地处太行山南麓、焦作煤田东部的赵固一矿，是河南能源焦煤集团在新乡地区建设的第一对大型现代化矿井，也是焦煤集团产能最大、现代化程度最高的矿井之一。多年来，赵固一矿饱受水害、巨厚冲积层、薄基岩等特殊地质条件影响，严重制约着矿井安全高效生产。
日前，在2024全国煤矿复杂难采煤层开采现场会举办期间，记者从河南省郑州市向北驱车2小时，来到了位于新乡市辉县的赵固一矿。
河南能源焦煤集团赵固一矿矿长王文卫向中国工业报记者介绍，聚焦水害、薄基岩、矿压等灾害治理难题，通过底板水害有效治理、薄基岩开采技术攻关、支护工艺技术革新等举措，赵固一矿创造了顶层工作面日产原煤1.85万吨、底分层工作面日产1.6万吨焦煤的纪录，实现了矿井“一井两面”向“一井一面、顶分层单面单班达产、底分层单面达产”的安全高效生产新模式的转变。
近年来，伴随煤炭资源的深度开发，行业资源接续日趋紧张，多重灾害耦合叠加，地质构造异常复杂。由此带来的一系列复杂难采问题日益凸显，已成为制约煤炭工业高质量发展的重大问题之一。
中国煤炭工业协会党委委员、副会长孙守仁表示，我国复杂难采煤矿数量多、规模大、覆盖面广。“近年来，党和国家鲜明提出并实施了一系列措施，取得了阶段性成效。”
专家表示，我国复杂难采煤层开采的灾害超前治理持续加强，一批代表企业灾害防治能力显著提升，新技术新工艺落地生根。伴随煤炭开采不断走深，多个煤矿转变思路，开始从地面治理井下灾害。
复杂难采：现代煤矿开采的“必答题”
我国煤炭资源禀赋复杂，开采条件千差万别，各种地质构造和自然灾害一应俱全，生产力发展水平极不平衡极不充分。煤炭资源分布差异大，极薄煤层与特厚煤层、近水平与急倾斜煤层广泛分布，复杂地质条件煤层占70%。安徽理工大学国家地方工程研究中心常务副主任、教授薛生介绍，晋陕蒙宁甘区资源储量丰富、开采条件相对简单，生态环境脆弱；华东区煤质优良、煤层较稳定，已转入深部开采；东北区开采地质条件复杂，煤与瓦斯突出等灾害威胁严重；华南区煤层不稳定、构造复杂，突出矿井占全国79.7%，热害问题突出；新青区生态环境脆弱，保水采煤问题突出，冻土区域煤炭开采难度大。
淮南矿区是我国开采深度最深、灾变多元、条件最为复杂的矿区之一，具有高瓦斯、高地压、高地温、高承压水、埋深大“四高一大”特点。目前，矿井水、火、瓦斯、顶板等地质灾害耦合叠加，一方面，矿井相继转入深部开采后，瓦斯赋存条件更加复杂，瓦斯压力更大，要想掌握深部开采瓦斯治理的方法更非易事。另一方面，由于围岩治理的手段、技术、管理不到位，巷道边掘边修、前掘后修、边采边修现象普遍存在，严重影响着矿井生产接替。
“我认为，千米深井下的瓦斯治理和围岩治理是当下复杂难采煤层开采存在的最突出的问题，也是矿井实现安全生产、高效发展、减人提效所面临的最大挑战。”在2024全国煤矿复杂难采煤层开采现场会——煤炭行业第二届矿长论坛举办间隙，淮河能源控股集团潘二煤矿矿长姜自亮接受中国工业报记者采访时表示。
据不完全统计，目前全国涉及复杂难采的煤矿约有1500处，合计产能约20亿吨，占全国煤炭总产能的近40%，遍布所有23个产煤省区，涉及各类开采开拓方式，立井、斜井及综合开拓的井工矿占到近九成。复杂难采煤矿灾害严重，复合性强，治理难度大。从受自然灾害威胁看，共有灾害严重的正常生产煤矿约1128处（不含高温热害和自燃易自燃情形），从地质构造和赋存条件看，各种地质构造应有尽有。
