,社會效益也是十分顯著。
創(chuàng)新引領安全高效開采新模式
科技日益發(fā)展的同時,也帶動了礦山災害防治新技術水平的提高。
實驗室開展的“老礦井全空間災害防治新技術及應用研究”,這一核心技術的攻克和創(chuàng)新應用,不僅實現了以廢換“寶”,還大幅提高了礦井的“含綠量”。
“這項研究成果有利于殘采區(qū)瓦斯富集區(qū)域的精準識別,可以指導殘采區(qū)瓦斯地面抽采鉆井井位的選擇和井網的布置,實現遺煤開采的采前瓦斯高效抽采,真正實現‘化害為利’‘變廢為寶’?!瘪T國瑞激動地說。該成果提出了具有創(chuàng)新性的地面鉆井井位層位精準優(yōu)選技術和“低—中—高”變負壓最優(yōu)化調控地面抽采技術,實現了采動區(qū)瓦斯的持續(xù)最大化抽采;提出了老采空區(qū)瓦斯?jié)舛葓龅姆植继卣?,精細劃分老采空區(qū)的瓦斯富集空間,并結合老采空區(qū)含水層涌水量大、殘留瓦斯壓力低等特點,研發(fā)了專門的防水井身結構和老采空區(qū)地面鉆井井位層位優(yōu)選技術;研發(fā)了韌性強、發(fā)泡溫度低、阻燃性高、可隨巖層運動的復合泡沫材料及具體灌注工藝,解決了在采動區(qū)、老采空區(qū)瓦斯抽采,綜采、綜掘面降塵和老礦井采空區(qū)堵漏風等方面的問題。
“作為一名科技工作者,為社會經濟發(fā)展提供必要的技術支撐是歷史賦予的使命和擔當?!瘪T國瑞說,“我們要更加重視原創(chuàng)性的基礎研究,推進顛覆性的技術創(chuàng)新,以學生為中心,全面建設世界一流的礦業(yè)學科?!?
他表示,今后,實驗室將在前期研究工作的基礎上,針對遺煤開采表現出明顯的多元致災效應,聚焦遺煤開采多元災害的孕育機理與科學防控,繼續(xù)深入開展“遺留難采煤炭資源開采與災害防控”的創(chuàng)新性研究,促進降損減沉,推進“綠”“減”“優(yōu)”,助力煤炭開采利用方式實現變革,構筑山西省煤炭工業(yè)的戰(zhàn)略性競爭新優(yōu)勢!
來源:山西科技報