長期以來，峰峰集團認識到煤炭集約開采對企業(yè)發(fā)展的重要意義，他們強力推進節(jié)能減排和資源高效利用，依靠技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟手段著力提高煤炭資源回收利用水平，同時，與科研部門及大專院校合作，加強采煤新技術(shù)、新工藝研究。具有1300萬噸煤炭生產(chǎn)規(guī)模的峰峰集團，近年來采煤回收率始終保持在87％以上。

　　“三下”采煤事關(guān)全國性的煤量解放

　　解放“三下”煤量（即建筑物、鐵路、水體下賦存的煤炭資源）是我國煤炭行業(yè)面臨的重大研究課題之一。在我國大部分煤礦，特別是中、東部礦區(qū)的“三下”壓煤十分嚴重。如果開采，地面的不均勻沉降就會導(dǎo)致建筑物損壞，這對礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展就會造成不利影響。而傳統(tǒng)的“三下”開采技術(shù)是通過條帶開采、充填開采、搬遷開采等部分開采來減少沉降、保護建筑物的。這些開采方式存在著資源損失大、成本高、效率低等弊端。

　　峰峰礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤炭賦存條件極差。為了更多地把有限的煤炭資源開采出來，峰峰集團從2003年起，與中國礦大合作，組成了由峰峰集團董事長張文學(xué)為組長的課題研究小組，對“巖層移動與變形時空協(xié)調(diào)控制技術(shù)在深部‘三下’采煤中應(yīng)用”進行了深入廣泛的研究。張文學(xué)，現(xiàn)任峰峰集團有限公司董事長、中國共產(chǎn)黨第十七次全國代表大會代表、河北省第十屆人大代表、河北省勞動模范、2006年度全國“五一”勞動獎?wù)芦@得者。領(lǐng)導(dǎo)和組織了“巖層移動與變形時空協(xié)調(diào)控制技術(shù)及其在深部‘三下’采煤中的應(yīng)用”項目的實施全過程。全面負責(zé)項目的研究、現(xiàn)場試驗工作；負責(zé)方案制定和項目組織、協(xié)調(diào)工作；負責(zé)組織收集峰峰礦區(qū)已有的地表移動觀測資料，進行整理、分析、總結(jié)；負責(zé)峰峰礦區(qū)全局性戰(zhàn)略研究；參加研究深部非充分開采地表的移動變形規(guī)律研究和村莊房屋損壞情況、分布規(guī)律、動態(tài)變形規(guī)律研究及村莊下壓煤開采技術(shù)研究。

　　由張文學(xué)董事長領(lǐng)導(dǎo)的該研究課題分幾個子課題，即對新建礦井密集村莊下深部壓煤協(xié)調(diào)式跳采技術(shù)研究、對峰峰礦區(qū)“三下”采煤全局性戰(zhàn)略與技術(shù)途徑的研究。

　　新建礦井密集村莊下深部壓煤協(xié)調(diào)式跳采技術(shù)的研究

　　一是針對新建礦井梧桐莊礦村莊大量壓煤而造成全礦“面面壓煤、無從開采”的被動局面，提出“新建礦井立足礦井全局、以村莊下采煤為中心的規(guī)劃設(shè)計”模式，在礦井生產(chǎn)初期，把村莊下采煤問題與礦井設(shè)計技術(shù)結(jié)合起來，通過開拓布置與開采設(shè)計優(yōu)化，為村莊下開采創(chuàng)造了良好的技術(shù)應(yīng)用環(huán)境，扭轉(zhuǎn)了被動局面，為礦井的長遠發(fā)展創(chuàng)造了條件。二是針對新建礦井的村莊壓煤，提出了“早期規(guī)劃、科學(xué)布局、先行開采”新思路，規(guī)劃形成了良性的接續(xù)勢態(tài)，改變了以往大多數(shù)礦井在生產(chǎn)后期面臨的周邊開采條件復(fù)雜、孤立煤柱變形加劇、村莊面積自然擴大、壓煤量大幅增長的村莊下開采不良狀況。三是為了全面解決梧桐莊礦周邊村莊壓煤及其相關(guān)問題，針對深部開采條件，提出了村莊下協(xié)調(diào)式跳采技術(shù)。其技術(shù)思路是：以村莊煤柱為中心，構(gòu)建協(xié)調(diào)一致的開采邊界；利用深部非充分開采原理，通過工作面尺寸優(yōu)化和開采順序調(diào)整，進行地表變形的時空協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)全煤柱開采。具體包括：以村莊煤柱為中心，布置大采區(qū)和長工作面，構(gòu)建協(xié)調(diào)一致的開采邊界。實行多煤柱的協(xié)調(diào)布局與聯(lián)合開采，減少村莊下的長期開采邊界。對村莊下壓煤分階段跳采，第一階段跳采工作面，按照非充分開采原理控制采寬，地表處于極不充分開采狀態(tài)，多個工作面跳采形成基本協(xié)調(diào)的下沉淺盆地。第二階段同步或盡量同步全采間隔煤柱，間隔煤柱寬度應(yīng)使跳采全采相鄰3個工作面，如2個面同時全采，則相鄰為5個面。全采階段，已采的跳采面的殘余沉降以及受相鄰全采面擾動引起的二次沉降，在空間上與全采面自身的開采沉降疊加，使兩階段之間協(xié)同沉降，形成較大面積的平緩深盆地，村莊處于地表靜態(tài)下沉盆地中央。