“随着复杂难采日趋常态化，新的重大科技问题急需研究攻关转化。”孙守仁建议：“国家适时出台更加普惠的政策，支持企业可持续发展。”
中国煤炭工业协会会长梁嘉琨提醒，煤矿复杂难采煤层开采不是一般的技术问题，而是一项科学实践，必须以科学的方法面对复杂难采问题。
阶段性成效：一批新技术新工艺落地生根
近年来，我国煤炭资源勘查与地质保障不断增强，“新一轮找矿突破战略行动”加快推进。同时，为响应“向地球深部进军”的号召，我国深部资源开发建设成绩喜人，新理论、新技术和新装备有效解决了复杂条件下煤矿施工、掘进支护和开采难题。
根据现阶段我国煤炭行业发展现状，结合国内外专家学者对复杂难采的研究成果，孙守仁认为，复杂难采煤层主要指那些赋存不稳定、构造复杂或有特殊灾害威胁，在当前开采条件下，开采困难，安全生产受限，需要采取一些特殊的、附加的安全技术措施方能实现开采的煤层。
在深井、高瓦斯、高地压、高地温、复杂构造、复杂水文等条件下，我国煤矿深井建设、掘进、支护取得重大突破，冻结、钻井、注浆等特殊凿井设计施工技术达到国际领先，冻结法凿井技术和井筒地面预注浆最大深度均达到了1000m。攻克了深厚含水砂层深长斜井“冻掘”难题和长距离斜井深埋超长、富水高压、地层多变的“盾构”难题，引入了深井全断面硬岩掘进技术装备。突破了掘支运一体化快掘技术、锚注喷协同支护技术和深部软岩工程耦合支护技术，研发了智能快掘系统，探索了软岩沿空留巷治理技术。提出了深部煤炭原位流态化开采科学构想和冲击地压巷道防冲吸能支护理论。
科技在复杂难采上开花结果，科学家精神在煤海中扎根绽放，复杂难采是“试金石”、也是“大熔炉”。多年来，以张铁岗、袁亮、何满潮、康红普、顾大钊、武强、王双明、王国法、葛世荣、潘一山等为代表的科学家们脚踏实地，攻克了瓦斯治理、水害防治、顶板支护、冲击地压防治等一道道难关，攀上了110工法、保水开采、透明地质、智能化开采等一座座高山，向复杂难采的广度和深度挺进，把各种复杂条件下的采煤变成了现实。
同时，灾害超前治理持续加强，灾害防治能力不断提升，河南能源、中国煤科、山东能源集团、陕煤彬长矿业等一批代表企业灾害防治能力显著提升。
近年来，复杂难采煤矿智能化建设加快实践，“看得见、摸得着、可复制、能推广”的经验场景成功培育：国家能源神东榆家梁矿在较薄煤层综采工作面实践了“采煤工艺编辑+截割模板”远程操控模式；中国中煤大海则煤矿实现了“大埋深、大涌水、大采高、大产量”的2000万吨级矿井常态化智能开采模式；淮河能源朱集东矿在“大采深、高瓦斯、高地压、高地温”地质条件下实现了薄煤层智能化开采；川煤集团斌郎矿突破了复杂煤层最大倾角70°的智能化开采极限；陕煤集团黄陵矿业攻克了0.78m以下极薄煤层智能开采技术装备。
目前，我国复杂条件煤炭安全高效开采水平持续提升，一批新技术新工艺落地生根，一批复杂难采新技术新工艺不断迭代创新：
淮北矿业完成了复杂条件下较薄煤层综采、“三软”特厚综放、近距离煤层联合综放、大倾角仰俯采等项目研发应用。
冀中能源东庞矿克服多断层、厚夹矸、大倾角等困难，在强化现场管理的基础上，成功掌握了从薄到厚再到特厚煤层的自动化开采技术。
中煤平朔东露天矿采取“分层分采、倾斜划分台阶”方式对薄煤层开采。
潞安化工“三下”充填开采和离层注浆技术取得重大经济社会效益。
