長期以來，峰峰集團(tuán)認(rèn)識(shí)到煤炭集約開采對(duì)企業(yè)發(fā)展的重要意義，他們強(qiáng)力推進(jìn)節(jié)能減排和資源高效利用，依靠技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)手段著力提高煤炭資源回收利用水平，同時(shí)，與科研部門及大專院校合作，加強(qiáng)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(tuán)，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(yán)重。如果開采，地面的不均勻沉降就會(huì)導(dǎo)致建筑物損壞，這對(duì)礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展就會(huì)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(hù)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(tuán)從2003年起，與中國礦大合作，組成了由峰峰集團(tuán)董事長張文學(xué)為組長的課題研究小組，對(duì)“巖層移動(dòng)與變形時(shí)空協(xié)調(diào)控制技術(shù)在深部‘三下’采煤中應(yīng)用”進(jìn)行了深入廣泛的研究。張文學(xué)，現(xiàn)任峰峰集團(tuán)有限公司董事長、中國共產(chǎn)黨第十七次全國代表大會(huì)代表、河北省第十屆人大代表、河北省勞動(dòng)模范、2006年度全國“五一”勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)芦@得者。領(lǐng)導(dǎo)和組織了“巖層移動(dòng)與變形時(shí)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(xiàng)目的實(shí)施全過程。全面負(fù)責(zé)項(xiàng)目的研究、現(xiàn)場試驗(yàn)工作；負(fù)責(zé)方案制定和項(xiàng)目組織、協(xié)調(diào)工作；負(fù)責(zé)組織收集峰峰礦區(qū)已有的地表移動(dòng)觀測資料，進(jìn)行整理、分析、總結(jié)；負(fù)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(dòng)變形規(guī)律研究和村莊房屋損壞情況、分布規(guī)律、動(dòng)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(gè)子課題，即對(duì)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(duì)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(duì)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(dòng)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(jì)”模式，在礦井生產(chǎn)初期，把村莊下采煤問題與礦井設(shè)計(jì)技術(shù)結(jié)合起來，通過開拓布置與開采設(shè)計(jì)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(dòng)局面，為礦井的長遠(yuǎn)發(fā)展創(chuàng)造了條件。二是針對(duì)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(kuò)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(duì)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(jìn)行地表變形的時(shí)空協(xié)調(diào)控制，實(shí)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(shí)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(duì)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(gè)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(gè)工作面，如2個(gè)面同時(shí)全采，則相鄰為5個(gè)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(dòng)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(dòng)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(gè)時(shí)間過程中的變形影響。

　　在研究和實(shí)施過程中，峰峰集團(tuán)和中國礦大把井下開采技術(shù)與房屋的監(jiān)測、保護(hù)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(dòng)參數(shù)模型。實(shí)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(duì)梧桐莊礦原設(shè)計(jì)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(gè)村莊煤柱范圍內(nèi)礦井的開拓水平由3個(gè)變?yōu)?個(gè)，采區(qū)數(shù)由11個(gè)減為5個(gè)，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(jìn)量8400米，節(jié)省上、下山掘進(jìn)量2400米，減少工作面巷道掘進(jìn)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(duì)7個(gè)村莊煤柱進(jìn)行了開采方案設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)分5個(gè)采區(qū)45個(gè)工作面，累計(jì)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(jì)房屋的最大損壞等級(jí)為Ⅱ級(jí)，大部分房屋將出現(xiàn)Ⅰ級(jí)輕微損壞，極少數(shù)房屋可能達(dá)到Ⅲ級(jí)損壞。歷時(shí)5年的開采實(shí)踐取得良好的效果。

　　對(duì)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(diǎn)：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(hù)的村莊由小型到大型；受保護(hù)建筑物要求級(jí)別高；并由單一受護(hù)對(duì)象變?yōu)槎喾N類受護(hù)對(duì)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(jià)由低到高等社會(huì)因素，極易激發(fā)工農(nóng)矛盾，影響和諧社會(huì)建設(shè)。

　　對(duì)此，峰峰集團(tuán)和中國礦大的課題研究小組，首先對(duì)“三下”采煤的全局性戰(zhàn)略進(jìn)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(jì)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(hù)措施與損壞賠償并重”和“協(xié)商、合理、足額補(bǔ)償損害”的協(xié)作思路，實(shí)現(xiàn)了“從被動(dòng)到主動(dòng)，從回避問題到主動(dòng)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(jìn)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(jì)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(jì)、制定了本礦區(qū)兼顧近期接續(xù)和長遠(yuǎn)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(duì)性、多方法、實(shí)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(duì)主要影響因素的綜合和特殊條件的分析，計(jì)算不同地質(zhì)條件下“三下”開采綜合影響系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)“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(tái)。開展了峰峰礦區(qū)“三下”地表移動(dòng)的基本規(guī)律研究，確立了地表移動(dòng)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(dòng)規(guī)律。分析了峰峰礦區(qū)深部村莊煤柱開采實(shí)例，驗(yàn)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(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

　　“巖層移動(dòng)與變形時(shí)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(dòng)與變形時(shí)空協(xié)調(diào)控制技術(shù)”，及其相關(guān)項(xiàng)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(dòng)與變形時(shí)空協(xié)調(diào)控制技術(shù)方法，近7年的實(shí)際應(yīng)用，基本驗(yàn)證了戰(zhàn)略思想的正確性和技術(shù)方法的可行性，實(shí)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(jì)效益和良好的社會(huì)效益。

　　它使“三下”開采技術(shù)由以資源損失為代價(jià)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(jì)新模式和先行規(guī)劃、適時(shí)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(dòng)局面。“三下”開采與礦井設(shè)計(jì)的有效結(jié)合，帶來了“三下”開采的主動(dòng)性和良機(jī)。

　　它有著廣泛的推廣價(jià)值。我國“三下”壓煤量大面廣，全國國有煤礦“三下”壓煤就達(dá)137億噸，許多礦區(qū)可采資源瀕臨枯竭，甚至新建擴(kuò)建礦井也面臨嚴(yán)重的“三下”壓煤問題。峰峰集團(tuán)和中國礦大的研究，對(duì)峰峰礦區(qū)13個(gè)礦井159個(gè)“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(xiàng)成果在峰峰、豐城等礦區(qū)進(jìn)行“三下”開采，累計(jì)出煤731.0萬噸，創(chuàng)產(chǎn)值41.66億元，經(jīng)濟(jì)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(xiàng)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(jì)效益和社會(huì)效益。對(duì)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(bào)