　　協(xié)調(diào)式跳采的結(jié)果是，地表移動變形分次分階段發(fā)生，縮小了大變形的范圍，減緩了變形速度，從而大大降低了處于下沉盆地中央的村莊房屋在煤柱開采整個時間過程中的變形影響。

　　在研究和實施過程中，峰峰集團和中國礦大把井下開采技術(shù)與房屋的監(jiān)測、保護措施相結(jié)合，保障房屋的安全使用；采用新建房屋抗變形技術(shù)，解決村民建房問題。

　　他們還依據(jù)深部非充分開采原理和協(xié)調(diào)式跳采技術(shù)，建立了基于寬深比的非充分開采地表移動參數(shù)模型。實踐證明，按照新建的梧桐莊礦礦井村莊下采煤規(guī)劃新模式和新戰(zhàn)略，通過對梧桐莊礦原設(shè)計開拓系統(tǒng)的改造與采區(qū)布局優(yōu)化，使得該礦周邊7個村莊煤柱范圍內(nèi)礦井的開拓水平由3個變?yōu)?個，采區(qū)數(shù)由11個減為5個，從而大幅度地優(yōu)化了礦井生產(chǎn)系統(tǒng)。礦井開拓系統(tǒng)的改造和采區(qū)重劃將節(jié)省大巷掘進量8400米，節(jié)省上、下山掘進量2400米，減少工作面巷道掘進量15300米，減少工作面搬家26次，減少巷道煤柱量375.8萬噸。

　　按照協(xié)調(diào)式跳采技術(shù)原理，對7個村莊煤柱進行了開采方案設(shè)計。設(shè)計分5個采區(qū)45個工作面，累計開采面積為795.1萬平方米，村莊煤柱的面積采出率平均為94.0%%，可采優(yōu)質(zhì)肥煤3046.3萬噸，預(yù)計房屋的最大損壞等級為Ⅱ級，大部分房屋將出現(xiàn)Ⅰ級輕微損壞，極少數(shù)房屋可能達到Ⅲ級損壞。歷時5年的開采實踐取得良好的效果。

　　對于峰峰礦區(qū)“三下”采煤全局性戰(zhàn)略與技術(shù)途徑的研究

　　峰峰礦區(qū)“三下”壓煤有其基本特點：開采條件由淺至深，由100米—300米到大于400米；工作面由短窄型逐步變向?qū)掗L型，走向長由300米—500米到走向長2000米；受保護的村莊由小型到大型；受保護建筑物要求級別高；并由單一受護對象變?yōu)槎喾N類受護對象交互存在、煤柱相連；地質(zhì)條件由簡單到復(fù)雜。除地質(zhì)條件外，煤價由低到高等社會因素，極易激發(fā)工農(nóng)矛盾，影響和諧社會建設(shè)。

　　對此，峰峰集團和中國礦大的課題研究小組，首先對“三下”采煤的全局性戰(zhàn)略進行了研究，提出了“立足全局、規(guī)劃方向、分類指導(dǎo)”的戰(zhàn)略思想和“大膽、穩(wěn)妥、安全、效益”的基本原則，確定了“兼顧經(jīng)濟效益與可持續(xù)高采出率”的“三下”采煤戰(zhàn)略目標(biāo)，明確了“開采技術(shù)、保護措施與損壞賠償并重”和“協(xié)商、合理、足額補償損害”的協(xié)作思路，實現(xiàn)了“從被動到主動，從回避問題到主動解決問題，從以‘保留’或‘放棄’為主到積極協(xié)商互惠互利”的戰(zhàn)略思路與工作模式的轉(zhuǎn)變。

