千米深井的“解压”之路

开采难度大、投入成本高、巷道支护难、劳动强度高……从2007年建矿伊始，这些就与中国中煤新集公司口孜东矿相伴左右。

口孜东矿井深967米，软岩高地应力和地压治理难度大。受制于地压治理难题，自2014年投产以来，该矿连年亏损，直到2024年3月才实现真正意义上的盈利。

“地压治理是制约我们生存发展的首要难题。想要生存下去，就必须打赢地压治理这场主动仗。”口孜东矿总工程师周鹏举说。

与地压角力 巷道修护上演“车轮战”

2021年，朱先博刚从新集公司二矿调到口孜东矿担任掘进副矿长，就迎来当头一棒。

“那时候，我分管的6支掘进队，只有1支在干掘进工作，其他5支全都投入到巷道修护工作中。”朱先博说。

这还不是最差的情况。

“建矿之初，我们最多有8000人，其中近4000人从事巷道修护工作。”周鹏举说。

之所以耗费如此多人力进行巷道修护，与该矿复杂的地质条件有关。

该矿基岩薄、上覆松散层最厚达690米，主采煤层顶板、底板均以泥岩、砂质泥岩为主，遇到空气易风化、崩解。随着井下巷道不断延伸和增多，巷道间的扰动影响不断增大，巷道持续蠕动变形，两帮大幅度移近，出现底鼓。

巷道变形究竟有多严重？该矿运输区区长王军向记者道出他的经历。

2013年，王军在综掘七队担任技术员。彼时，综掘七队正在1111采区行人上山巷道进行掘进工作。

“这条巷道设计长1200米，可我们只掘进了500米就被迫停工。由于两帮收缩，原本5.8米宽的巷道被挤压成3.6米宽，综掘机等大型机械设备被卡在巷道里动弹不得。”王军说。

在该矿，巷道失修率曾高达60%，“前掘后修、边掘边修、边采边修、重复修护”成为常态。

对千米深井来说，热害治理也是一道“必答题”。该矿一水平采深967米，地温近40摄氏度，属于二级热害区。可持续蠕动变形的巷道，让该矿对热害治理力不从心。

“巷道宽阔，通风效果就好，风量大就能带走一部分热量，起到一定降温效果。可我们的巷道持续变形，越来越窄，通风效果差，热量交换不出去。”该矿综掘三队队长杨京京说。

“那时候，我们常在井下工作面准备一个大水桶，一名职工干活，另一名职工负责往他身上浇水降温。可这个方法治标不治本，井下需要安装大型降温设备。然而，严重变形的巷道根本没有安装设备的空间。”朱先博说。

地压治理难题带来的影响远不止这些。由于职工劳动强度高、收入低，导致他们对企业的认同度低，职工和安全管理人员的矛盾大，井下零星事故不断，企业安全管理承受较大的压力。

受制于地压治理的高投入，商品煤吨煤成本居高不下，加之受煤炭市场行情低迷影响，2015年，该矿一度面临关停窘境。

治理地压，职工等不起、矿井耗不起。通过技术创新、设备升级提高地压治理质效，成为该矿走出困境的大事。

帮部锚索施工现场

转变治灾理念 从被动“救火”到主动治理

为扭转深井高地压带来的被动局面，口孜东矿从建矿初期就积极攻关地压治理技术难题，艰难地进行深井支护探索与实践。

“我们升级了支护技术和支护材料，提高了锚杆锚索预应力，在一定程度上提升了支护效果。此外，我们还先后试验了高强U型棚支护、锚网索密集支护、高压全断面注浆支护等10余种支护方式，巷道变形情况得到短期控制。”朱先博说。

为解决地压治理难题，该矿曾派人到德国鲁尔矿区“取经”。

“2011年，我被派到德国学习锚架充‘三位一体’充填式复合技术。学成归来后，我将其应用在中央采区和西翼开拓系统巷道，支护长度超过6000米，围岩变形得到有效控制。”王军说。

2017年，该矿与中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家康红普及其团队合作，系统开展千米深井巷道围岩大变形理论、巷道围岩“强支—改性—卸压”三主动协同控制原理及技术等研究工作，持续进行技术攻关，巷道变形量大幅减少，锚杆锚索破断率显著降低，工作面采动应力明显减小。

在一场场与地压的较量中，该矿地压治理理念也从被动“救火”向主动治理转变。

“总体来看，我们矿地压治理实现了‘四个转变’，即由普通支护向高强支护转变、由单一支护向复合支护转变、由单一强支向强支—改性—卸压‘三位一体’综合支护转变、由巷道局部治理向与采掘布置深度融合转变。”周鹏举介绍道。

在周鹏举看来，地压治理与采掘布置深度融合极为重要，可从源头上解决高地应力、采动应力对巷道造成破坏的问题。

在优化采掘布置方面，该矿将西翼1405采区走向长壁优化为倾斜长壁，工作面由仰采改为俯采，减小重力、应力对煤壁带来的影响和破坏，大幅减少煤壁片帮和漏顶。在优化开采顺序方面，该矿采取自上而下的顺序开采，形成大范围卸压区域，为下部煤层巷道布置创造有利条件。

