当前，我国煤矿开采逐渐走向深部，矿井最大开采深度已达到1500米，超过700米的矿井有130余处。随着煤矿开采由浅入深，瓦斯、顶板、水害、火灾、热害等级不断加大，灾害叠加，治理难度陡增。


煤炭是我国第一大能源。今年政府工作报告指出，发挥煤炭、煤电兜底作用，确保经济社会发展用能需求。这说明以煤为主的格局在很长一段时间不会改变。


目前，我国已探明的煤炭资源量超过5.9万亿吨，其中深部资源（千米以下）占比超过50％。这意味着，未来将有更多的矿井进入深部开采。进入深部开采后，地质条件和煤层赋存条件越来越复杂。在高瓦斯、高地压、高地温、高承压水等复杂开采条件下，各类灾害风险加剧，开采环境、技术装备、灾害防治等面临前所未有的挑战。如何在地球深处安全采煤，是迫在眉睫、必须答好的重大课题。



深部开采面临的问题和挑战


随着浅部资源开采不断推进，煤矿开采深度正以每年10米至25米的速度增加。煤矿深部开采面临的问题隐患比浅部开采复杂得多。


进入深部开采后，部分煤矿将从低瓦斯矿井向高瓦斯、突出矿井演变，瓦斯灾害越来越严重，冲击地压风险将显著增加，并且会出现煤与瓦斯突出和冲击地压相互耦合的新煤岩动力灾害。地压增加、瓦斯压力增大、承压水压变高、地温升高的客观现实，极易诱发系列生产安全事故，有些煤矿会出现多种灾害耦合叠加的情况。


地应力随着开采深度的增加而增大。浅部较硬的围岩到深部后形成工程软岩，表现出应变软化、强烈扩容性等特点，巷道岩体强度降低，影响巷道稳定性。深部矿井岩体由于高应力和高地温作用，其特征发生明显变化，高渗透压力极易引发地质灾害。


我国煤矿地质、水文地质条件复杂，随着奥灰水压持续升高，承压水问题严重，突水几率随之增加。在高地温环境下，煤层原始温度和岩层温度增高，“热风压”增大，煤体自身氧化放热强度、耗氧速度增强，增加煤体自燃的危险性。


由浅部进入深部，深井煤岩非线性行为、高应力和高能级灾害、深井煤岩体多场耦合、深井岩层移动传导复杂度等更加凸显，现有的适用于浅部煤层群开采的灾害治理传统理论和技术将不适用甚至被颠覆。灾害防治将面临现有灾害致灾原理与模型不适用、灾害防治技术与装备不适用、灾害研究方法与手段不适用、低损害开采控制技术不适用等前所未有的挑战。例如，煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害机理研究仍需深入，隐蔽致灾因素探测技术可靠性和精度不足，老空水、顶板水等灾害智能监测预警技术问题尚未彻底解决，深部开采的安全技术需进一步研究和完备等。


与此同时，煤矿智能化建设进展不平衡，一些煤炭企业在智能化建设上投入不足。智能装备和煤矿机器人等新型装备的环境适应性有待提高，遇到深部开采和复杂地质构造时需要大量人工干预，新产品的设计还需要迭代升级。



加强深部开采矿井指导帮扶


煤矿深部开采的风险挑战躲不过、绕不开，必须从政策、监管、技术、人才等方面发力，将风险防范各项工作想在先干在前。


煤矿深部开采对安全监管提出新要求。要尽快制定和完善煤矿深部开采的安全法规、安全标准，规范深部开采安全管理。特别是对隐蔽致灾因素普查不到位、走形式、不认真以及采掘失调等违法违规行为，进行依法打击。继续执行“三限”措施，科学限制深部开采矿井的开采深度、开采速度、开采煤量，降低开发强度。对采用新技术、新手段降低深部开采风险的煤炭企业，出台税收优惠、补贴等激励政策。