　　其次，進行了新形勢下“三下”開采技術(shù)途徑研究。決定以“資源挖潛、采留結(jié)合、緩急有序”作為設(shè)計思想，通過“突破傳統(tǒng)、大膽創(chuàng)新、提高采出率”的技術(shù)途徑，設(shè)計、制定了本礦區(qū)兼顧近期接續(xù)和長遠安排的“三下”采煤全面的規(guī)劃，提出以“深部協(xié)調(diào)式跳采、新型充填開采、大條帶充填開采、條采區(qū)二次開采”等新技術(shù)手段作為基本技術(shù)取向，為“三下”采煤工作指明了“創(chuàng)新性、針對性、多方法、實用可行”的技術(shù)方向。

　　第三，他們建立了“三下”開采，主要是建筑物下采煤的方法的模型，通過對主要影響因素的綜合和特殊條件的分析，計算不同地質(zhì)條件下“三下”開采綜合影響系數(shù)，從而實現(xiàn)了對“三下”開采方法的優(yōu)選，避免了決策上的盲目性。建立了“三下”采煤地理信息系統(tǒng)，匯聚了“三下”采煤基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)，形成了各類專題圖件，為全礦區(qū)“三下”采煤工作搭建了信息平臺。開展了峰峰礦區(qū)“三下”地表移動的基本規(guī)律研究，確立了地表移動基礎(chǔ)參數(shù)。初步總結(jié)了峰峰礦區(qū)深部開采、厚松散層開采、條帶開采等特殊開采條件下的地表移動規(guī)律。分析了峰峰礦區(qū)深部村莊煤柱開采實例，驗證了協(xié)調(diào)式跳采等高采出率技術(shù)的可行性，取得了巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。

　　“巖層移動與變形時空協(xié)調(diào)控制技術(shù)”取得創(chuàng)新性的成果

　　利用“巖層移動與變形時空協(xié)調(diào)控制技術(shù)”，及其相關(guān)項目的研究，提出了深部“三下”開采戰(zhàn)略思想和技術(shù)途徑，提出了巖層移動與變形時空協(xié)調(diào)控制技術(shù)方法，近7年的實際應(yīng)用，基本驗證了戰(zhàn)略思想的正確性和技術(shù)方法的可行性，實現(xiàn)了深部“三下”壓煤的高采出率回采，取得了巨大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。

　　它使“三下”開采技術(shù)由以資源損失為代價的傳統(tǒng)措施，走向以協(xié)調(diào)式跳采為特征的安全、高效、高采出率開采技術(shù)，為我國“三下”采煤，特別是村莊下深部壓煤開采開辟了新的途徑。

　　它提出以村莊下采煤為中心的礦井設(shè)計新模式和先行規(guī)劃、適時有效開采，改變了以往把“三下”采煤工作置于礦井生產(chǎn)后期考慮的被動局面。“三下”開采與礦井設(shè)計的有效結(jié)合，帶來了“三下”開采的主動性和良機。

　　它有著廣泛的推廣價值。我國“三下”壓煤量大面廣，全國國有煤礦“三下”壓煤就達137億噸，許多礦區(qū)可采資源瀕臨枯竭，甚至新建擴建礦井也面臨嚴重的“三下”壓煤問題。峰峰集團和中國礦大的研究，對峰峰礦區(qū)13個礦井159個“三下”煤柱的3億多噸壓煤、江西省豐城礦區(qū)坪湖礦的巖溶水體和建筑物下600萬噸壓煤的開采有直接的指導(dǎo)作用。2004年3月至2007年2月應(yīng)用本項成果在峰峰、豐城等礦區(qū)進行“三下”開采，累計出煤731.0萬噸，創(chuàng)產(chǎn)值41.66億元，經(jīng)濟效益27.07億元。他們的方法也為解決我國深部“三下”開采問題提供了新的途徑。本項目成果在長廣、兗州、淄博、雞西、銅川等礦區(qū)推廣，也取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。對我國中、東部類似條件（中厚煤層、大采深）礦區(qū)有廣闊的推廣前景。

來源：科技日報