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煤炭回收開采技術取得重大突破

 西安科技大學王曉利教授團隊經過十多年的產學研攻關,完成的“基于柔模支護的煤礦安全高回收開采關鍵技術與裝備研發及工業化應用”項目,有效解決了無煤柱開采沿空留巷支護難度大、機械化作業水平低和采空區充填體強度低等難題,在50余座礦井成功應用 ,實現了煤炭安全高回收開采技術的重大突破。日前,該項目榮獲2018年國家科技進步二等獎。


突破難題 研發新技術
我國煤炭行業發展很快,但是還有許多有待于進一步優化之處,即使是在最先進的技術下,煤炭開采過程中煤炭的回采損失仍然在10%左右。如何實現煤炭完全開采?國內一直沒有規?;瘧玫某墒旒夹g。學礦建的王曉利,1982 年畢業留校后一直致力于煤炭完全回采方面的研究。
“從生產過程來說,要把煤炭盡可能多地采出來,就要實行無煤柱開采。我們采用柔?;炷翉秃喜牧?,隨著工作面回采,在采空區邊緣澆筑一道連續密閉的混凝土墻體,將巷道保留下來,為下一個工作面服務,利用混凝土墻體置換區段煤柱,提高煤炭回采率,利用柔?;炷翉秃喜牧?,將這部分損失的煤炭更安全有效地采出來。”王曉利說, 該個技術的原理、構想不簡單,要工業化應用更難。該技術最基礎和關鍵的部分在于研發具有透水不透漿特性的柔模,將混凝土注入柔模后,水能流出來,但水泥不能流出來。
為此,他和團隊做了上百次試驗,利用水與水泥透過柔??紫兜牟町愋?,通過不斷調整柔模的孔徑與孔隙率,最終實現了柔模的透水不透漿特性。柔模要在井下使用,還要具有阻燃和抗靜電的特性。 在紡織行業,使紡織材料單獨實現阻燃或抗靜電,較容易。但要同時具有上述兩種特性,又要保證高強度、透水不透漿卻很難。經過幾年反復探索,王曉利團隊最終研制出復合型阻燃抗靜電劑,開發了阻燃抗靜電纖維紡紗工藝,攻克了透水不透漿的高強度纖維布織造技術難題,發明了三維紡織結構柔性模板。
在此基礎上,王曉利團隊建立了柔?;炷潦┕ぷ鳂I線,開發出柔?;炷林苽漭斔蜋C組與沿空留巷自動圍護裝備,填補了國內外相關方面的空白。
提高煤炭回收率10%以上
最初研制柔模,是為了將其用在巷道砌碹支護上。2007 年,王曉利團隊將柔模應用于紅柳煤礦大斷面緩坡副斜井的支護項目中。這是國內外首次將柔模用于地下支護工程領域,該項目取得了巨大成功。
沿空留巷是緊跟工作面回采,通過巷旁支護將回采巷道保留下來,這就需要在緊跟回采工作面在端頭支架后方的采空區側作業,施工難度大,而采空區矸石易竄入作業空間,威脅作業人員的人身安全。
2009 年,柔模支護成套技術首次應用于羊渠河煤礦沿空留巷。柔模支護成套技術解決了沿空留巷采空區漏風的難題。利用柔模支護體將區段煤柱置換出來,實現了無煤柱開采,既不影響正常采煤,又能使留巷護得住。
柔模支護技術在沿空留巷的成功應用,受到了業內專家的廣泛關注。此后,柔模支護成套技術一直在刷新沿空留巷中的應用紀錄。2012 年,柔模充填開采技術在陜煤化集團榆陽煤礦進行了試驗,實現了采煤與充填平行作業,工作面產量大幅度提高。
2015 年,柔模支護成套技術在陜煤化集團黃陵礦業公司雙龍煤礦進行試驗,成功穿越采空區190 米。很多人不敢做這個項目,最終王曉利團隊做成了。試驗成功意味著可以用柔模支護技術穿越采空區為復采創造條件,回收廢棄煤炭資源。
據了解,柔模支護成套技術已經在50多個煤礦得到應用。據不完全統計,截至目前,應用該技術已減少回采巷道54000 余米,多回收煤炭700 余萬噸,提高煤炭回收率10%以上,創造經濟效益8 億元以上。
一項技術只有足夠簡單,才可能被推廣下去,從難到易是一個艱難的創新過程。王曉利團隊一直在嘗試將柔模支護成套技術變得更簡單,更利于一線礦工操作。
談到團隊未來的目標,王曉利表示:“未來該技術的發展方向是實現自動掛設柔模,進一步簡化工藝,同時還計劃對采空區的煤礦進行復采,回收采空區煤柱。”

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