煤矿深部开采给煤炭企业安全生产带来巨大挑战，地方政府和相关部门要加强指导帮扶。要指导帮扶企业优化生产系统，保证矿井生产布局合理，建立健全以总工程师为首的“一通三防”安全技术管理体系，严格煤矿安全生产中的矿井通风、防治瓦斯、防治煤尘、防火灭火的技术管理措施。要指导帮扶企业加强对深部开采区域的风险评估和预警，建立煤矿深部开采安全信息共享平台，整合相关安全数据和信息资源，提供给企业和从业人员参考，便于其提前做好安全防范措施。要指导帮扶企业及时制定详细的深部开采事故应急预案，定期组织演练，提高企业对深部开采事故灾害的应急处置能力。


各煤炭企业深部开采能力不同，遇到的灾害风险类型也有差异，相关部门要积极开展深部开采煤矿安全保障能力调研，全面掌握深部开采煤矿安全生产状况、重大灾害情况等，摸清底数、掌握情况，提出改进措施，精准施治。研究建立煤矿深部开采重大灾害治理专项基金，同时提高深部开采煤矿安全费用提取标准，提升重大灾害防治能力。


从长远看，国家层面要制定煤炭资源开发长期规划，引导煤炭产业向安全、高效、环保的方向发展。在确保安全生产和生态环保的前提下，优化总体布局，支持煤炭储量大、埋藏浅、开采条件好的资源富集区优先释放产能，鼓励提高露天煤矿开采比例等。


加强科技攻关保障开采安全


智能化、无人化开采，是煤矿深部开采的发展方向。科技手段是应对深部开采风险挑战的“法宝”。


对煤炭企业而言，治理深部开采风险隐患，最大受益者是企业自身。要加大安全生产投入，深入开展安全生产科技攻关、成果转化和推广应用，实现重大灾害超前治理。抓住发展新质生产力、大规模设备更新等契机，加快生产设备更新升级，推动以机械化生产替换人工作业、以自动化控制减少人为操作，提升煤矿安全生产治理能力和煤机装备现代化水平。


已经进入深部开采的煤炭企业，要通过加强技术创新和研发，推动数字化、智能化技术在深部开采中的应用。利用先进的探测技术和设备，加大对矿山地质的勘探力度，全面查清3年至5年采掘范围内各类隐蔽致灾因素，最大限度消除风险隐患。


尚未进入深部开采的煤炭企业，一方面要制定科学合理的开采规划，另一方面要提前开展深部开采技术专题研究，吸纳深部开采煤矿的经验，做好设施、技术等相关准备。


目前，煤矿深部开采的灾害治理技术尚未取得重大突破，要充分发挥科研院所的作用，推进深部开采安全、环保技术研究，研发新型开采技术和设备。可搭建一个在煤矿深部开采领域具有领先创新能力的国家级科研平台，开展多场景耦合致灾机理、煤与瓦斯共采理论、瓦斯动力灾害防治、深地原位实验等基础研究，加强“卡脖子”难题、关键技术和先进适用装备攻关，推动煤矿机器人等新型装备的迭代更新，提升智能装备的成套化和国产化水平。


为促进煤矿先进技术装备研究成果加快转化落地，要尽快打造煤矿深部开采国家战略科技力量，推动建立全国先进技术推广应用平台及孵化器。分地区、分灾害类型选择有条件的矿井，推进煤矿深部开采示范矿井建设，遴选建设一批智能化标杆煤矿，加快煤矿智能装备核心零部件、传感器、关键控制单元和操作系统研发应用。


技术的升级、难题的攻克关键靠人才。要推进教育、科技、人才“三位一体”融合发展，深入实施“人才强煤”战略，不断健全完善行业教育培训体系，强化科技人才支撑，加大青年科技人才培养力度，为煤炭深部开采的安全性、稳定性和可持续性提供人才保障。


（作者系中国工程院院士，安徽理工大学党委副书记、校长，深部煤炭安全开采与环境保护全国重点实验室主任）


来源：中国煤炭报4月4日三版 原标题《煤矿开采走向深部 风险防范要想在先干在前》