这个团队集智汇力，跟煤矿动力灾害“过招”

钻研基础理论、攻克技术难关、研发先进装备……近年来，中国煤炭科工集团煤炭科学技术研究院有限公司(以下简称煤科院)煤矿动力灾害智能预警与防控团队不断探索前沿技术，从基础理论研究到技术装备研发，再到示范应用推广，走出了一条“理论技术化、技术装备化、装备工程化”的产学研用发展道路。

这支拥有70余名博士、硕士的团队，近年来先后承担了油气重大专项等国家级课题50余项，主持制定国家、行业标准22项，获得国家级技术发明奖一等奖1项、国家科学技术进步奖二等奖1项、省部级技术发明奖一等奖20余项。今年，该团队获得“全国煤炭青年五四奖章集体”荣誉称号。

以安全评价为圆心

逐步辐射扩展业务

“起初，这支团队只有10个人，业务领域局限性很大，开拓项目很难。”煤科院安全分院院长邓志刚回忆说。

煤矿动力灾害智能预警与防控团队是在2003年成立的。该团队以安全评价为圆心，逐步向煤矿安全技术、理论与工艺、煤矿安全管理与培训辐射扩展业务。

“通过实施多个项目，我们先后搭建了安全评价基础实验室、国家重点实验室，并获得地灾专业4个甲级资质证书。”煤科院安全分院党总支书记李宏杰说。

随着煤矿开采深度、强度不断增加，瓦斯灾害治理更加复杂，传统技术服务模式难以满足瓦斯灾害治理专业化需求。

“为了解决这一难题，我们摸索出瓦斯灾害治理‘技术—产品—工程’模式。”该团队技术负责人李阳说，“我们通过长期驻矿，与煤矿建立长效沟通机制，构建了与现场作业特点相适应的施工工艺与技术装备体系，打造定制化‘一站式’瓦斯精准防治服务和瓦斯治理‘交钥匙’工程。”

随后，该团队在安全生产与灾害防治领域不断取得新突破。2015年，他们在瓦斯治理工程基础上拓展延伸，开创了冲击地压灾害防治“理论—技术—产品—工程”模式，有效防控煤矿冲击地压灾害。

为解决煤与瓦斯突出、顶板与冲击地压等动力灾害问题，该团队不断梳理专业类型，逐步细分出瓦斯、冲击地压监测预警等攻关组，深耕技术装备研发，逐步掌握灾害防治原理和手段，推动灾害防治领域产学研用互补发展。

20多年来，该团队先后在朱家店煤矿、平煤股份六矿、巴彦高勒煤矿、母杜柴登煤矿、赵庄煤矿等成立了灾害治理示范工程项目部。截至目前，该团队已服务矿井100余处。

研发注气驱替技术

解决瓦斯抽采难题

“当前，我国煤炭生产重心加速向西部地区转移，西部矿区瓦斯赋存呈现低瓦斯含量、低瓦斯压力和低瓦斯饱和度的特点。传统抽采瓦斯方式已不再适用于西部矿区，我们必须采取创新措施治理瓦斯。”李宏杰表示。

该团队技术骨干宋鑫补充说，传统负压抽采方式主要通过煤层瓦斯压力和抽采负压间的压差促使瓦斯流动，但西部矿区煤层瓦斯压力普遍偏低，瓦斯运移动力小，抽采效果不佳。

如何强化瓦斯运移动力、提高瓦斯抽采效率，成为该团队亟待解决的问题。

经过分析研究，该团队提出针对特厚低瓦斯赋存煤层的采前驱替促抽和采中采空区卸压抽采的瓦斯治理新思路。

2018年开始，该团队着手研究煤层注气驱替促抽技术。

“为了证明注气驱替促抽技术能够提升煤层瓦斯抽采能力，我们联系了河南新郑煤电集团赵家寨煤矿，开展井下试验。”宋鑫说。

宋鑫介绍，他们最早使用的装备就是几个储气钢瓶，流量有限，只能频繁制气、储气、注气，几个钻孔试验用了三个多月。试验结果验证了注气驱替促抽技术能有效提升煤层瓦斯运移动力，大大提高了瓦斯抽采效率。