晋能控股和顺吕鑫煤业的薄煤层在设计时不可回收，在实际生产中对20cm以上夹层煤进行了全部回收，提高了煤炭回收率。
创新实践：复杂难采技术攻关提速
产学研用单位联合攻关，在复杂难采煤层开采取得了积极成效，一批体现行业价值和企业特点的先进复杂难采开采模式不断创新。
中国煤科首席科学家、北京天玛智控副总经理李明忠介绍，制约复杂难采煤层安全高效生产的主要因素有四个方面，即“家底”不清晰、“装备”不适应、“感知”不准确、“控制”不稳定。“复杂难采煤层智能开采的下一步思路，是推动煤矿孪生开采、运用煤矿综采大模型、以AI赋能复杂难采煤层智能化开采等。”
在极复杂难采煤层安全高效开采技术创新与实践中，河南能源集团在碎软低渗突出煤层高效开采技术、冲击-火-瓦斯多灾害耦合特厚煤层高效开采技术、“三下一上”煤层高效开采技术、深井高地应力煤层高效开采技术、巨厚松散层薄基岩煤层高效开采技术进行了探索，积累了丰富的创新实践。
据河南能源集团党委常委、常务副总经理宋录生介绍，为解决14.3亿吨巨量压覆煤炭开采问题，河南能源开展了地面覆岩离层注浆减沉开采试验。目前，该技术已在新义煤矿、义安煤矿、古汉山矿等矿井推广，累计解放赋煤量420万吨，目前正在研究充填开采实验方案。此外，在深井高地应力煤层高效开采技术上，目前河南能源集团已全面推广切顶卸压无煤柱成巷技术，每年留巷超过1万米。
不同赋存条件下，复杂难采煤层综采开采难点也不相同。
位于内蒙古自治区乌海市境内的乌达矿区，地形以剥蚀构造的低山丘陵为主，矿区内无常年河流。矿区内，现有2座井工煤矿及1个采空区综合治理项目。
“我们将总结乌达煤田近距离煤层群开采经验，研究探索桌子山煤田卡布其矿区9号、10号煤层合并可能性，从根本上解决近距离煤层回采巷道掘进支护困难、动压相互干扰影响等难题。”国家能源局集团乌海能源公司副总经理司建军说。
山东地区复杂难采特点鲜明。据山东能源集团鲁西矿业公司总经理助理商登涛介绍，鲁西矿业权属煤矿“三下”（建筑物下、铁路下和水体下）压覆有效可采储量2.96亿吨，占比达60%。随着资源的枯竭，“三下”压煤开采问题成为矿井持续发展亟待解决的主要技术课题。
商登涛表示，在“三下”开采及灾害防治管控模式智能化建设上，鲁西矿业探索出了一系列工作经验。
在川煤集团，煤与瓦斯突出和高瓦斯矿井占比90%，水文地质类型复杂与极复杂矿井占比40%，倾斜和急倾斜煤层占比73.3%，极薄煤层和薄煤层占比45.4%。
“在智能化建设上，川煤集团研发了直驱滚筒采煤机、机头机尾大卧底量和大托底自动辅助推移技术，提出了急倾斜工作面飞矸分区、分阶段控制方法，发明了全过程智能防控技术，消除了急倾斜工作面智能化开采安全风险。”川煤集团科创中心主任、华荣能源总工程师唐峰介绍。
地处四川省达州市高新区境内的斌郎煤矿，以薄煤层居多，在西南地区复杂地质条件矿井中具有较强的代表性。
四川川煤华荣能源有限责任公司斌郎煤矿矿长李浩向中国工业报记者表示，四川煤炭开采的难，用“悬崖上采仙草”作比喻一点不为过。多年来，斌郎煤矿开采的工作面倾角基本都在45度以上，近两年有些工作面倾角更是达到70度，达到了急倾斜采煤的极限。
“2021年，我们在综采设备优化升级、对急倾斜工作面适用功能不断增强以及调采技术日渐成熟的基础上，创新试用俯伪斜开采工艺，彻底解决了急倾斜工作面支架下滑、飞矸伤人及严重损坏设施、设备等具体问题。”李浩说。
来源：中国工业报