“我们将1111采区系统巷道布置在13煤采空区下方，利用顶部卸压区，阻断上覆岩层压力的传播途径，减小高地应力对巷道支护造成的破坏。”周鹏举说。

另外，该矿在选择主要系统巷道施工方位时，尽可能与最大水平主应力方向平行；在选择巷道布置层位时，将主要开拓巷道布置在稳定岩层中，从源头上保障了围岩稳定。

“现在，我们布局巷道更多考虑顺势而为，发挥单轨吊可转弯、爬坡的优势，将单轨吊运输系统与巷道支护相结合，把原来只能布置平巷改为布置有一定倾角的巷道，以适应岩性变化和硬岩施工。”该矿总工办副主任林驰说。

成效可圈可点 用人减少工效高

刚到口孜东矿时，朱先博总觉得职工没有干劲，缺少精气神。“那时，大家看不到希望、没有动力，地压治理就像一座大山压得大家喘不过气。”朱先博说。

转机始于2022年。为了更好地支持地压治理工作，新集公司主动下调该矿产能、进尺指标，将年产能由500万吨下调至410万吨，年掘进进尺由1万米下调至7200米，工资总量维持原状。这让该矿推广应用新技术、新工艺治理地压再无后顾之忧。

支护新技术、新工艺不会用怎么办？该矿制定出台“三级跟班”制度，让相关人员到井下开展教学。

“最开始，职工还有畏难情绪。后来，分管矿领导、职能科室人员和生产单位管理人员现场手把手教，从支护技术要点到充填浆液配比，职工也就慢慢接受了。”杨京京说。

该矿在地压治理方面爬坡过坎，最终迎来安全、效益的峰回路转。

“过去，我们修护巷道，采用的是千篇一律的技术和工艺。现在，我们不搞大水漫灌，而是‘对症下药’。”林驰说。

“以掘进巷道支护为例，我们会根据围岩类型、岩层结构、服务年限、巷道性质，以及与采场之间的关系等进行分类支护，制定差异化的支护方案。”林驰说。

据林驰介绍，目前，该矿已建成西翼轨道大巷、1111采区系统大巷等地压治理示范巷道。与过去相比，巷道最大顶板离层量降低49%，两帮平均位移量降低72%。巷道掘进实现一次支护到位、一次成巷，掘进队伍定员由80人减至60人，人均掘进工效提高了25%。

“以前巷道底鼓严重，走路稍不留神就会崴脚。现在巷道底部平坦，走路轻松多了。同时，井下安装了空调，职工再也不用浇水降温。”杨京京说。

“过去，我们矿的地压治理难题‘劝退’过很多职工，新集公司干部职工调动工作时都不愿意来这儿。如今，我们一线职工的收入由过去8000元/月提高到15000元/月，甚至有人主动申请调到我们矿。”朱先博说。

锚索吊梁+锚索T字梁高强度复合支护现场

目前，该矿巷道失修量大幅减少，从事巷道修护的人员由最多时的近4000人减少到300人左右，巷道失修率降至3%以下，严重失修率降至1.6%。2023年以来，该矿一般性工伤下降92.9%，职工“三违”行为减少44%。该矿商品煤成本也由最高时的580元/吨降低至目前的440元/吨。同时，该矿新增煤炭产量320万吨，新增产值约17.6亿元。

地压治理任重道远 向“支得快、支得省”发力

尽管口孜东矿地压治理取得了一定成效，安全生产环境得到大幅改善，但在周鹏举看来，随着采深不断增加，软岩、高温热害、高承压、水害等耦合叠加，该矿面临着新的挑战。

“地压治理任重道远，容不得丝毫懈怠。我们需要与科研院校加强合作，在支护理论上进一步完善，在支护机理上进一步研究，在矿压规律上进一步探索。”周鹏举说。

在该矿，地压治理已从过去的“不可治”向如今的“可治可控”转变，但巷道支护效率低、成本高的问题尚未得到根本解决。

“巷道支护效率低会影响掘进进尺，严重时会导致采掘接续失衡，进而影响整个生产流程。当前，我们已经实现了‘支得住、支得好’。下一步，我们要在‘支得快、支得省’上发力。”周鹏举说。

周鹏举表示，他们将从“低密度、高强度”维度优化总结，与支护设备研发机构开展联合攻关，针对深井支护特点，进一步升级支护材料和装备。

锚索球垫是连接锚索和锚链的重要部件之一。该矿已经将其升级为球形可调心球垫。

“升级后的锚索球垫能够更好地分散和传递应力，提高支护结构的稳定性和可靠性。地压治理是一个系统性工程，只有将每一个细节都进行优化提升，地压治理质效才会整体上一个台阶。”林驰说。

优化采掘布局，治标更治本。周鹏举表示，他们将持续优化矿井采掘布置，向“以卸为先、卸支并重”方向发力，实现卸、支协同防控，探索深井地压由局部治理向超前区域治理转变。

“比如，怎么布置大巷、如何合理确定大巷间距及保护煤柱宽度。只有把所有可能影响地压治理的因素都提前想到，才能为后续地压治理创造良好的条件。”周鹏举说。

最近，周鹏举正谋划联合科研院校开发顶板灾害智能监测预警系统。

“顶板灾害智能监测预警系统能够及时发现和消除潜在的安全隐患，降低事故的可能性，保障职工生命安全，实现煤炭安全开采。现在，我们的监测手段比较单一，后续希望通过和科研院校合作，实现顶板灾害的智能监测预警，特别是能够为我们进行科学决策提供支撑。”周鹏举说。

作者卢慧颖版面编辑：麻文斌

编辑：张莹

来源：中国煤炭报

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