近日，自然資源部發(fā)布2025年版礦產(chǎn)資源節(jié)約與綜合利用先進(jìn)適用技術(shù)目錄，皖北煤電集團(tuán)申報(bào)的松散含水砂層注漿改造與薄基巖煤層控水控災(zāi)開采技術(shù)成功入選。該技術(shù)為我國(guó)松散含水層下薄基巖煤炭資源綠色、安全、高效開采，提供了關(guān)鍵技術(shù)保障，也讓皖北煤電集團(tuán)水害治理實(shí)現(xiàn)了從“躲水”到“治水”的跨越。
“水”與“煤”的兩難抉擇
在皖北煤電集團(tuán)五溝煤礦，第四含水層（簡(jiǎn)稱“四含”）曾是懸在所有礦工頭頂?shù)倪_(dá)摩克利斯之劍，持續(xù)威脅著礦井安全生產(chǎn)。“四含”主要由松散砂層構(gòu)成，不僅富水性強(qiáng)、含水量大，且透水性極高。一旦與下部煤層開采活動(dòng)相互影響，極易誘發(fā)突水、潰砂等重大安全事故，造成難以估量的生命與財(cái)產(chǎn)損失。
“以1010-1工作面原設(shè)計(jì)回采范圍為例，在-285米頂板標(biāo)高以上區(qū)域，‘四含’水體直接覆蓋于薄基巖之上，水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜。若不采取有效的技術(shù)處理措施，根本無法進(jìn)行安全回采。”時(shí)任五溝煤礦總工程師昌修林回憶道，“當(dāng)時(shí)，我們面臨兩難選擇：要么放棄這部分寶貴資源，要么承擔(dān)水害風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)行開采。無論是哪種選擇，都對(duì)礦井可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。”
最初，為了確保開采安全，五溝煤礦不得不留設(shè)高度達(dá)50米的防水煤柱。這相當(dāng)于約20層樓房的高度，導(dǎo)致大量?jī)?yōu)質(zhì)煤炭資源被封鎖于煤柱之中，無法得到有效開采，資源浪費(fèi)現(xiàn)象十分嚴(yán)重。
然而，隨著煤礦開采深度與強(qiáng)度持續(xù)增加，五溝煤礦近含水層煤層采動(dòng)裂隙巖體中發(fā)生的“水—巖”耦合滲流突變致災(zāi)機(jī)制日趨復(fù)雜，突水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加劇。
與此同時(shí)，礦區(qū)煤炭資源儲(chǔ)備日趨緊張，資源匱乏問題日益凸顯。五溝煤礦初步設(shè)計(jì)中留設(shè)的防水煤巖柱所壓覆的煤炭總量2000余萬噸，造成資源損失極其嚴(yán)重，礦區(qū)服務(wù)年限也受到明顯影響。
有效遏制礦井水害事故發(fā)生，保障“煤—水”雙資源類型礦井安全生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)水患威脅近含水層煤層的綠色、高效開采，已成為五溝煤礦亟待破解的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)難題。
此類壓覆煤炭資源具有埋藏淺、勘探程度高、生產(chǎn)系統(tǒng)完善、開采成本較低（如瓦斯含量低、礦壓顯現(xiàn)弱）等顯著優(yōu)勢(shì)。于是，五溝煤礦將薄基巖近含水層煤層安全開采技術(shù)創(chuàng)新作為新礦井潛力挖掘與老礦井延壽革新的重點(diǎn)方向。
把含水層變成隔水層
2020年，五溝煤礦聯(lián)合中煤科工集團(tuán)西安研究院、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，啟動(dòng)《松散含水砂層注漿改造與薄基巖煤層控水控災(zāi)開采》項(xiàng)目，試圖用“注漿”這把“鑰匙”，打開水害的“鎖”。
該項(xiàng)目實(shí)施伊始，團(tuán)隊(duì)面臨的第一個(gè)問題是：松散砂層怎么注漿？“四含”不像堅(jiān)硬巖層，注漿時(shí)漿液容易“跑”，無法形成有效固結(jié)。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，他們提出“擠壓劈裂注漿”思路——通過高壓注漿，把漿液注入砂層，最終達(dá)到“驅(qū)水固砂”的目的。
2020年9月1日，該項(xiàng)目正式開工。
施工過程中，相鄰鉆孔“串漿”（漿液從一個(gè)孔流到另一個(gè)孔）成為最大的難題。“‘串漿’會(huì)導(dǎo)致漿液浪費(fèi)，還影響注漿效果。”該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)施工負(fù)責(zé)人吳燕軍說，他們想出“錯(cuò)位施工、跳孔作業(yè)”的辦法，讓鉆孔“錯(cuò)開”施工，同時(shí)每鉆進(jìn)50米就測(cè)一次孔斜，及時(shí)糾偏。
該項(xiàng)目歷時(shí)191天，施工42個(gè)鉆孔，鉆探進(jìn)尺11790米，注入水泥57742噸、粉煤灰12525噸，相當(dāng)于把20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池的漿液“灌”進(jìn)地下。
“每一個(gè)鉆孔的注漿壓力、流量都要嚴(yán)格控制。”吳燕軍說，“我們堅(jiān)持‘控時(shí)、控壓、控量’三原則，防止?jié){液無效擴(kuò)散，保證每一滴漿液都用在刀刃上。”
注漿效果好不好，得用數(shù)據(jù)證明。注漿結(jié)束后，該礦地測(cè)部門用“地孔物探+孔間物探+井下鉆探”組合拳驗(yàn)證效果。
物探結(jié)果顯示，“四含”層位視電阻率值大幅提高，富水性變?nèi)?；井下鉆探的27個(gè)孔里，取芯全是“水泥+砂”的固結(jié)體，沒有一滴水。“這說明，注漿達(dá)到了‘驅(qū)水固砂’的目的，含水層變成‘相對(duì)隔水層’。”昌修林說。
2023年1月25日，五溝煤礦1010-1工作面試采。這個(gè)工作面的-285米頂板標(biāo)高以上區(qū)域，正是“四含”注漿改造的核心區(qū)。“我們都捏著一把汗，生怕出現(xiàn)問題。”回采班班長(zhǎng)王體章說，“結(jié)果，試采了3個(gè)月，工作面沒有一點(diǎn)淋水，采空區(qū)涌水量只有3立方米/小時(shí)，出水清澈，不含砂。”
截至2023年4月16日，該工作面防塌煤柱區(qū)域安全回采結(jié)束，解放了23萬噸被“困”的煤炭資源，相當(dāng)于為煤礦增加產(chǎn)值1.8億元。“原來留60米煤柱，現(xiàn)在只留23.19米煤柱，資源利用率提高了一大截。”五溝煤礦地測(cè)副總工程師解建說。
據(jù)測(cè)算，該技術(shù)預(yù)計(jì)能讓五溝煤礦從“水困煤層”中回收117萬噸煤炭，增盈11.23億元。兩淮礦區(qū)推廣應(yīng)用該技術(shù)后，預(yù)計(jì)可多回收5億噸煤炭資源。
“下一步，我們將圍繞松散含水砂層注漿改造與薄基巖煤層控水控災(zāi)開采技術(shù)，打造礦區(qū)的‘安全密碼’，助力更多煤礦消除水害威脅。”皖北煤電集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)部有關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
來源：中國(guó)煤炭報(bào)
