来源:中国能源网
随着煤炭开采全面向深部进军,冲击地压已成为制约深部资源安全高效开采的重要难题。在煤炭深部开采动力灾害防治技术研讨会暨中国中煤煤矿冲击地压防治工程研究中心建设推进会上,中国工程院院士王双明指出,煤炭工业与地质条件关系极为密切,而地质条件最大的特点就是变化性快——从垂向上到横向上随时都在变化。他呼吁加强基础理论研究,建立冲击地压“指纹库”,并呼吁国家层面建设“科学研究矿井”,为防治技术从实验室走向工程应用打通最后一公里。
入地更难:两个“可变”构成防治困境
冲击地压是煤矿井下巷道或工作面周围煤岩体弹性变形能瞬间释放而产生的突然、剧烈破坏的动力现象,常伴有煤岩体瞬间位移、抛出、巨响及巨浪,可摧毁井巷设备、造成人员伤亡,并诱发次生灾害,被业内称为煤矿“隐形杀手”。随着开采深度和强度不断增加,这一灾害在鄂尔多斯等西部矿区受到高度关注。
“过去我们都喊‘上天容易入地难’,后来探讨以后,大家最后说——上天不易,入地更难。”王双明表示,涉及地质工作的矿产开发,实际上比航空航天工程难度更大。这一判断源于煤炭开采面临的客观地质复杂性。
在王双明看来,冲击地压防治之所以困难,根本原因在于两个“可变”叠加。其一,煤层上覆岩层的厚度、层数、岩性随工作面推进每天都在变化,不同岩性具有不同力学性质;其二,采掘工程本身是动态的,今天在A点,明天推进到B点。“这两个可变的东西结合到一块,它致灾的规律实际上到现在没有完全搞清。”王双明指出,这也是煤矿安全长期面临重大挑战的核心原因之一。
他进一步分析,冲击地压的本质是人工扰动了原本稳定的岩层系统,在岩层中形成应力集中——这与天然地震的原理类似。地震是地球运转过程中在岩石圈形成应力集中后发生的地质现象,而冲击地压是人类采矿过程中对岩层扰动后形成的应力集中导致的事件。“地震大家都知道发生在地震带上,但在带上的什么部位、什么时间、以多大强度发生,到现在并没有解决好。冲击地压也是一样——我们知道它可能在什么条件下出现,但具体的时间、地点和强度,仍有待进一步突破。”
指纹库构想:从个案解剖到规律预测
面对这一世界性难题,王双明提出了一个创新性思路——建立冲击地压“指纹库”。这一构想借鉴了公安部门指纹数据库的理念:通过对已发生冲击地压地点的地质条件进行系统解剖,建立起类似指纹一样的特征数据库。
具体而言,如果某地发生了冲击地压,就需要详细记录其地质条件参数:煤层厚度、上覆岩层厚度、砂岩层数及力学性质、工作面推进到该位置时的具体参数等。将这些信息建立成数据库后,遇到未开采地区具备类似地质条件时,就可以预测冲击地压风险,提前采取预防措施,"把冲击地压对煤矿生产的影响降到最小"。
王双明同时指出,当前冲击地压防治已取得重大突破,尤其是在工程实践层面。最大进展在于许多矿区采取了将煤层上覆坚硬岩层——即可能形成应力集中的岩层——进行压碎处理的技术,破坏岩层原有结构,使应力集中不形成或少形成。这一方法已被证明有效,但“从工程的角度,难度也很大,成本也很高”。这恰恰说明,基础研究的支撑不可或缺——只有从机理层面摸清规律,才能实现更精准、更低成本的防治。
工程验证:呼唤"科学研究矿井"
王双明反复强调“工程验证”的不可替代性。他认为,目前冲击地压研究从工程角度已取得明显进展,但下一步的关键在于提供现场工程实验条件。“必须建科学研究的矿井。”他呼吁国家层面在冲击地压多发的矿区专门部署科研矿井,像正常生产矿井一样划分盘区和工作面,进行不同类型的地压工程研究。
他进一步解释,实验室研究出来的防治技术必须到矿井现场进行工程实验,这一步至关重要。如果没有工程实验环节,成果转化速度会受到制约。他此前曾向国家有关部门建议,为煤矿开设科学研究专项通道,为防冲技术的工程验证提供条件。“我们研发出来的一些防冲技术,可以在煤矿上及时进行工程实验,有利于项目尽快落地。”
王双明还从地质勘探的经验出发阐述这一理念。“我们过去找煤,最后是钻探说了算——地质研究可能预测了煤层的赋存范围,通过普查圈定了范围,但最后要钻探把煤芯拿上来才能确定。冲击地压研究也一样,除了基础研究外,现场的工程验证非常重要,如果不及时跟进,技术研究出来后就会受到影响。”
区域适用:成果推广有“地质边界”
对于中国中煤在鄂尔多斯布局的工程研究中心能否将成果推广至全国,王双明给出了审慎乐观的回答。他认为,类似地质条件的地区可以推广,但“地质技术运用都有条件限制,条件相似才能用,用的过程中还得调整”。换言之,鄂尔多斯盆地的防治经验可以辐射至周边相似矿区,但换到地质条件差异较大的地区则需要针对性研究。
王双明对“透明地质”概念持务实态度。在他看来,地质条件复杂多变,完全“透明”在当前技术条件下尚有难度,但通过系统的基础研究和数据积累,可以逐步提升地质认知精度,逼近这一目标。
王双明对工程研究中心的建设给予高度肯定。“这个中心建设是非常有必要的,标志着我们把生产和科研结合起来,这是非常重要的进步,也是发展的重要方向,应该说是新质生产力的一个典型代表。”他表示,中心的建设标志着煤炭行业产研结合迈入了新的阶段,必将起到重要的引领作用。“自己作为煤炭行业一个老兵,也愿意和大家一块支持这个中心,把它建好,把中国煤炭工业发展好。”
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