随后，该团队又陆续在安徽淮南和山西长治的个别煤矿开展井下试验。由于各煤矿井下环境不同，试验效果喜忧参半。

不稳定的试验结果并没有让他们退缩。为了深入研究不同注气工艺对驱替促抽的影响，2019年起，该团队花费一年半时间，在位于山西运城的中煤华晋王家岭煤矿，开展了针对低瓦斯赋存煤层的近工程尺度的注气驱替促抽技术研究。

他们搭建了井下“制氮—增压—储气—注气—抽采—观测”全流程技术工艺系统，钻孔覆盖工作面走向200米、倾向120米范围，累计施工钻孔总进尺1.05万米，累计注气时长约1600小时、注气量约5.96万立方米。

600余次试验结果表明，注气驱替促抽技术可有效提升煤层瓦斯抽采效率，纯量提升1.6倍至3.7倍;在注气驱替促抽技术应用一个月的情况下，煤层瓦斯含量下降0.5立方米/吨。

在团队成员的共同努力下，该技术于2021年获得中国安全生产协会科技进步奖一等奖。

之后，该团队又把目光聚焦在注气驱替技术工艺和装备上，以此满足大流量高压力需求。他们走访西部矿区，实地调研相关设备厂商，经过大量试验，升级了立体分层长注短抽注气驱替技术工艺，研发了大流量高压力的驱替增压装备。

2024年，该团队带着新工艺、新装备再次来到王家岭煤矿，开展厚煤层立体分层长注短抽驱替促抽技术工业试验及应用。

这一次，他们结合定向长钻孔施工，驱替促抽技术单次覆盖工作面走向400米、倾向200米范围，累计钻孔施工量9050米。只用了两个月就完成了区段驱替促抽技术工业应用，钻孔抽采纯量较常规抽采量提升3倍左右，在保障瓦斯驱替促抽效果的情况下，极大缩减了钻孔工程量和抽采时间。

目前，该团队已形成“制氮—增压—注气—抽采—调控—评估”全流程技术链，不断为西部矿区瓦斯高效治理赋能助力。

融合信息技术

致力于灾害智能化预警

“煤矿动力灾害防治涉及采矿、安全、力学、地质等专业。近年来，计算机领域的大数据、机器学习、AI(人工智能)等技术迅猛发展，给煤矿动力灾害监测预警方向研究带来新的思考。”邓志刚说。

为此，该团队整合优势资源，科学谋划、预先布局，积极引进高学历人才，打造出一支跨专业、多学科、交叉融合的研发队伍，利用多学科交叉优势，提出了“煤矿复合灾害预警系统”的概念。

安全分院灾害预警研发中心主任叶锦娇说：“动力灾害数据涉及煤矿多个系统、多个业务部门，在一定程度上存在数据孤岛现象。我们从数据采集着手优化，研发了动力灾害数据中台，分析灾害风险时从不同监测系统中提取有用信息;同时引进计算机专业人才，利用计算机智能挖掘功能解决数据建模和趋势预测难题，打造更专业、更智能的灾害预警系统。”

拓展新的领域后，该团队着手构建了钻孔雷达超前探测、微震瓦斯实时监测和瓦斯致灾因素随钻测定相结合的层次化精准辨识技术体系，发明了融合瓦斯地质、声震信号和瓦斯涌出等多元异构数据的分类分级突出预警模型及其关键参数自学习方法，研发了煤与瓦斯突出多元信息融合智能预警系统，实现了采掘区域地质结构、煤体结构、瓦斯和地应力异常变化综合表征，提升了煤矿地质异常区煤与瓦斯突出预测预警的可靠性和准确性。

2022年，该团队研发的煤矿复合灾害预警系统上线，成为国内首个融合多灾害预警基础平台。

同年，该项目中的“煤矿冲击地压应力—结构智能监测预警关键技术与应用”获得中国安全生产协会科技进步奖一等奖，“煤与瓦斯突出危险层次化精准辨识方法与关键技术研究”获中国职业安全健康协会科学技术奖一等奖。

谈到未来，该团队负责人舒龙勇表示，将继续以灾害防治技术研究为核心，解决制约煤矿安全高效生产难题。(麻文斌  张津营)

来源：中国煤炭报