打造守護巷道安全的“中國方案”

中國煤炭科工集團開(kāi)采研究院有限公司深部巷道圍巖控制研發(fā)團隊作為我國煤礦巷道支護領(lǐng)域的“國家隊”，始終秉承“引領(lǐng)科技創(chuàng )新 開(kāi)采未來(lái)無(wú)限”的宗旨，緊密?chē)@現場(chǎng)難題開(kāi)展攻關(guān)，持續引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展。團隊獲評“中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì )科技創(chuàng )新團隊”，其學(xué)科帶頭人、集團一級首席科學(xué)家、開(kāi)采研究院總經(jīng)理吳擁政于今年10月榮獲第三十四屆孫越崎能源大獎。面對沖擊地壓、深部高應力、軟巖大變形等復雜地質(zhì)條件巷道挑戰，團隊聚力攻堅，不僅為煤礦安全提供了關(guān)鍵技術(shù)支持，更推動(dòng)我國巷道圍巖控制技術(shù)持續保持國際領(lǐng)先水平，成功打造了守護巷道安全的解決方案。

 

2013年，長(cháng)期飽受沖擊地壓困擾的河南義馬煤業(yè)集團下屬煤礦找到開(kāi)采研究院，請求破解難題。吳擁政和團隊深入礦井，啟動(dòng)“義馬礦區特厚煤層特大斷面強動(dòng)壓巷道圍巖控制技術(shù)及應用”項目攻關(guān)。

 

支護材料是支護系統的關(guān)鍵，面對沖擊地壓巷道支護，現有的支護材料和技術(shù)是否滿(mǎn)足現場(chǎng)需要，是否需要開(kāi)發(fā)新的支護材料和技術(shù)，都是擺在團隊面前的核心問(wèn)題。

 

吳擁政和同事們下決心試試。沿著(zhù)“巷道到底會(huì )受到怎樣的地壓沖擊”的思路，他們著(zhù)手設計、研發(fā)了錨桿力學(xué)性能綜合測試實(shí)驗臺。“完全沒(méi)有經(jīng)驗可借鑒，我們把礦井錨桿支護測試時(shí)的數據全部調出來(lái)，從錨桿受力、圍巖受力、錨桿與圍巖關(guān)系等問(wèn)題入手，倒推設計測試實(shí)驗臺，很長(cháng)時(shí)間進(jìn)展緩慢。”

 

三年時(shí)間，歷經(jīng)數不清的失敗，吳擁政和團隊設計完成國際首套錨桿動(dòng)靜載力學(xué)性能綜合測試系統，能夠用實(shí)驗進(jìn)行模擬測試，揭示了錨桿在井下的受力狀態(tài)及破斷機理。憑借這一成果，義馬煤礦沖擊地壓巷道治理難題迎刃而解。義馬沖擊地壓巷道支護項目獲得2018年中國煤炭工業(yè)科技進(jìn)步一等獎。

 

2021年11月，由開(kāi)采研究院作為第一完成單位，康紅普院士等作為主要完成人的項目“煤礦巷道抗沖擊預應力支護關(guān)鍵技術(shù)”，獲2020年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎。

 

“科研課題既要來(lái)自煤礦一線(xiàn)，也要能夠應用到現場(chǎng)生產(chǎn)中去”

 

2004年起開(kāi)工建設的清水營(yíng)煤礦，軟巖治理成為該礦揮之不去的陰霾。極其復雜的地質(zhì)構造和軟巖支護問(wèn)題讓其經(jīng)歷了從建設到投產(chǎn)，到停產(chǎn)緩建，再復產(chǎn)、投產(chǎn)，又從停產(chǎn)到全面建設的一波三折，十余年始終未能實(shí)現設計產(chǎn)能目標，嚴重制約了礦井的正常運行與發(fā)展。

 

攻關(guān)的難題最終交給團隊。吳擁政帶領(lǐng)團隊去了現場(chǎng)很多次，一次次下井，實(shí)地查看，升井討論方案。在測試不同材料，論證不同工藝后，團隊最終獲得了軟巖巷道圍巖“一水三弱”的劣化特征，揭示了巷道圍巖變形破壞機理；提出了泥質(zhì)弱膠結軟巖巷道圍巖“一隔三強”控制機理，開(kāi)發(fā)了泥化軟巖巷道全斷面支護技術(shù)；提出軟巖巷道治理施工工藝，形成了泥質(zhì)弱膠結軟巖巷道圍巖控制技術(shù)體系，奠定了軟巖巷道多場(chǎng)景使用基礎；提出了軟巖巷道“預制墻體+墩柱”的沿空留巷護巷技術(shù)，開(kāi)創(chuàng )了軟巖礦井無(wú)煤柱開(kāi)采新格局，項目研究成果獲得了2025年度中國煤炭工業(yè)科技進(jìn)步一等獎。

 

2016年，“煤礦千米深井圍巖控制及智能開(kāi)采技術(shù)”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃申報在即，在一次次不分晝夜的立項研討、課題申報書(shū)撰寫(xiě)和修訂中，康紅普院士、吳擁政、姜鵬飛等創(chuàng )新支護理念，發(fā)揚科學(xué)家精神，堅定了“啃下硬骨頭”的決心。

 

經(jīng)過(guò)激烈角逐，2017年，團隊申報項目成功。針對千米深井軟巖強采動(dòng)巷道圍巖大變形這一世界級難題，康紅普院士領(lǐng)銜的研究團隊在國內外首次提出了支護－改性－卸壓“三位一體”協(xié)同控制理念，開(kāi)發(fā)了配套的協(xié)同控制技術(shù)，形成了巷道“支護-改性-卸壓”控制理論與技術(shù)體系，解決了深部高應力巷道大變形圍巖控制難題，為保障強礦壓巷道暢通與穩定提供了技術(shù)途徑，實(shí)現了深部巷道圍巖控制的重大進(jìn)步。目前已廣泛應用于新汶、淮南等10余個(gè)大型深部礦區。

 

近期，國家能源局正式發(fā)布了《煤炭深部資源開(kāi)采中長(cháng)期規劃(2025—2035年)》，千米以深的煤炭資源開(kāi)采面臨一系列嚴峻挑戰，要求有序開(kāi)展深部煤炭資源開(kāi)采試點(diǎn)試驗，強化深部開(kāi)采科技支撐，提升深部開(kāi)采安全保障能力。作為我國煤礦巷道支護理論與技術(shù)的國家隊，在煤礦巷道圍巖控制領(lǐng)域不斷開(kāi)拓創(chuàng )新，筑牢煤礦安全生產(chǎn)根基，團隊責無(wú)旁貸。

 

朝向新的目標，團隊的成員們一如往常，全身心投入地質(zhì)條件復雜的煤礦巷道圍巖控制科研攻關(guān)，駐守煤礦與現場(chǎng)技術(shù)人員的研討交流，深入井下與礦工們并肩作戰中……堅守、突破、前行，于煤礦巷道圍巖控制的科技創(chuàng )新、產(chǎn)業(yè)控制、安全支撐中，扛起央企科研人的職責使命，勇當高水平科技自立自強、建設現代化產(chǎn)業(yè)體系、發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的先鋒，不斷貢獻守護煤礦巷道安全的“中國方案”。