中国煤炭报讯  2019年，山西大同煤矿集团3项科技创新项目获得中国煤炭工业协会科学技术奖一等奖。其中，“大同矿区双系煤层开采水气下泄致灾机理及防控技术”项目解决了上覆采空区水气下泄进而困扰矿井安全生产的难题。

  采空区水气下泄带来安全隐患

  大同矿区属于典型的双系煤层开采矿区。简言之，就是煤田属侏罗系与石炭系双煤系赋存，两系煤田间距为100米至300米。目前，同煤集团正逐步将开采阵地由侏罗纪煤系向下部石炭纪煤系转移。

  双系煤层开采在我国并不多见，开采工艺相对复杂，关联到采矿、地质、安全等方面。由于上部侏罗系采空区空间分布复杂，加之石炭系煤层一次性开采空间大，覆岩强度高、破坏力强，一旦采动裂隙与上覆侏罗系采空区沟通，极易诱发采空区积水及一氧化碳等有害气体下泄，给安全生产带来重大隐患。

  要想彻底治理水气下泄难题，就得搞清楚致灾机理，从根本上遏制其发展蔓延，产生危害。

  为此，自2015年起，同煤集团联手河南理工大学开展“双系煤层开采水气下泄致灾机理及防控技术”项目的科研攻关。

  同煤集团派出精干技术队伍，实地钻孔取岩样，做水气浸流试验及应力状态下水气渗透情况分析，研究裂隙岩体的基础渗流特性，得出大同矿区双系煤层间基岩遇水力学性能无显著变化的精准结论;实验室用相似材料，模拟在煤层开采过程中，上覆岩层变化与裂隙的关系等系列试验，综合运用理论分析、数值计算、相似模拟、现场测试等手段，取得了一系列重要成果。

  这些创新成果环环相扣，一步步揭示出致灾机理，让研究人员最终找到了治理方法。“综合治水，首先要清楚采空区积水位置。多层采空区积水综合探测，就是借助地面和井下钻探、物探、工程示意图以及化验水质成分，确定采空区积水分布信息。摸清分布情况就好比准确掌握了‘猎物’位置，接下来就可以采取有效措施。通过‘井下直排——井下深孔探放——地面抽放——上部其他矿井分流排水’的方式精准排水，彻底清除采空区积水隐患。”同煤集团同大科技研究院安全所所长赵君形象地介绍了综合立体治水技术体系。

  赵君介绍，双系采空区流场动态平衡多点调控的矿井通风系统调控方法，是通过人为干预，合理控制有害气体下泄和工作面漏风情况，通过研发成功的特厚煤层工作面流场局部动态平衡自动控制系统成套装备，构建双系多层采空区下特厚煤层安全开采技术体系。

  摸清水气下泄致灾机理

  重要成果的问世，靠的是研究团队的众志成城和艰辛付出。

  前期实验期间，研究人员需要在实地钻孔观测井下开采过程中的岩层变化。他们用钻孔电视下探至纵深500米左右，观察工作面作业推进时不同时段采空区水气下泄情况。

  彼时，正值寒冬，北风裹挟着工程测量车，车内温度接近室外。作业人员赵君、滕东方等人蹲守在寒风刺骨的山顶，屏气凝神，通过设备传输回来的资料，观察分析水气下泄对不同层次岩层的影响。作业人员每观测一次约耗时三四个小时，要持续观测至少四五次以上，才能掌握工作面推进的不同时段受影响岩层水气下泄的变化情况。

  掌握了水气下泄致灾机理和对应的相关数据后，同煤集团科研团队结合以往的作业经验，准确判断老采空区积水分布情况，进而建立起“并下直排——井下深孔探放——地面抽放——上部其他开采矿井分流排水”的综合立体治水排水技术体系，有效治理了特厚煤层开采中的水害问题。

  同时，同煤集团研发出特厚煤层工作面流场局部动态平衡自动控制系统成套装备，通过多点调控，监测有害气体、风量、风速等数据，有效控制了有害气体下泄和工作面漏风现象，保证安全生产。

  安全和经济效益显著

  “大同矿区双系煤层水气下泄致灾机理及防控技术”项目研究于2018年12月全面完成。2016年8月，同煤集团在同忻矿8106工作面推广应用了这一技术。

  8106工作面与，上覆采空区距离较近。实施多点调控整体平衡通风技术后，8106 工作面在后续开采中实现了实时预警和控制气体下泄，进而保证了工作面的安全回采。2018年，同忻矿8309工作面开始回采。此工作面上覆14号煤采空区间距220米。工作人员通过应用“双系煤层开采水气下泄致灾机理及防控技术"，根据前期钻孔得到的结论和风量监测结果制定相应措施，使上覆采空区积水及有害气体得到控制，没有影响矿井安全生产。

  2017年，8106工作面回采了1152米，相当于工作面增加原煤产量54.9228万吨，新增利润6000余万元；2018年，节约通风设备费用500万元，节约排水设备及工程费用2000万元，直接创效2500万元。

  “大同矿区双系煤层开采水气下泄致灾机理及防控技术”带来的长远利益值得关注。该项目的成功应用，有效解决了双系煤层开采过程中水气下泄致灾问题，进一步提升了矿井及人员安全系数，为同煤集团整体安全高效可持续发展提供了坚实有力的保障。