【奮鬥的我】二十年守望,三代人接力,探索綠色開采新模式——記我校優秀創新團隊(卓越團隊)、岩層移動與綠色開采團隊

發布者:李秀發布時間:2022-05-11瀏覽次數:10

如何安全高效綠色開采煤炭,是一代代采礦人接力奮鬥的目標,這其中就有著我校采礦工程學科岩層移動與綠色開采團隊的身影。

20前,錢鳴高院士提出了綠色開采的理念。在錢鳴高院士學術思想指引下,煤炭資源與安全開采國家重點實驗室許家林教授帶領岩層移動與綠色開采團隊近百人經過二十年的奮鬥,研發出了具有自主知識產權的覆岩隔離注漿充填技術,為礦井綠色開采帶來了新希望。

多重損害一注治理

我國長期采用壁式體係采煤法,傳統的長壁式采煤法由於暴露麵積較大,存在著地麵塌陷的問題,一直以來困擾著礦區民眾。無數采礦人不斷尋求控製地表塌陷的更優解。如何在不影響井下作業的前提下,控製地表塌陷?許家林把目光投向覆岩隔離注漿充填技術。

大量理論與實踐研究表明,在礦井下重重疊疊的地層中,“關鍵層”堅硬岩層牽一發而動全身。它對開采過程中的岩層及地表移動起控製作用,礦震災害及地麵塌陷的原因就與關鍵層斷裂密切相關

充填技術正是控製關鍵層不斷裂的源頭技術。覆岩隔離注漿充填技術通過地麵鑽孔向關鍵層下方采動裂隙進行注漿充填,產生“壓下托上”的作用,在關鍵層下方形成支撐體,阻止關鍵層斷裂。

覆岩隔離注漿充填技術在不改變工作麵的采煤工藝與裝備的同時,保證地麵注漿與井下采煤同步實施、相互幹擾小,實現了提高資源回收率、保護含水層資源、減少堅硬岩層下礦震、保護地麵建(構)築物、保護土地與環境、無害化處置煤基固廢等多重目標,激活了我國煤礦綠色開采技術更蓬勃的發展。

無懼質疑做逆行者

上世紀90年代,年輕的岩層移動與綠色開采團隊在礦井實測、實驗分析發現關鍵層對地表沉陷控製作用團隊仔細分析實驗結果,處理現場做的鑽孔探測的數據,充分研究采礦內部岩層運動等理論模型。在行業專家普遍對離層注漿持否定態度和眾人質疑聲中,團隊堅信關鍵層注漿充填新方法是可行的,並不斷尋求適宜覆岩隔離注漿技術實施的“沃土”。

功夫不負有心人,2002年許家林帶領學生前往淮海孜煤礦進行調研時,發現井下整層120米厚的火成岩正是典型關鍵層,控製采煤塌陷減少采動損害的有利條件。許家林教授主動與企業對接,在淮北礦業集團公司多個領導的支持與認可下,團隊多年的構想終於在海孜煤礦落地生根。

大量努力後,團隊完成了理論研究、方案製定,以及矸石粉碎係統注漿係統、充填管路、注漿鑽孔施工工作,但工程試驗過程卻是一帆風順,鑽孔探測顯著離層空間導致項目進程大幅延緩。團隊持續攻關下,發現了覆岩卸荷膨脹累積效應及其對采動裂隙的占作用,創建關鍵層下“壓下托上”的壓實注漿充填新理論,從理論上解決了注漿量少問題

注漿充填實施中,注漿時機把握、漿液密度調整、注漿量壓力調控采注沉匹配平衡,每一個環節、每一個看似很小的參數,都可能導致整個工程失敗。

在模擬漿地層的壓實實驗中團隊反複討論,解決了加壓難題,出了實驗結果;在測量漿在層內的數據時,團隊參考石油領域技術,設計出適用於煤礦監測裝置山上冒雨搭帳篷監測在注漿參數監測與調控時,團隊成員長期住,獲得了第一手數據。學校到礦井,種種艱辛阻擋實現夢想道路的學者。

十年奮鬥終成碩果

2009年,經曆近十年的探索,淮北礦區工地上終於響起了注漿設備的轟鳴聲,這不僅標誌著覆岩隔離注漿充填首次成功實施,還意味著壓煤地區村莊的不再搬遷成為可能,將使飽影響的中東部礦區的煤炭資源發揮更加長足的優勢。“一個科研人員堅守最初的正確的研究方向,隻要持續下去肯定是有所回報的。”軒大洋副教授有感而發,他2009年本直博開始進入團隊,一直專注於覆岩隔離注漿充填方向研究。

“最大的成果就是解決了工程問題。”許家林說道2015年以來,覆岩隔離注漿充填技術陸續山西、山東、河南河北、江蘇、內蒙等地推廣應用。截至目前,累計13礦區成功應用。大幅提高了采煤工作麵效率與采出率,在地表減沉、固廢減排、減震防衝、保水開采等方麵有著良好的應用。覆岩隔離注漿充填是綠色開采技術的重大創新,填補了國內外空白,達到國際領先水平。

在團隊成員的共同努力下,覆岩隔離注漿充填技術已申請獲得國家發明專利20餘項;獲得2012年中國煤炭工業協會一等獎及其他省部級科技獎勵共5項;製定能源行業標準1項2篇次論文入選“中國百篇最具影響國內學術論文”,10篇次論文入選“中國精品科技期刊頂尖學術論文(F5000)”,20餘篇論文發表在《煤炭學報》、《INTERNATIONAL JOURNAL OF ROCK MECHANICS AND MINING SCIENCES》等國內采礦TOP期刊上。

二十年如一日守望礦井綠色開采,岩層移動與綠色開采團隊秉持著對學術一以貫之的嚴謹與熱情,將熱愛寫在了礦區的土地上。未來,覆岩隔離注漿充填技術將在煤礦減沉、減排、減震與保水開采中繼續發力,團隊也會不斷創新實踐、不斷總結完善,用科學理論引領創新發展,以技術力量為“雙碳”目標助力。


新聞來源:大學生傳媒中心 孫明銳 宋佳琪 牛璨攝影:責任編輯:李居銘審核:劉堯

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